Zracenje Seminarski Rad

7/22/2019 Zracenje Seminarski Rad

1/46

SEMINARSKI RADIzvori zraenja

Interakcija zraenja i materijeStatistika obrada mjernih rezultata


2/46

S A D R A J

SEMINARSKI RAD.......................................................................................11. IZVORI ZRAENJA...................................................................................................................................4

1.1 UVOD......................................................................................................................................................4

1.2 !DI"I#! I D!$I"I#I!................................................................................................................... ....%&adioaktivnost...........................................................................................................................................%&adioaktivnost...........................................................................................................................................%!ner'ija......................................................................................................................................................(!ner'ija......................................................................................................................................................(

1.) I*VO&I +&*I, !-!/&O"0..............................................................................................................(+eta rasad.................................................................................................................................................(

+eta rasad.................................................................................................................................................(Unutranja konverzija................................................................................................................................3Unutranja konverzija................................................................................................................................30u'erovi electroni......................................................................................................................................0u'erovi electroni......................................................................................................................................

1.4 I*VO&I /!5I, "0!-!/&IS0"I, 6!S/I#0......................................................................... .....70l8a rasad.................................................................................................................................................70l8a rasad.................................................................................................................................................7Sontana 8isija..........................................................................................................................................19Sontana 8isija..........................................................................................................................................19

1.% I*VO&I !-!/&O:0;"!/"O; *&06!"0.......................................................................... .....11;ama zraenja kao osljedica beta rasada.............................................................................................11

;ama zraenja kao osljedica beta rasada.............................................................................................110nihilaciono zraenje..............................................................................................................................120nihilaciono zraenje..............................................................................................................................12*akono zraenje ?zraenje......................................................................................................................1)arakteristino >?zraenje......................................................................................................................1)

1.( "!U/&O"SI I*VO&I.......................................................................................................................1)Sontana 8isija..........................................................................................................................................1)Sontana 8isija..........................................................................................................................................1)


3/46

;ubitak ener'ije u tankom asorberu......................................................................................................13;ubitak ener'ije u tankom asorberu......................................................................................................13Conaanje 8isionih 8ra'menata.................................................................................................................1Conaanje 8isionih 8ra'menata.................................................................................................................1!misija sekundarnih elektrona.................................................................................................................1!misija sekundarnih elektrona.................................................................................................................1

2.) I"/!&0#I! +&*I, !-!/&O"0 S0 :0/!&IO:..................................................................1;ubitak seci8ine ener'ije......................................................................................................................17;ubitak seci8ine ener'ije......................................................................................................................17Domet elektrona.......................................................................................................................................17Domet elektrona.......................................................................................................................................17Cozitronske interakcije.............................................................................................................................29Cozitronske interakcije.............................................................................................................................29

2.4 I"/!&0#I0 ;0:0 *&06!"0 S0 :0/!&IO:.....................................................................21$otoelektrini e8ekat................................................................................................................................21$otoelektrini e8ekat................................................................................................................................21omtonovo rasejanje.............................................................................................................................21omtonovo rasejanje.............................................................................................................................21

Stvaranje ara...........................................................................................................................................22Stvaranje ara...........................................................................................................................................22Slabljenje 'ama zraka..............................................................................................................................2)Slabljenje 'ama zraka..............................................................................................................................2)+uildu.....................................................................................................................................................2)+uildu.....................................................................................................................................................2)

2.% I"/!&0#I! "!U/&O"0 S0 :0/!&IO:.................................................................................24lasi8ikacija neutrona..............................................................................................................................24lasi8ikacija neutrona..............................................................................................................................24Interakcije sorih neutrona.......................................................................................................................24Interakcije sorih neutrona.......................................................................................................................24Interakcije brzih neutrona........................................................................................................................2%

Interakcije brzih neutrona........................................................................................................................2%2.( !SCO*I#I0 I DO*0.........................................................................................................................2(

!ksozicija 'ama zraenja.......................................................................................................................2(!ksozicija 'ama zraenja.......................................................................................................................2(0sorbovana doza....................................................................................................................................230sorbovana doza....................................................................................................................................23!kvivalentna doza....................................................................................................................................23!kvivalentna doza....................................................................................................................................232.3 I#C& jedinice ....................................................................................................................................22.3 I#C& jedinice ....................................................................................................................................2

3. STATIKA ANALIZA MJERNIH REZULTATA.................................................................................29

).1 UVOD.....................................................................................................................................................27).2 S&!D"0 V&I!D"OS/ I S/0"D0&D"O ODS/UC0"!............................................................27

).) S/0/IS/I6I :OD!-I........................................................................................................................)9+inomna rasodjela..................................................................................................................................)1+inomna rasodjela..................................................................................................................................)1Coasonova rasodjela...............................................................................................................................)2Coasonova rasodjela...............................................................................................................................)2;ausova rasodjela..................................................................................................................................));ausova rasodjela..................................................................................................................................))

