Sugárzások és anyag kölcsönhatása
Az anyaggal kölcsönhatásba lépő részecskék Töltött részecskék Semleges részecskék Nehéz Könnyű Nehéz Könnyű T D p - + n Radioaktív sugárzás + anyag energia- szóródás abszorpció elektrongerjesztés maggerjesztés magreakciók változás
kölcsönhatások száma x=0, akkor n=n 0 : Kölcsönhatások kinetikája Enx (E) hatáskeresztmetszet sugárzás: n részecskék száma vagy fluxusa anyag: x út vagy rétegvastagság, sűrűség dn dx En Ex n n 0 e n 0 n n0 1exp ( ( E ) x )
Az -részecskék kölcsönhatása az anyaggal A kölcsönhatásban résztvevő A bekövetkezett változás anyagrész sugárzásban anyagban Héjelektron fékeződés, abszorpció gerjesztés, ionizáció, kémiai változás Az atommag erőtere szóródás, fékeződés, abszorpció Az atommag magreakció új atommag, kémiai változás
Ion pairs (cm2/mg) Relative charge of the alpha particles (%) Alfa-részecskék energia-átadása 100 80 60 40 20 0 0 2 4 6 8 E (MeV) 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 0,1 1 10 100 1000 10000 Energy (MeV)
Alfa-részecskék szóródása
Alfa-részecskék visszaszóródása 2 4 NndZ e N 4 2 sin m v 2 N a szög alatt szóródó alfa-részecskék száma N beeső alfa-részecskék száma n a visszaszóró közeg egységnyi térfogatában levő részecskék száma d a visszaszóró közeg vastagsága Z a közegben levő atommagok rendszáma e az elemi töltés r a visszaszóró közegtől való távolság m az alfa-részecske tömege v o az alfa-részecske kezdeti sebessége 4
Rutherford-szórás
Alfa-részecskék pályanyoma
A béta-részecskék kölcsönhatása az anyaggal A kölcsönhatásban résztvevő anyagi rész A bekövetkezett változás a sugárzásban az anyagban Héjelektronok Az atommag erőtere Atommag fékeződés, szóródás, abszorpció fékeződés, szóródás, abszorpció gerjesztés, ionizáció, kémiai változás Nem lépnek kölcsönhatásba
-sugarak abszorpciója
-sugarak abszorpciója I 0 és I a -sugárzás intenzitása az abszorbensbe való belépés előtt, ill. a l vastagságú abszorbens rétegen való áthaladás után (E) az lineáris abszorpciós együttható (mm -1, cm -1, m -1 ). a tömegabszorpciós együttható (felület/tömeg) d=m/f a felületi sűrűség. Z<13 35Z Z>13 Vegyületek tömegabszorpciós együtthatója: az elemösszetevők tömeg-törtjükkel súlyozott elemi tömegabszorpciós együtthatókból tevődik össze: Felezési rétegvastagság: I I I 0 e ( E) l E m l l* f I0e I0 e d 7,7Z 1, 14 1,14 M ae E max max n w i i1 d 1 / 2 ln 2 i 0,31
I o beeső intenzitás Az x mélységben levő dx vastagságú felületelemre: dix = Io e-x intenzitású nyaláb érkezik az abszorpció miatt. Béta-sugárzás visszaszórása az egységnyi vastagságú felületelemre érkező -részecskéknek az a hányada, mely visszaszóródást, akkor a dx vastagságú felületelemre visszaszórt intenzitás: dix dx = Io e-x dx A visszaszórt sugárzás "x" vastagságú rétegen áthaladva ismét adszorpciót szenved és az F felületre már csak di = Io e-2x dx intenzitású sugárnyaláb lép ki. A teljes mintavastagságról visszaszórt intenzitás: d I di o ν 2μ I 0 1 e 2μd
R I I 0 A vizsgálandó anyag végtelen vastag rétegéről visszaszóródó elektronok a vizsgálandó anyagra beeső összes elektronok száma száma R = az + b Z H =-7,434 Periódus Z a b R II. 2-10 1,2311-2,157 0,3-10,2 III. 10-18 0,96731 0,476 10,2-17,9 IV. 18-36 0,68582 5.556 17,9-30,3 V. 36-54 0,34988 17,664 30,3-36,6 VI. 54-86 0,26225 22,396 36,6-45 I k, 1 Z k 21 Vegyületek átlagrendszáma k 1 0,0415I, 2 _ Z ni Ai Z n A i i i k 2 =2/3
Gamma-sugárzás és anyag kölcsönhatása A kölcsönhatásba lépő anyagi rész Héjelektronok A mag erőtere Atommagok Abszorpció Fotoeffektus Z 4 Párképződés Z 2 fotomagreakciók (magfotoeffektus) (,n); (,p) Z Rezonanciaabszorpció Mössbauerspektrometria Szóródás Rugalmas Rugalmatlan Rayleigh-szóródás Compton-szóródás Z 2 Z Thomson-szóródás Z (,) magreakció (,, ) magreakció Z
Neutron kölcsönhatása az anyaggal Kölcsönhatásban részt vevő anyagi Változások rész A sugárzásban Az anyagban Héjelektron - A páratlan elektronok mágneses tere Rugalmas szórás Rugalmatlan szórás - Gerjesztés vagy mágneses relaxáció Magerőtér - Mag Magreakció Új atommag Kémiai változás chemical change Rugalmas szórás - Rugalmatlan szórás Gerjesztés vagy mágneses relaxáció
Neutron felépítése A neutron és a proton kvarkokból áll: Neutron: 1 up és 2 down kvark Proton: 2 up és 1 down kvark Kvarkok: up és down (töltésük +2/3 ill. 1/3, tömegük 1/3 ATE) Top és bottom Strange és charme
Magreakciók 7 N 14 17 8 7 N(, p) 14 O 17 8 O p Targetmag 30 Al n P 27 13, 15 17 8 O. Megmaradási elvek: 1. a nukleonszám 2. a töltés megmaradását. 3. a spin, 4. a paritás, 5. az impulzus, 6. az energia és tömeg együttes megmaradása. Exoterm és endoterm magreakciók Coulomb-gát küszöbenergia
A magreakciók kinetikája N* a keletkező részecske N a targetmagok száma a besugárzó részecske fluxusa a hatáskeresztmetszet, 1 barn=10-24 cm 2 dn dt * N N a termékmag bomlási állandója σn λtbesug N (1 e ) N(1 e λ Besugárzás megszűnte után: * besug * λt ) N * λt besug N (1 e ) e λt Aktivitással kifejezve: A * * λtbesug λt λtbesug λn λn (1 e ) e A (1 e ) e λt
A magreakciók csoportosítása Belépő részecske Magreakciók Töltés nélküli részecske neutron n,; n,p; n,; n,2n; n,f (hasadás) gamma-foton,n;,p Töltött részecske proton p,; p,n; p, deuteron alfa d,n; d,p; d,; d,2n,n;,p nehezebb magok lásd transzuránok előállítása
Z rendszámú, A tömegszámú mag keletkezése magreakciókban és radioaktív bomlással A A+1 A+2 A-1 α Z+1 n,p EC, β + n,d γ, p d, α 23 Na ( n, γ) 24 Na Z n,γ d,p A Z N γ,n n,2n 23 Na ( n,2n) 22 Na Z-1 α,p d,γ α,d d,n β - p,n d,2n 23 Na ( d, p) 24 Na Z-2 α,n N-2 N-1 N N+1 N+2