Különböző sugárzások tulajdonságai Típus töltés Energia hordozó E spektrum Radioaktí sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktí sugárzások detektálása. α-sugárzás pozití töltés α részecske onalas (He atommag) γ- sugárzás töltés nélküli nagy energiájú onalas foton β - sugárzás egységnyi negatí nagy energiájú folytonos töltés elektron β + - sugárzás egységnyi pozití nagy energiájú folytonos töltés pozitron Magsugárzások kölcsönhatása atomi rendszerekkel (170-174 oldalak) - Fotoeffektus (161-16 oldalak) - Compton-effektus (163 oldal) - Párképződés (17 oldal) Ionizáló sugárzások detektálása (178 oldal) -Ionizációs kamra (189-190 oldalak) -Szcintillációs detektor (486 oldal)
α-sugárzás: az α részecskék energiája jellemző az adott bomlásra 6 Ra Töltött részecskék és anyag kölcsönhatása: A nagy energiájú töltött részecskék kinetikai energiájuk jelentős részét az elnyelő közeg elektronjaial történő elektrosztatikus kölcsönhatás réén eszítik el. Átadott energia E α részecskék 4.784 MeV kinetikus energiáal (1 ev = 1.6 10 19 J) gerjesztés ionizáció Nehéz töltött részecskék (p.l. α részecske, M>>m 0 ): M, +ze, E=1/ M Rn F b ΔE z M b E F=kze r m 0, -e Δ z M b E E A kölcsönhatás során átadott energia fordítottan arányos a részecske kinetikai energiájáal (E). Nagy E nagy röidebb idő a kölcsönhatásra kisebb energia átadás. A részecske töltésének négyzete szerepel az összefüggésben δ sugár Bragg csúcs becsapódó részecske pályája behatolási mélység
Bragg csúcs A β sugárzás kölcsönhatása az elnyelő közeggel: az α sugárzás elnyeléséhez hasonló alapelek DE 1, a nagy energiájú elektron a ele megegyező tömegű atomi elektronnal lép kölcsönhatásba a kölcsönhatás nagy mértékű energia esztéshez és a mozgás irány jelentős áltozásához ezethet., az atommagok elektromos erőteréel a kölcsönhatás nagymértékű lassulást okozhat bremsstrahlung (fékezési rtg. sugárzás) 1, és, köetkezménye a β részecskék pályája zegzugos δ sugár I = I 0 e μ x behatolási mélység becsapódó részecske pályája fékezési rtg. sugárzás β sugárzás: nagy kinetikus energiáal bíró e, folytonos energia spektrum magyarázat: e és egy másik elemi részecske, μ (anti-neutrino) osztozik a β bomlás során felszabaduló fölös energián E 1 N (E β ) E ΔE = E β +E μ β max E β [kev] A β és α sugárzás ionizáló képességének összehasonlítása 1, azonos kinetikai energiák mellett (1/m ) a β részecskék sebessége sokkal nagyobb mint az α részecskéké (8000 m β ~ m α ), az α részecske töltéses a β kétszerese 3, z M ΔE b E 1, és 3 eredményeképp azonos kinetikai energiák mellett a β részecskék áthatoló képessége sokkal nagyobb mint az α részecskéké. (pl. MeV α részecske ízben ~8 μm, ugyanilyen energiájú β részecske ízben cm behatolási mélységgel jellemezhető).
A γ sugárzás jellemzői α és β bomlás kísérő jelensége a γ energia jellemző az adott bomlásra (onalas spektrum) amikor a leánymag a bomlást köetően gerjesztett állapotba kerül, akkor a fölös energia γ sugárzás formájában emittálódik. A fotoeffektus mechanizmusa kötési energia (kev) 66 kev fotoelektron 100 kev foton a γ foton emissziója a bomlást köető igen röid időn belül megtörténik (10 13 s-on belül, kiée a metastabil magokat lásd későbbi előadások) A γ sugárzás kölcsönhatása az anyaggal: az energia átadás mechanizmusa a rtg. sugárzás abszorpciójához ezető folyamatokkal egyezik meg: Fotoeffektus Compton effektus Pár képződés hf=a+1/m Compton szórás Vegyérték elektronok A károsítás mechanizmusa:az ionizációk szinte teljes egészéért az elsődleges interakciók során keletkezett nagy energiájú elektronok a felelősek. EMIATT a γ és rtg. sugárzásokat INDIREKTEN IONIZÁLÓ sugárzásoknak híjuk, töltött részecskéket kell mozgásba hozniuk. Elnyelési törény: az rtg. elnyeléséhez hasonló: I=I 0 e μx beérkező foton E = hf p = hf/c Compton el. E = 1/m e p = m e szórt foton E = hf p = hf /c
Párképződés, annihiláció Beérkező foton Direkten és indirekten ionizáló sugárzások: a károsítás (ionizáció) hasonlítása β radiáció elektron BŐR A becsapódó részecske pályája pozitron hf = m e c = 0.511 MeV γ foton E=hf annihilációs sugárzás hf = m e c = 0.511 MeV mozgásba hozott elektronok Az γ sugárzás exponenciális gyengülése anyagi rétegen aló áthaladás során átmenő intenzitás részecske A sugárzás detektálása: gáz töltésű detektorok + anód rétegastagság Ionizációs áram α GM I=I 0 e μx β Feszültség (V)
A sugárzás detektálása: scintillációs detektor Wilson Cloud Chamber becsapódó részecske kristály photon fotokatód becsapódó részecske fotoelektron NaI(Tl) NaI(Tl) hf fotoelektron számláló kimenet ákuum An old technology, no longer used Very illustratie Cold H liquid is both the target and the detector. Liquid is superheated & boils due to ionization
Bubble chamber Liquid Hydrogen Radioaktí sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A sugárzás detektálása. Bubble chamber Liquid Hydrogen Töltött részecskék energiájának meghatározása: Mágneses spektrométerek Részecske q töltéssel és mtömeggel r fotolemez F = q B F = m r 1 Ha ismerjük q, B, m értékét, akkor értéke kiszámítható r kísérletes meghatározását köetően. diafragma sugárforrás B, a rajz síkjára merőleges B F