).4 C&I:!"0 S/0/IS/I6I, :OD!-0...............................................................................................)%Crocjena izabrano' statistiko' modela...................................................................................................)%

Crocjena izabrano' statistiko' modela...................................................................................................)%Crocjena reciznosti ojedinano' mjerenja............................................................................................)(Crocjena reciznosti ojedinano' mjerenja............................................................................................)(

)


4/46

).% C&OC0;0#I0 ;&!5!.....................................................................................................................)3

).( OC/I:I*0#I0.....................................................................................................................................49

).3 -I:I/I D!/!#I!..............................................................................................................................41

). &0SCOD!-0 V&!:!"SI, I"/!&V0-0....................................................................................44

LITERATURA.................................................................................................................................................46

1. IZVORI ZRAENJA

1.1 UVOD

*raenjeA zavisno od tiaA moFe oticati direktno iz jez'ra neko' nestabilno' atoma ili odnje'ovih elektrona. onvencionalno smo izvrili odjelu na etri tia zraenjaG

"aelektrisane estice ? brzi elektroni

? teke naelektrisane estice

"enaelektrisane estice ? elekrtoma'netna zraenja? neutroni

Brzi elektronisu beta estice


5/46

Elektromagnetna zraenjakoja su od interesa za nas su > i 'ama zraenja. &azlika izmeHu> i 'ama zraenja je u njihovom nastajanju. >?zraci u'lavnom nastaju rilikomrerasodjele elektrona u atomskim ljuskamaA dok 'ama zraenje nastaje kao osljedicaener'etskih romjena unutar samo' jez'ra.

Neutroninastaju u razliitim nuklearnim rocesima i esto ih djelimo na brze i soreneutrone kao odkate'orije.

!ner'etski ose' od interesa obuhvata reko est dekadaA oinje na 19 eV i zavrava se na29 :eV. Donju ener'etsku 'ranicu odreHujemo kao minimalnu ener'iju otrebnu da izvri

jonizaciju neke materije. *raenja sa ener'ijama veim od minimalne nazivamojonizujuim zraenjima. ;ornju ener'etsku 'ranicu smo odredili na bazi vrijednosti kojaokriva neohodne ener'ije u dananjoj nuklearnoj nauci i tehnolo'iji.

Da bismo odredili 8iziku 8ormu izvora zraenja trebamo najrije razmotriti mo'unostirolaska zraenja kroz materijal odreHene debljine. :eko zraenjeA kao to je al8a esticaili nisko ener'etski >?zrak rolazi kroz samo malu debljinu materijala. U ovom sluajuizvori zraenja se moraju raviti u veoma tanakom slojuA jer u surotnom moFe doi do

ojave koja se nazivasamoapsorpcija. Ova ojava moFe uticati i na intenzitet i na ener'ijuzraenja koja se ojavljuje na ovrini samo' izvora. /iina debljina za ovake izvore jereda mikrometara. ;eneralnoA beta estice imaju veu rodornostA i uobiajno je debljinaovakvih izvora reda nekoliko desetina milimetra. Crodornija zraenjaA kao to su 'amazraci ili neutroni manje su odloFna samo asorciji i dimenzije izvora mo'u bitimilimetar ili centimetar bez ozbiljnije' uticaja na radiacione karakteristike.

1.2 JEDINICE I DEFINICIJE

Ra!"a#$!%&"'$

Cojavu nestabilnosti jez'ara kod radioaktivnih izotoa nazivamo radioaktivnou. *akonradioaktivno' rasada nam 'ovori o tome koliki e broj atoma oetno' radioizotoa ostatinerasadnut a isteku vremena t.

