mi az alfa részecske-meghatározás

az alfa-részecskék a hélium energetikai magjai. Az alfa-részecskék termelését alfa-bomlásnak nevezik. Az alfa-részecskék két protonból és két neutronból állnak, amelyek egy héliummaggal azonos részecskébe vannak kötve. Az alfa-részecskék viszonylag nagyok, és kettős pozitív töltést hordoznak. Nem nagyon hatolnak át, és egy darab papír megállíthatja őket. Csak néhány centiméterrel haladnak, de minden energiájukat rövid útjuk mentén helyezik el., A nukleáris reaktorokban például az üzemanyagban (a nehéz magok alfa-bomlása) készülnek. Az alfa-részecskéket általában a természetben előforduló nehéz radioaktív magok (urán, tórium vagy rádium), valamint a transzurán elemek (neptunium, plutónium vagy americium) bocsátják ki. Különösen energikus alfa-részecskéket (kivéve a mesterségesen gyorsított héliummagokat) termelnek egy nukleáris folyamatban, amelyet ternáris hasadásnak neveznek. Ebben a folyamatban az urán magja a normál kettő helyett három töltött részecskére (hasadási fragmensekre) oszlik., A legkisebb a hasadási töredékek valószínűleg (90% valószínűség), hogy egy extra energikus alfa részecske.

az alfa-részecskék kölcsönhatása az anyaggal

mivel az elektromágneses kölcsönhatás bizonyos távolságra kiterjed, nem szükséges, hogy az alfa-részecskék közvetlen ütközést okozzanak egy atommal. Az energiát egyszerűen átadhatják a közelben., Az alfa-részecskék elsősorban a pozitív töltésük és az atomi pályákból származó elektronok negatív töltése közötti coulomb-erők révén lépnek kölcsönhatásba az anyaggal. Általánosságban elmondható, hogy az alfa-részecskék (mint más töltött részecskék) az energiát többnyire a következők szerint továbbítják:

• gerjesztés. A töltött részecske energiát képes átadni az atomnak, növelve az elektronokat magasabb energiaszintre.
• ionizáció. Ionizáció akkor fordulhat elő, ha a töltött részecske elegendő energiával rendelkezik egy elektron eltávolításához. Ez ionpárokat hoz létre a környező anyagokban.,

a párok létrehozása energiát igényel, amely elvész az alfa-részecske kinetikus energiájából, ami lassulást okoz. Az alfa-részecske áthaladása által létrehozott pozitív ionok és szabad elektronok ezután újra egyesülnek, energiát bocsátanak ki hő formájában (pl. vibrációs energia vagy atomok forgási energiája). Jelentős különbségek vannak az energiaveszteség és-szórás módjában a fénytöltésű részecskék, például a pozitronok és elektronok, valamint a nehéz töltésű részecskék, például a hasadási fragmensek, az alfa-részecskék, a muonok áthaladása között., A legtöbb ilyen különbség az ütközési folyamat különböző dinamikáján alapul. Általában, amikor egy nehéz részecske ütközik egy sokkal könnyebb részecskével (elektronok az atomi pályákon), az energia és a lendület megőrzésének törvényei azt jósolják, hogy a hatalmas részecske energiájának csak egy kis része átvihető a kevésbé masszív részecskére. Az átadott energia tényleges mennyisége attól függ, hogy a töltött részecskék milyen szorosan haladnak át az atomon, valamint az energiaszintek mennyiségi meghatározásának korlátozásaitól is függ.,

Lásd még: a nehéz töltésű részecskék kölcsönhatása az anyaggal

megállási teljesítmény-Bethe Formula

a környező közeg ionizációs tulajdonságait leíró kényelmes változó a megállási teljesítmény., Az anyag lineáris megállási teljesítményét úgy definiáljuk,mint az anyagon belüli részecske differenciál energiaveszteségének arányát a megfelelő differenciálúthosszhoz:

, ahol T a töltött részecske kinetikus energiája, a nion az egységnyi úthosszra jutó elektron-ion párok száma, és I jelöli az atom ionizálásához szükséges átlagos energiát a közegben. A töltött részecskék esetében az S növekszik, amikor a részecske sebessége csökken. A klasszikus kifejezés, amely leírja a konkrét energiaveszteséget, a Bethe formula néven ismert., A nem relativisztikus képletet Hans Bethe találta meg 1930-ban. A relativisztikus változatot (lásd alább) Hans Bethe is megtalálta 1932-ben.

ebben a kifejezésben m az elektron többi tömege, β egyenlő v/c-vel, ami kifejezi a részecske sebességét a fény sebességéhez viszonyítva, γ a részecske Lorentz tényezője, Q megegyezik a töltésével, Z a közeg atomszáma, n pedig a térfogat atomsűrűsége. A nem relativisztikus részecskék esetében (a nehéz töltésű részecskék többnyire nem relativisták) a dT/dx 1/v2-től függ., Ez azzal magyarázható, hogy a töltött részecske nagyobb időt tölt az elektron negatív mezőjében, amikor a sebesség alacsony.

a legtöbb anyag megállási ereje nagyon magas a nehéz töltésű részecskék esetében, és ezek a részecskék nagyon rövid tartományúak. Például az 5 MeV alfa-részecske tartománya körülbelül 0,002 cm alumíniumötvözetben. A legtöbb alfa-részecskét egy közönséges papírlap vagy élő szövet megállíthatja., Ezért az alfa-részecskék árnyékolása nem jelent nehéz problémát, másrészt az alfa-radioaktív nuklidok súlyos egészségügyi veszélyekhez vezethetnek lenyelés vagy belélegzés esetén (belső szennyeződés).

Bragg-Görbe

A Bragg-görbe jellemző alfa-részecskék, illetve az egyéb nehéz töltött részecskék, valamint ismerteti az energia elvesztése során ionizáló sugárzás utazás számít. Erre a görbére jellemző a Bragg csúcs, amely a megállási teljesítmény 1 / v2 függőségének eredménye. Ez a csúcs azért fordul elő, mert az interakció keresztmetszete közvetlenül a részecske pihenése előtt növekszik. A pálya nagy részében a töltés változatlan marad, a fajlagos energiaveszteség az 1/v2-nek megfelelően növekszik., A pálya vége felé a töltés elektronfelszedéssel csökkenthető, a görbe leeshet.

a Bragg görbe szintén kissé eltér a kóbor hatása miatt. Egy adott anyag esetében a tartomány közel azonos lesz az azonos típusú, azonos kezdeti energiával rendelkező összes részecskére. Mivel az adott részecske által végzett mikroszkopikus kölcsönhatások részletei véletlenszerűen változnak, a tartomány kis változása figyelhető meg., Ezt a variációt straggingnak nevezik, amelyet az energiavesztési folyamat statisztikai jellege okoz, amely számos egyedi ütközésből áll.

ezt a jelenséget, amelyet a Bragg görbe ír le, a rák részecsketerápiájában használják ki, mivel ez lehetővé teszi a megállási energia koncentrálását a tumorra, miközben minimalizálja a környező egészséges szövetre gyakorolt hatást.

---