Големина на текста:
,,Радиационна защита и ядрена безопасност’’
1. Взаимодействие на рентгеновите и гама – кванти с веществото
(фотоефект, комптонов ефект, раждане на двойка електрон – позитрон)
Рентгеновите лъчи и ?–лъчите, а така също и другите електромагнитни
лъчения имат не само вълнови, но и корпускулярни свойства.
Рентгеновото лъчение заема спектрална област между ултравиолетовото и
гама лъчението. Най – разпространения източник на рентгеновото лъчение
е рентгеновата тръба, където то се появява в резултат на забавянето на
бързите електрони, идващи от катода към анода. При това възникват
спирачно и характеристично лъчения, имащи съответно непрекъснат и
линеен спектър.
Излъчването от рентгеновата тръба се нарича първично и се състои от две
части на спектъра: линейна (характеристично рентгеново лъчение) и
непрекъсната (спирачно рентгеново лъчение). При действието на
първичното рентгеново лъчение върху веществото то изпуска
флуорисцентно (вторично) рентгеново лъчение, състоящо се само от
линейна част. Освен в рентгеновите тръби, рентгеновото лъчение се
получава и в ускорителни системи с които електроните се ускоряват до
стотици MeV и при спирачното въздействие на мишените се получава
рентгеново лъчение.
Спирачното рентгеново лъчение се обяснява с импулсната теория. Ако
електронът се движи с определена скорост и среща препятствие, то
скоростта му се изменя, а с това и формата на силовите линии на
електростатичното поле на електрона, което води до възникването на
елекромагнитен импулс, разпространяващ се във всички направления във
вид на поток елекромагнитна енергия – рентгеново лъчение.
Спектърът на спирачното рентгеново лъчение има непрекъснат характер,
което се обяснява със задържането на различни дълбочини в анода. При
задържането на по – голяма дълбочина в анода възникват кванти с по –
малка енергия, тъй като част от енергията на електрона се изразходва за
йонизация и възбуждане на атомите на анода, а другата се превръща в
топлина. Непрекъснатия спектър има рязка граница от страната на късите
вълни, когато цялата енергия на спирането на електрона изцяло се
превръща в енергията на един квант.
Освен спирачното лъчение в рентгеновата тръба възниква и
характеристично лъчение, дължината на вълната на което се определя от
материала на анода и не зависи от енергията на електроните.
Съществуват два основни типа взаймодействия на рентгеновото лъчение с
веществото: фотоелектричното поглъщане (фотоефект) и
разсейване.
За разлика от поглъщането, при разсейването на рентгеновото лъчение
фотоните изменят направлението на движението си и могат да загубят само
част от своята енергия. При кохерентното разсейване енергията на
фотоните не се изменя, но след рзсейването те се движат в друго
направление (релеево разсейване). Некохерентно разсейване с
намаляване на енергията може да бъде два типа: корпускулярно (ефект на
- 1 -
,,Радиационна защита и ядрена безопасност’’
Комптън) и комбинирано. При корпускулярното разсейване протича обмен
на импулси между електрона и атома на фотона, в резултат на което
енергията на фотона се намалява с част, която зависи от ъгъла на
разсейване, а от атома се избива електрон. При комбинационното
разсейване за сметка на част от енергията на фотона атомът изпуска
електрон. Загубата на енергия от фотона в този процес не зависи от ъгъла
на разсейване. Обикновено вероятността на комбинационното разсейване е
значително по – малка от тази на корпускулярното. Но ако комбинационното
разсейване протича на един от електроните на L-орбитата, а енергията на
фотона съвпада с енергията електроните от К-орбита, се наблюдава
резонансно комбинационно разсейване, вероятносста на което се повишава
няколко пъти и значително превишава вероятността на корпускулярното
разсейване.
1.1.Процеси на взаймодействие на гама лъчението с веществото
Три са основните процеси, които определят поглъщането на ?-квантите във
веществото: фотоефектът, комптъновото (некохерентно)
разсейване и процесът на образуване на електрон – позитрона
двойка.
-Фотоелектрическо поглъщане е процес, при който атомът
поглъща фотон и изпуска фотоелектрон. Атомът, намиращ се във
възбудено състояние, при прехода в основно състояние изпуска
флуоресцентно лъчение или електрон на Оже.
-Кохерентно разсейване на свързаните електрони е процес, при
който фотонът се отклонява на неголям ъгъл от своето първоначално
направление без загуба на енергия. Разсейването протича в областта
на ниските енергии на фотоните.
-Некохерентно разсейване на свободен електрон, намиращ се в
състояние на покой (комптъново разсейване) е процес, при който
фотонът разсейва електрон, който излиза от атома. Това разсейване
протича в областта на енергии от 200 KeV и до 5 MeV.
-Образуване на двойка е процес, водещ до поглъщане на ?-лъчение и
образуване на двойка електрон – позитрон. Образувалите се двойки
водят до йонизация на средата, а част от енергията се изразходва за
спирачно лъчение. Спирайки, позитронът анхалира с електрона като
се образува ?-лъчение. Процесът протича в областта на по – високите
енергии от 1 до 10 MeV.
1.2. Фотоелектрическо поглъщане на гама лъчението
Ако енергията на падащото ?-лъчение не е голяма, но е достатъчна за
преодоляване на енергията на връзката на електрона в атома, то
електронът напуска външните енергийни нива на атома и излита извън
неговите граници. Енергията на фотоелектрона се различава от енергията
на падащото ?-лъчение със стойността на енергията на връзката. С
увеличаване на енергията на падащото ?-лъчение взаймодействието
протича с електроните от вътрешните енергийни нива на атомите. В
- 2 -
,,Радиационна защита и ядрена безопасност’’
резултат на това там се образуват свободни места – ваканции, които се
запълват с електрони от по – вътрешните нива на атома. Освобождаващата
се при такива преходи на електрони енергия се излъчва във вид на
характеристично лъчение, или се предава на един от външните електрони,
които напуска атома. Този електрон се нарича електрон на Оже.
Изпускането на електрона на Оже или характеристично лъчение на
вторични ефекти, които се явяват конкуриращи се процеси. Те са
обусловени от образуването на ваканции в електронните обвивки на атома.
Тези процеси са възможни не само при фотоефекта, но и при захващане на
електрона от ядрото и в процесите на вътрешна конверсия.
Фотоефектът е типично резонансно явление. То протича с най голяма
вероятност при равенство на енергията на фотона и енергията на
свързване на електрона в съответна орбита. Сечението на поглъщане на
фотона при тези условия има максимум.
1.3. Некохерентно поглъщане (Комптъново разсейване)
Комптъновото разсейване представлява взаймодействие, при което ?-
квантите изпитват еластично разсейване от слабосвързани електрони. Има
две причини за това: първо, комптъновото разсейване е възможно само от
свободни електрони, и второ, Комптон – ефектът е типичен за такива
енергии на фотоните, които са много по – големи от енергиите на свързване
за всички атомни електрони, или поне за повечето от тях. Поради тези
причини загубата на енергия за възбуждане на атомите при избиване на
електрона може да бъде пренебрегнато и разсейването да се разглежда
като еластично.
При падане на ?-лъчение с дължина на вълната, по – малка от 0,03 nm,
върху поглъщащото тяло се наблюдава намаляване на коефициента на
разсейване и увеличаване на дължината, ако се основаваме само на
вълновата теория. Те лесно се обясняват с квантова теория, разглеждаща
разсейването на фотона върху свободен електрон, намиращ се в състояние
на покой. При това фотонът се разглежда като частица, притежаваща
енергия, а взаимодействието на фотона с електрона – като взаймодействие
върху еластични топки.
Ще разгледаме сблъсъка на фотона с електрона. В резултат на това
взаймодействие падащия фотон с енергия hv
0
, се отклонява от
първоначалното направление на ъгъл ? и ще има енергия hv
s
, която е по –
малка от началната му енергия. Тъй като фотонът предава на електрона
импулс и част от своята енергия Е
е
, то той го привежда в движение. Ъгълът
между направлението на движение на електрона и това на първичния
фотон е обозначено с ?. Въз основа на законите за съхранение на
енергията и импулса можем да определим зависимостта между
изменението на дължината на вълната на разсейвания фотон ??=?
s
–?
0
и
енергията на електрона Е
е
, от ъгъла ? и да установим връзката между
ъглиме ? и ?, под които се изпуска разсеяния фотон и излита електрона.
- 3 -