Ndt

dN

=

'dje jeN broj radioaktivnih jez'araA a je konstanta radioaktivno' rasadaA koja nam'ovori o tome kolika je vjerovatnoa rasada jez'ra u jedinici vremena.U raksi esto sreemo vansistemsku jedinicu za aktivnostKiri (Ci). 0ktivnost od 1 Ciimaonaj izvor u kome se u jednoj sekundi deava !" # 1$1$rasada. Ova nesistemska jedinica

je veoma o'odna za koritenje u laboratorijamaA osebno njeni inioci milikiri (mCi) imikrokiri (%Ci)A zbo' e'a i danas nalazi iroku rimjenu u raksi i u literaturi.edinica za aktivnost radioaktivnih izvora u meHunarodnom sistemu jedinica


6/46

Vrijednosti koje u raksi sreemo su reda kilo&ekerela (kB')i mega &ekerela (+B').

Sei8ina aktivnost radioaktivno' izvora je de8inisana kao aktivnost o jedinici mase

radioaktivno' izotoa. Seci8inu aktivnost moFemo raunati kaoG

+

,

,N+

N

masa

akti-nostakti-nostspec

-

-

=

=

.

'dje jeG : atomska masaA0v 0vo'ardov broj i N redstavljaju oetnu i zavrnu nuklearnu vrstu izotoA a - je antineutrino."eutrino i antineutrino imaju ekstremno malu vjerovatnou interakcije sa materijomA zatoih je raktino nemo'ue detektovati.DakleA u beta?minus rasadu neutron se trans8ormie u roton koji ostaje vezan u jez'ruA a

jez'ro nautaju zrakA odnosno elektron i antineutrino. &edni broj izotoa raste za 1 ielemenat se omjera za jedno mjesto u desno u eriodnom sistemu. !ner'iju rasada koja

(


7/46

je jednaka razlici ener'ja oetno' i krajnje' stanjaA meHu sobom dijele elektron i neutrinoi s obzirom da se oaFaju samo elektroni to e svaki ut imati neku dru'u ene'iju zavisnood to'a koliku ener'iju je odnio neutrino. Sektar zraenja je dakle kontinualan. Svako zraenje se karakterie maksimalnom ener'ijom


8/46

Croces unutranje konverzije se javlja kad je atom u obuHenom stanju. Uobiajan rocesdeeksitacijese odvija kroz emisiju 'ama zraka. :eHutimA u nekim obuHenim stanjimaAemisija 'ama zraka biva ukoena i tada unutranja konverzija ostaje dominantan roces.U ovom sluaju ener'ija obuHeno' stanja


9/46

1.4 IZVORI TEKIH NAELEKTRISANIH ESTICA

Aa )a'-a

0l8a estica je strukturno evivalentna jez'ru helijumaA sastoji se od dva rotona i dvaneutronaA nastaje kao roizvod u rocesu rasadanja mno'ih radionuklida. "a rimjerrilikom rasadanja ,m*51 dobijamo otomak nuklid Np*" i


10/46

+rojal8aestica

Udaljenost od izvora


11/46

Slika 1.( &asodjela kinetikih ener'ija 8isionih 8ra'menata kod #8?2%2

"eki radionuklkidi koji su od interesa u nuklearnoj ener'iji rasadaju se sontanom8isijom. Isotoi lutonijuma rincijelno se raadaju al8a rasadomA ali isto tako isontanom 8isijom. Srednji broj neutrona emitovanih o 8isiji se kree izmeHu 2A1( i 2A2(.

1.5 IZVORI ELEKTROMANETNO ZRAENJA

aa 0)a7(&+a #a" -"'+(!a 8($a )a'-aa

Crilikom rasada radionuklida novonastali nuklid


12/46

A&!!a!"&" 0)a7(&+(

Cozitron ili ozitivna estica moFe biti osmatran kao antiestica od elektrona. Cositronnastaje u rocesu stvaranja ara ili rilikom ozitronsko' rasada. Cozitroni mo'u da

reHu ut od najvise nekoliko milimetara i ri tome 'ube svoju kinetiku ener'iju. U

trenutku kad im je kinetika ener'ija skoro nula dolazi do rocesa anihilacije odnosno dosajanja sa elektronom. Cosljedica to'a je da ozitron i elektron nestajuA a javlja seanihilaciono zraenjeA odnosno dva 8otona ener'ije %11 keV koji se kreu u surotnim

ravcimaA kao to se vidi na slici 1..

