Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
V7,0/ \,37\1,70Мэ0
Рис. 2.5. Зависимость числа электронов, прошедших слой поглотителя t, от толщины этого поглотителя. Пересечение пунктирной прямой с осью абсцисс дает значение экстраполированной длины пробега
0,2
0,4
0,6 t, г/с м2
ции граничной энергии ?-спектра близки к данным для электронов (2.29). Так, для граничных энергий ?-спектров выше 0,8 Мэв экстраполированные длины пробегов в алюминии
Я [г/смЧ = 0,542 ?? [Мэв\ — 0,133. (2.30)
§ 2.4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ v-ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ
Процесс замедления 7-квантов в среде нельзя считать непрерывным, как это было сделано для тяжелых заряженных частиц, поскольку при взаимодействии с электронам^ и атомами среды у-квант теряет или всю свою энергию (поглощение), или значительную часть своей энергии (рассеяние). В последнем случае в результате взаимодействия 7-квант существенно изменяет и направление своего движения. Поэтому достаточно одного взаимодействия, чтобы вывести у-квант из первоначально параллельного пучка ^-квантов. В силу этих особенностей (см. гл. 1) параллельный пучок у-квантов при
* При ?-распаде ядер электроны имеют непрерывное энергетическое распределение, простирающееся до некоторой энергии, называемой граничной, анергией. Спектр электронов при ?-распаде описан в гл. 3 [см. (3.1)].
44 прохождении через слой материала толщиной t ослабляется по экспоненциальному закону:
N = N0 ехр (— ц/), (2.31)
где N0 — число у-квантов, падающих на слой толщиной t\ N — число у-квантов с той же энергией и с тем же направлением после слоя материала; ц — коэффициент пропорциональности, называемый линейным коэффициентом ослабления и имеющий размерность еж-1.
Так как характер ослабления у-излучения экспоненциальный, то имеется всегда малая, но не нулевая вероятность пройти у-кванту без соударений очень большие толщины материалов. Поэтому пробеги у-квантов между соударениями могут значительно отличаться от среднего пробега.
Физический смысл коэффициента пропорциональности в формуле (2.31) следующий: пучок у-квантов ослабляется в е раз на пути 1/ц, который является средним свободным пробегом у-кванта в веществе до соударения. Это легко получить, если принять во внимание, что ехр ( — цО — вероятность у-кванта пройти путь t без соударения.
OO
Тогда по определению средний путь будет равен отношению f t X
'о
OO
хехр(—]it)!l ехр (— ці) dt = 1/ц. Если ввести полное сечение взаимо-
O
действия у-квантов с одним атомом а, то jj, — па (п — число атомов в 1 ом3 вещества).
Известно большое число различных взаимодействий электромагнитного излучения с электронами, атомами и ядрами среды. Для регистрации у-квантов и особенно для их ослабления в среде практическое значение имеют следующие три процесса: фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), рассеяние у-квантов на свободных электронах (комптоновское рассеяние) и рождение у-квантом в поле атома пары позитрон — электрон (образование пар). Полное сечение взаимодействия у-квантов с атомами а складывается из сечения фотоэффекта 0ф, сечения комптоновского рассеяния стк и сечения образования пар ап.
Для регистрации у-квантов имеет значение еще и ядерный фотоэффект (фотоядерные реакции), однако его сечение в области энергий до десятков мегаэлектронвольт незначительно в сравнении с сечением взаимодействия у-квантов с электронами.
Фотоэффект. Вся энергия падающего кванта hv при фотоэффекте затрачивается на вырывание электрона из атома. Энергию электрона можно определить из следующего соотношения:
Ee = hv— Be, (2.32)
где Be — энергия связи электрона. Из приведенного соотношения ясно, что фотоэффект возможен только в тех случаях, когда hv > Be. Поэтому сечение фотоэффекта претерпевает резкие скачки при энергиях, равных энергиям ионизации К.-, L-... оболочек.
45 Расчеты сечения фотоэффекта показали, что он происходит главным образом на /(-оболочке (около 80%). Для энергии фотонов hv :? тс2, но не близких к границе /(-полосы поглощения, сечение фотоэффекта на /(-оболочке получено в виде
В этом выражении Z — заряд ядра атома; (сГф)к — сечение фотоэффекта, CM2IamoM. Полное сечение фотоэффекта аф « 5 (аф)^,4.
Как видно из (2.33), сечение фотоэффекта очень быстро уменьшается с ростом энергии квантов и с уменьшением заряда ядра. Формула (2.33) неточно описывает поведение сечения в областях, близких к границе полосы поглощения. Однако она правильно передает качественную зависимость сечения фотоэффекта от энергии и заряда ядра.
При энергиях hv > тс2 сечение фотоэффекта обратно пропорционально энергии у-квантов. По этой причине для тяжелых элементов, таких, как свинец, фотоэффект имеет згметное значение даже при энергиях около 5 Мэв.
Фотоэффект сопровождается характеристическим излучением атомов в результате переходов электронов на вакантные места в электронной оболочке атома. Характеристическое излучение не всегда сопровождает фотоэффект. Энергию можно передать электронам внешней оболочки атома. В этом случае кроме фотоэлектронов с энергией Ee появляются электроны с энергией, близкой к / (так называемые оже-электроны).Оже-электроны с большой вероятностью наблюдаются при фотоэффекте на атомах с малыми и средними значениями Z.