Това е само предварителен преглед

За да разгледате всички страници от този документ натиснете тук.

Радиационна защита и ядрена безопасност

Взаимодействие на рентгеновите и гама – кванти с веществото (фотоефект, комптонов ефект, раждане на двойка електрон – позитрон)...
Изпратен от:
Zlatko Bohurov
на 2012-12-12
Добавен в:
Доклади
по Ядрена физика
Статистика:
41 сваляния
виж още
 
 
Онлайн тестове по Ядрена физика
Тест по практическо използване на ядрената енергия
тематичен тест по Ядрена физика за Студенти от 2 курс
Обединява част от материалът нужен за усвояване от студентите, изучаващи ядрена и неутронна физика. Въпросите са с един верен отговор.
(Труден)
19
10
1
3 мин
15.08.2012
» виж всички онлайн тестове по ядрена физика

Радиационна защита и ядрена безопасност

Материал № 928151, от 12 дек 2012
Свален: 41 пъти
Прегледан: 67 пъти
Предмет: Ядрена физика, Физика
Тип: Доклад
Брой страници: 24
Брой думи: 6,610
Брой символи: 43,478

Потърси помощ за своята домашна:

Имаш домашна за "Радиационна защита и ядрена безопасност"?
Намери бързо решение, с помощтта на потребители на Pomagalo.com:

Последно видяха материала