Slika 1. 0nihilacia

Za#"7&" 0)a7(&+( :,)(''$)a&*;

U interakciji brzih elektrona sa materijom dio njihove ener'ije se konvertuje uelektroma'netno zraenje u 8ormi zakono' zraenja. Dio ener'ije elektrona koji sekonvertuje u elektroma'netno zraenja se oveava sa oveanjem ener'ije elektrona i

ojava zakono' zraenja je izraFajnija kod materijala sa veim *. "ajoznatiji sluajzakono' zraenja je rend'ensko zraenjeA koje se emituje ri na'lom koenju snoa brzihelektrona u rend'enskim cijevima. "a slici 1.7 je rikazan mehanizam zakono' zraenja.

Slika 1.7 "astajanje zakono' zraenja

Cri radu sa elektronima treba voditi rauna o zakonom zraenju koje oni roizvode rirolasku kroz materijuA to redstavlja veliki roblem u zatiti od zraenja. Crvi vaFanasekt je da se koruskularno zraenje retvara u 8otonskoA koje je znatno rodornijeA a

oto je ono neoFeljno treba odabrati materijale tako da bude to je mo'ue manje.!lektron 'ubi ener'iju na zakono zraenje ored 'ubitka ener'ije na jonizaciju. Odnos

ener'ije koji se 'ubi na zakono zraenje i enerije koja se 'ubi na jonizaciju se raunaG

12


13/46

99

:E

E

E

jon

:: =

'dje je ! ener'ija estice izraFena u :eV a * je atomski broj asorbera.

Ka)a#$()!'$!7&"


14/46

DakleA oto broj emitovanih neutrona i veliina 8ra'menata u 8isiji nisu jasno odreHeni vemi raunamo srednju vrijednostA ni ener'ija nije jasno odreHenaA ve se kree u 'ranicamaod 9 do %A% :eVA sa srednjom vrijednou od 2A) :eV.

:>?&; I0%")!

Costoji mno'o izvora al8a estica koji se koriste za dobijanje neutrona u


15/46

Ova reakcija se mno'o koristi u neutronskim 'eneratorima 'dje se joni deuterijumaubrzavaju koristei otencijal od 199?)99 kV. Coto je ener'ija incidentne estice mno'omanja u oreHenju sa ener'ijom reakcije svi roizvedeni neutroni imaju ribliFno istuener'iju ribliFno ) :eV za D?D reakciju i 14 :eV za D?/ reakciju.

:no'e dru'e naelektrisane estice mo'u roizvesti reakcije ovo' tiaA ali su za njihovoubrzanje otrebni veliki akceleratori ili ciklotroniA jer se zahtjeva velika ener'ija.

2. INTERAKCIJA ZRAENJA I MATERIJE

2.1 UVOD

&ad svako' detektora zraenja se bazira na romjenama detektujue sredine ri rolaskuzraenja kroz nju. &azumjevanje od'ovora


16/46

materijom kroz koju rolazi se svodi na otuni ili arcijalni relazak ener'ije incidentno'zraenja na elektrone ili jez'ra atoma. 0ko se ova intereakcija ne desi u detektoru ovazraenja bez naelektrisanja mo'u otuno roi kroz zareminu detektora bez i najmanje'znaka njihove detekcije.

,orizontalne strelice nam okazuju rezultat interakcija. "a rimjerA u rocesu interakcije>?zraenje ili B?zraenje mo'u otuno ili djelimino redati ener'iju elektronima umediju. /akoHe i neutronsko zraenje kao osljedicu interakcije moFe imati tekenaelektrisane esticeA koje nam kasnije sluFe kao osnova za detekciju si'nala.

2.2 INTERAKCIJA TEKIH NAELEKTRISANIH ESTICA SA MATERIJOM

)!)"a !&$()a#!+(

od tekih naelektrisanih esticaA kao to je @?esticaA osnovni nain uzajamno' djelovanja

sa materijom kroz koju rolazi je ulonova sila izmeHu njeno' ozitivno' naelektrisanja ine'ativno' naelektrisanja elektrona u orbitama atoma asorbera. Iako je mo'uainterakcija estice sa jez'rom atomaA vjerovatnoa je jako mala a je uticaj ovakveinterakcije na od'ovor radijaciono' detektora neznatan.

