11. Jak se ztrácí energie záření při průchodu hmotou? Pro lineární přenos energie platí: Z … nábojové číslo částice n ... (hustota elektronů absorbujícího prostředí) počet elektronů v objemové jednotce v … rychlost částic dE Z2n dx v  L  1 [USEMAP] -částice Dosah -částic (R vzdálenost v m, E v MeV) Dosah -částic ve vzduchu (je max. 10 cm ) Počet párů iontů na celé dráze -částice ve vzduchu R je v cm § §hustota elektronů v kapalinách a tuhých látkách je cca 1000x větší než v plynech, lineární přenos energie je proto cca 103x větší § §dosah záření je o tři řády kratší (pro -záření jsou to desítky m) § § R=0,0033 E3/2 6,25 . 104 R2/3 2 [USEMAP] -částice (rychlé elektrony se spojitým spektrem energií) ·přenos energie je menší jako u -částic ·příčinou je menší náboj elektronu a jeho větší rychlost při stejné energii ( v 2E / m) · větší pronikavost (tedy i dosah)v absorbujícím prostředí Absorpční křivka pro - záření d - tloušťka vrstvy (m) - lineární absorpční koeficient (m-1) – závisí na hustotě elektronů absorbujícího prostředí a energii -záření d I  I0e 3 [USEMAP] Brzdné záření Brzdné záření, vznikající při zpomalování pohybující se nabité částice, když je vychýlena jinou nabitou částicí; typicky jde o vychýlení elektronu atomovým jádrem. Pohybující se částice ztrácí kinetickou energii a ta je přeměněna na záření (tzn. foton), čímž je dodržen zákon o zachování energie. Brzdné záření má spojité spektrum; jeho energie roste a špičková hodnota se posouvá s růstem energie zpomalujících částic.  = 0,1 – 0,4 nm tj. 60 – 250 keV ~ Z E (ln 2E ) dE dx 2   Brzdné záření je elektromagnetické záření a vzniká v látkách s vysokým Z a při velkých energiích b - záření 4 [USEMAP] [USEMAP] Čerenkovovo záření ·modrofialové světelné záření ·vzniká při průchodu - záření průhledným prostředím (voda, sklo) ·vzniká tehdy, je-li rychlost - částic v prostředí větší než rychlost světla v této látce n – index lomu prostředí · - záření vytváří při průchodu rázovou elektromagnetickou vlnu, která se projeví jako světelný záblesk · · ve vodě vzniká Čerenkovovo záření pro E > 0,26 MeV v>c/n 5 [USEMAP] Interakce -záření s hmotou Neionizující procesy Bez interakce - kvantum záření může volně proletět mezi atomy látky. K tomu často dochází zvláště u tvrdého záření při průchodu lehkými materiály. Rayleighův koherentní rozptyl záření na elektronech vázaných v atomovém obalu, při němž se přenáší pouze hybnost, nikoli energie (lehký foton se odráží od celého atomu, jehož hmotnost je mnohonásobně větší) Thomsonův rozptyl na volných elektronech Excitace elektronů na vnějších slupkách atomů, načež se při deexcitaci vyzařuje viditelné nebo infračervené záření 6 [USEMAP] Ionizující procesy §-záření neionizuje prostředí tak jako hmotné částice nesoucí náboj § §k ionizaci dochází nepřímo účinkem sekundárních elektronů, které v látce vznikají následujícími ději § E ~ 0,1 MeV 0,1 – 2 MeV > 1,02 MeV 7 [USEMAP] [USEMAP] §sekundární elektrony způsobují ionizaci a excitaci podobně jako u - záření § §-záření má velkou pronikavost  sekundární elektrony jsou řidčeji rozloženy kolem dráhy částice § §lineární přenos energie je malý a dosah záření velmi velký (často se nedá určit) § §zeslabení svazku -záření se řídí stejným vztahem jako u - záření 8 Průběh ionizace gama zářením [USEMAP] Protože často nelze určit dosah -záření, vyjadřuje se pronikavost tohoto záření