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 a-částice R=0,0033 E^3/2 Dosah a-částic ve vzduchu (je max. 10 cm ) (R vzdálenost v m, E v MeV) Počet párů iontů na celé dráze a-částice ve vzduchu 6,25 . 10^4 R^2/3 R je v cm Ø hustota elektronů v kapalinách a tuhých látkách je cca 1000x větší než v plynech Ø lineární přenos energie je proto cca 10^3x větší Ø dosah záření je o tři řády kratší (pro a-záření jsou to desítky mm) b-částice (rychlé elektrony se spojitým spektrem energií) Ø přenos energie je menší jako u a-částic Ø příčinou je menší náboj elektronu a jeho větší rychlost při stejné energii ( ) Ø  Þ větší pronikavost (tedy i dosah)v absorbujícím prostředí Absorpční křivka pro b^- záření d- tloušťka vrstvy (m) m- lineární absorpční koeficient (m^-1) – závisí na hustotě elektronů absorbujícího prostředí a energii b-záření Brzdné záření Ø vzniká při průchodu b-záření látkou Ø pohybuje-li se b-částice v blízkosti jádra, je elektrickým polem jádra zpomaleno a vyzařuje se přitom elektromagnetické záření z oblasti spojitého („bílého“) rtg. záření (brzdné záření) Textové pole: l = 0,1 – 0,4 nm tj. 60 – 250 keV Þ brzdné záření vzniká v prostředích v látkách s vysokým Z a při velkých energiích b - záření Čerenkovovo záření Ø modrofialové světelné záření Ø vzniká při průchodu b-záření průhledným prostředím (voda, sklo) Ø vzniká tehdy, je-li rychlost b-částic v prostředí větší než rychlost světla v této látce v[b]>c/n n –index lomu prostředí Ø b-záření vytváří při průchodu rázovou elektromagnetickou vlnu, která se projeví jako světelný záblesk Ø ve vodě vzniká Čerenkovovo záření pro E[b][ ]> 0,26 MeV Interakce g-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 Ionizující procesy Ø g-záření neionizuje prostředí tak jako hmotné částice nesoucí náboj Ø k ionizaci dochází nepřímo účinkem sekundárních elektronů, které v látce vznikají třemi ději http://astronuklfyzika.cz/InterakceGama.gif E[g][ ]~ 0,1 MeV 0,1 – 2 MeV > 1,02 MeV Ø sekundární elektrony způsobují ionizaci a excitaci podobně jako u b^- záření Ø g-záření má velkou pronikavost Þ sekundární elektrony jsou řidčeji rozloženy kolem dráhy částice Ø lineární přenos energie je malý a dosah záření velmi velký (často se nedá určit) Ø zeslabení svazku g-záření se řídí stejným vztahem jako u b^- záření Ø protože často nelze určit dosah g-záření, vyjadřuje se pronikavost tohoto záření pomocí tzv. polotloušťky, tedy jako tloušťka vrstvy látky, která zeslabí intenzitu záření na polovinu I = I[0 ]/2 …. d[1/2] = ln2/m Další možnou interakcí gama záření s hmotou je: jaderná rezonanční fluorescence – Mössbauerův jev Absorpce neutronů Ø volné neutrony se spontánně rozpadají radioaktivitou b- s poločasem asi 12 minut na protony, elektrony a (anti)neutrina. Ø Ionizaci prostředí způsobují až sekundární částice, jež vznikají při interakci neutronů s jádry atomů (odražená lehká jádra, záření b, protony, částice alfa, apod.) Neutrony po vstupu do látky reagují téměř výhradně s atomovými jádry, a to čtyřmi způsoby: Pružný rozptyl - neutrony ztrácejí při průchodu látkou svou energii srážkami s atomovými jádry DE úbytek energie neutronu při jedné srážce m hmotnost neutronu M hmotnost jádra Þ nejúčinněji se neutrony zpomalují při srážkách s lehkými jádry …………při srážce neutronu s jádrem vodíku se DE = E Þ veškerá energie se při jediné srážce přenese celá na proton, který získá značnou energii a opouští své místo (velké nebezpečí pro živé organismy). Nepružný rozptyl - 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, ...). Klesne-li energie po srážkách pod ~10^-2eV, pak zanikají jadernou reakcí (n,γ) - radiační záchyt 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 stínící 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,a)^7Li , pak ionty Li i a-částice mají značnou energii a ionizační schopnost Zdroje ionizujícího záření Využívají se pro: Ø laboratorní účely Ø terénní aplikace Ø průmyslové aplikace radionuklidové (produkují záření stále) Zdroje aparaturní (produkce záření pouze během provozu stroje) Záření elektronové Ø je produkováno nuklidy, které je emitují: ^90Sr/^90Y, ^3H,^147Pm Ø urychlovače elektronů (betatron, lineární urychlovač) Záření elektromagnetické Ø g-záření: ^241Am, ^109Cd, ^57Co, ^55Fe, ^60Co, ^137Cs,^192Ir^ Ø zdroje rtg záření: rentgenové lampy, radioaktivní nuklidy produkující charakteristické rtg záření ‚^109Cd) radioaktivní nuklidy generující brzdné záření při absorpci b-záření urychlovače elektronů Záření pozitronové radioaktivní nuklidy produkující pozitrony: ^22Na, ^68Ge Zdroje těžkých kladných částic radionuklidové zdroje a-záření: ^210Po, ^226Ra, ^238Pu, ^241Am urychlovače: cyklotron, lineární urychlovač Neutronové zdroje radionuklidové zdroje: (a,n) a samovolné štěpení neutronový generátor jaderný reaktor Konstrukce zdrojů Ø radionuklidové zdroje (nutno zaručit těsnost - uzavřený radionuklidový zářič URZ)