"aelektrisane estice u interakciji sa materijom kroz koju rolazi istovremeno djeluje namno'e elektrone i u svakom od ovih susreta elektron osjea imuls rivlane kulonove silekada se estica nalazi u nje'ovoj blizini. Veliina ove sile moFe da bude tolika da izazoveeksitaciju ili jonizaciju atoma. !ner'ija koju rimi elektron umanjuje ener'ijunaelektrisane estice i njena brzina se smanjuje. :aksimalna ener'ija koja moFe biti

renesena sa nealektrisane estice na elektron je reda veliine 1%99 ener'ije naelektrisaneestice o nukleonu. Iako je ovo mali dio oetne ener'ije naelektrisane esticeA ovaj

roces je kontinualan i brzina se smanjuje dok se naelektrisana estica ne zaustavi.Ukoliko izuzmemo sami krajA tra' naelektrisane estice je veoma rav i interakcije sedeavaju u svim ravcima simultano. Velika masa @?estice dorinosi da bi u sudarima sa

jez'rom dolo do ozbiljno' skretanja treba dosta da mu se ribliFiA a to se veoma rijetkodeava. /ek ri kraju tra'a kad se al8a estica toliko usori da oinje da se sudaradirektno sa atomima i da krivuda.U navedenim interakcijama kada elektron nausti atom i jo uvijek ima dovoljno kinetikeener'ije da stvara nove jone. Ove elektrone zovemo i delta zraci. "jihov domet je uvijemali u oreHenju sa duFinom uta incidentne estice.

M"B 0a'$a%+a&+a :S$"--!&* -"();

*a naelektrisane estice mo zaustavljanja =se de8inie kao 'ubitak ener'ije dEza duFinurodiranja d#.

d#

dE= =

Vrijednost>dE.d# takoHe nazivamo i 'ubitak seci8ine ener'ije ili termin koji obiajno

koristimo je QbrzinaQ 'ubitka ener'ije.

1(


17/46

"aelektrisana estica rolazei kroz materiju moFe da djeluje svojim elektrinim oljem naveliki broj atoma i molekula i seci8ini 'ubitak ener'ije se oveava kako se brzinaestice smanjuje.DakleA estice sa veim naelektrisanjem e imati i vei seci8ini 'ubitak ener'ije. "a

rimjerA al8a estica e 'ubiti ener'iju brzinom mno'o veom ne'o elektron koji se kreeistom brzinom.

D"($

U namjeri da de8iniemo domet al8a estica osmatraemo jednostavan ekserimentArikazan na slici 2.1.

l/lo

d

izvor d

Detektor

0.5

Rm

Slika 2.1 !Keriment odreHivanja dometa @ estice

Cosmatramo kolimiran izvor monoener'etsko' al8a estica. +roj al8a estica detektujemonakon rolaska kroz asorber debljine d. +roj detektovanih al8a estica bez asorberaizmeHu detektora i izvora je l$A a lje broj detektovanih al8a estica koje roHu krozasorber. *a male debljine asorbera jedini e8ekat je smanjenje ener'ija al8a estica

rilikom rolaska kroz asorberA ali nema smanjenja broja al8a estica. :eHutim zaodreHenu debljinu asorbera broj al8a estica koje roHu kroz asorber oinje na'lo da

adaA kao to vidimo na slici 2.1. De8iniemo srednju vrijednost duFine uta ?mA kaodebljinu asorbera na kojoj se broj al8a estica koje roHu kroz asorber reolovi uodnosu broj estica bez asorbera.Domet naelektrisanih estica u rakci je dat tabelarno u zavisnosti od ener'ije i asorbera./akoHeA kod naelektrisanih estica ostoje i razne 8luktuacije u duFini uta. One su

osljedice raznih stohastikih e8ekata i kod tekih naelektrisanih estica iznose nekolikorocenata od srednje duFine uta.

8!$a# (&()*!+( $a" a-'")8()

*a asorbere male debline ili detektore kroz koje rolaze naelektrisane esticeA ener'ijukoja se deonuje u asorberu moFemo raunati kao

dd#

dEE

sr

=

'dje je ddebljina asorberaA a (*dE.d#)srmo zaustavljanja usrednjena o ener'iji estice.0ko je 'ubitak ener'ije maliA zaustavna mo se ne mjenja mno'o i aroksimativnomoFemo rei da je ista kao oetna ener'ija estice. U surotnom sluaju kad se 'ubitakener'ije oveavaA deonovanje ener'ije u asorberu se linearno oveava.