pomocí tzv. polotloušťky, tedy jako tloušťka vrstvy látky, která zeslabí intenzitu záření na polovinu I = I0 /2 …. d1/2 = ln2/ Další možnou interakcí gama záření s hmotou je: jaderná rezonanční fluorescence – Mössbauerův jev (zde nebude probírán) 9 [USEMAP] Absorpce neutronů §Volné neutrony se spontánně rozpadají radioaktivitou - s poločasem asi 12 minut na protony, elektrony a (anti)neutrina. § §Ionizaci prostředí způsobují až sekundární částice, jež vznikají při interakci neutronů s jádry atomů (odražená lehká jádra, záření , protony, částice alfa, apod.) Pružný rozptyl - neutrony ztrácejí při průchodu látkou svou energii srážkami s atomovými jádry  nejúčinněji se neutrony zpomalují při srážkách s lehkými jádry tj. při srážce neutronu s jádrem vodíku se E = E  veškerá energie se při jediné srážce přenese celá na proton, který získá značnou energii a opouští své místo (velké nebezpečí pro živé organismy). 4mM (m  M)2 E  E E úbytek energie neutronu při jedné srážce m hmotnost neutronu M hmotnost jádra 10 Neutrony po vstupu do látky reagují téměř výhradně s atomovými jádry, a to čtyřmi způsoby: [USEMAP] [USEMAP] Nepružný rozptyl neutronů §neutron opět předá část své energie jádru, avšak tato energie se spíše než na mechanický pohyb jádra spotřebuje na zvýšení vnitřní energie jádra - nastane excitace jádra. §Při návratu jádra do původního stavu (deexcitaci vzbuzených jaderných hladin) se vyzáří foton záření gama, který již vyvolává ionizaci mechanismy popsanými v předchozím odstavci (fotoefekt, Comptonův rozptyl, ...). § Radiační záchyt neutronů Klesne-li energie po srážkách pod ~10-2eV, pak zanikají jadernou reakcí (n,γ) §záření gama pak již vyvolává ionizaci. §další ionizace pak může nastat i následně a dlouhodobě: jádra, jež pohltila neutron, jsou často radioaktivní a rozpadají se za vyzáření dalšího ionizujícího záření, především beta. §k látkám, které nejúčinněji zachycují neutrony, patří zvláště bor a kadmium, které se proto používají jako stínicí materiál pro neutronové záření a pro regulaci neutronového toku v jaderných reaktorech. Jaderné reakce po vniknutí neutronu do jádra je emitována jiná částice, např. proton nebo částice alfa, které ionizují. 10B(n,)7Li pak ionty Li i -částice mají značnou energii a ionizační schopnost 11 [USEMAP] Zdroje ionizujícího záření Využívají se pro: ·laboratorní účely ·terénní aplikace ·průmyslové aplikace radionuklidové (produkují záření stále) Zdroje aparaturní (produkce záření pouze během provozu stroje) Záření elektronové ·je produkováno nuklidy, které je emitují: 90Sr/90Y 3H 147Pm ·urychlovače elektronů (betatron, lineární urychlovač) · 12 [USEMAP] Záření elektromagnetické -záření: 241Am, 109Cd, 57Co, 55Fe, 60Co, 137Cs,192Ir zdroje rtg záření: rentgenové lampy, radioaktivní nuklidy produkující charakteristické rtg záření ‚109Cd), radioaktivní nuklidy generující brzdné záření při absorpci -záření, urychlovače elektronů Záření pozitronové radioaktivní nuklidy produkující pozitrony: 22Na, 68Ge Zdroje těžkých kladných částic radionuklidové zdroje -záření: 210Po, 226Ra, 238Pu, 241Am urychlovače: cyklotron, lineární urychlovač 13 [USEMAP] Neutronové zdroje   radionuklidové zdroje: (,n) a samovolné štěpení neutronový generátor jaderný reaktor Konstrukce radionuklidových zdrojů (nutno zaručit těsnost - URZ uzavřený radionuklidový zářič) radionuklidové zdroje 14 [USEMAP]