13


18/46

ao rimjer moFemo osmatrati kretanje rotona. *a male ener'ije nje'ov domet je manjiod debljine detektora. *a ener'iju od 42% eV domet rotona je jednak debljini detektoraAdok za vee ener'ije samo mali dio oetne ener'ije se deonuje u detektoru.

"&a/a&+( !'!"&! )a*(&a$a

/eki 8ra'menti nastali kao rezultat sontane 8isije imaju veliko e8ektivno naelektrisanjekoje dovodi do vee' 'ubitka seci8ine ener'ije ne'o u narijed razmatranimsluajevima. /akoHeA iako je velika oetna ener'ijaA domet tiinih 8isionih 8ra'menata jeotrilike olovina dometa al8a estica.Veoma vaFna osobina kretanja 8isionih 8ra'menata je da za razliku od nr. al8a estica kojane 'ubi broj estica sve do samo kraja dometaA 8isioni 8ra'menti kontinualno 'ubee8ektivno naelektrisanje noeno 8ra'mentom roorcionalno kako mu se i brzina smanjuje.Ova osobina redstavlja kontrast u odnosu na dru'e teke esticeA kakve su al8a estice ili

rotoni. $isioni 8ra'menti kue elektrone na svome utu od samo' oetkaA a se broj *kontinualno smanjuje.

E!'!+a '(#&a)&! ((#$)"&a

ako teke naelektrisane estice 'ube kinetiku ener'iju u rocesu usoravanjaA mno'ielektroni iz asorbera dobjaju imulse dovoljne da reHu kratku udaljenost od ori'inalno'tra'a estice. Ovde ubrajamo delta elektroneA ija ener'ija je dovoljna da jonizuje dru'eatomeA i elektrone ija ener'ija je nekoliko keV manja od minimuma ener'ije otrebne za

dalju jonizaciju. Ove nisko ener'etske elektrone nazivamo isekundarni elektroni./eki jon kao to je 8isioni 8ra'ment moFe roizvesti stotine ovih elektronaA dok jedna al8aestica moFe roizvesti do 19 sekundarnih elektrona. +rzi elektroni kao ro je beta esticatakoHe mo'u da stvore sekundarne elektroneA ali je vjerovatnoa mala.!ner'etski sektar ovih izbaenih sekundarnih elektrona je kontinualan sa srednjomvrijednou koja je mno'o manja u oreHenju sa srednjom vrijednou ener'ija kod

rimarne estice.

2.3 INTERAKCIJE ,RZIH ELEKTRONA SA MATERIJOM

Crolaz elektrona kroz materiju mno'o je sloFeni od rolaza tekih naelektrisanih estica.&azlo' ovome su znatno manja masa i vea brzina. ada oredimo sa tekimnaelektrisanim esticamaA brzi elektroni 'ube ener'iju znatno sorije i njihov tra' krozasorbujui materijal nije rav kao kod tekih naelektrisanih estica. Velike devijacije uelektronskom utu su mo'ue jer je njihova masa jednaka masi orbitalnih elektrona sakojima sa kojima uzajamno djelujuA i najvei dio njihove enr'ije se uravo iz'ubi u

ojedinanim susretima. Interakcija elektrona i jez'ra se ne deava tako esto.

1


19/46

8!$a# '-(!!7&( (&()*!+(

&azlika izmeHu elektrona i tekih naelektrisanih estica je i u tome da se kod elektronaener'ija 'ubi i u radiativnim rocesima kao i u ulonovim reakcijama. Ovi 'ubici su

osljedica zakono' zraenja i elektroma'netnih zraenja. Iz klasine teorije znamo da

svako naelektrisanje rilikom ubrzanja mora da zrai ener'ijuA takoHe kreui se krozasorber dolazi do skretanja elektrona u interakciji sa atomima asorbera. ednaina zaseci8ini 'ubitakener'ije 'lasiG

( )

+=

)

42ln4

1)3

12

9

42

9

4

cm

E

cm

e:NE:

d#

dE

r

ao to moFemo da vidimo samo brzi elektroni mo'u roizvesti zakono zraenje. /ekenaelektrisane estice nemaju znaajan uticaj zbo' risustva m$u 8ormuli. +rzi elektroni su

dominantni jer u broiocu izraza imamo E i :

A znai otrebena je velika ener'ija iasorbujui materijal sa velikim atomskim brojem.Ukuna mo zaustavljanja za elektrone je suma 'ubitaka u sudarima i radijacionih'ubitaka


20/46

elektrona. DakleA za razliku od al8a esticaA kod elektrona njihov broj se smanjuje i za malevrijednosti asorbera i konstantno oada do vrijednosti nule.*a istu ener'ijuA seci8ini 'ubitak ener'ije kod elektrona je mno'o manji ne'o kod tekihnaelektrisanih esticaA a je i ukuan ut koji reHe elektron oko stotinu uta vei ne'o kod

al8a estice. *a veoma 'rubu rocjenu domet elektrona je oko 2 mm o :eV umaterijalima male 'ustine ili u materijalima umjerene 'ustine oko 1 mm o :eV.

0sorbcija beta estica

riva slabljenja za beta estice emitovane iz radioizotosko' izvora se znatno razlikuje odone na slici 2.2 za monoener'etske elektrone. U ovom sluaju imamo kontinualanener'etski sektar. W:ekeW ili nisko ener'etske beta estice e biti asorbovane i za maludebljinu asorbera a na samom oetku krive imamo veliki na'ib. *a ostali dio sektrakriva ima eksonencijalni oblikA slika 2.).

Slika 2.) riva slabljenja za X?1%

/reba uzeti u obzir da je ovaj eksonencijalni oblik krive dobijen emirijski i nemaodlo'u u teoriji kao kod slabljenja 'ama zraka.

"0!$)"&'#( !&$()a#!+(

ulonove sile su 'lavni mehanizam za 'ubitak ener'ijeA kako za elektroneA tako i za tekenaelektrisane estice. +ilo da interakcija ukljuuje odbojne ili rivlane sile izmeHuincidentne estice i elektrona u orbitama imuls ili renos ener'ije za estice iste mase su

ribliFno isti. *a ozitrone koji se kreu kroz asorberA domet i seci8ini 'ubitak ener'ijesu slini kao kod ne'ativno naelektrisanih elektrona.Ono 'dje se ozitroni bitno razlikuju od elektrona je anihilaciono zraenje. *bo' ener'ijeanihilacije od %11 keV nastali 8otoni su vema rodorni u oreHenju sa ozitronimaA a se

ener'ija deonuje daleko od ori'inalno' uta ozitrona.

29


21/46

2.4 INTERAKCIJA AMA ZRAENJA SA MATERIJOM

Iako je oznato mno'o mehanizama interakcije 'ama zraenja i materijeA ostoje tridominantna i za nas najvaFnija mehanizma. /o su 8otoelektrini e8ekatA omtonovorasejanje i stvaranje ara. Sva tri rocesa vode ka otunom ili djeliminom renosu

ener'ije 'ama zraka na elektron.

F"$"((#$)!7&! ((#a$

$otoelektrini e8ekat je interakcija 8otona sa atomom asorbera u kojem 8oton nestajeotunoA a jedan 8otoelektron biva izbaen iz atoma. Ova interakcija se moFe javiti samo saatomom u cjeliniA a ni u kom sluaju sa slobodnim elektronom. *a 'ama zrak velikeener'ije najvjerovatnije orijeklo elektrona je sa ljuske atoma. !ner'ija nastalo'8otoelektrona jeG

Ee*67*E&

'dje jeE& ener'ija veze 8otoelektrona. *a ener'iju 'ama zraka veu od nekoliko keV8otoelektron renosi veinu ener'ije 8otona. DakleA ener'ija 8otona jednim djelom utroi sena oslobaHanje elektronaA dok ostatak odjele atom i izbaeni 8otoelektron.DodatnoA osljedica 8otoelektrino' e8ekata je jedan jonizovani atom sa razninim u jednojljuski. Ova raznina se brzo ounjava zarobljavajui slobodni elektron iz rostora./akoHeA jedan ili vie 8otona karakteristinih >?zraka moFu biti 'enerisani. Iako u veinisluajeva ovi >?zraci se reasorbuju u blizini nastanakaA iak je mo'ue da neki naustedetektor zraenjaA to ima uticaj na od'ovor detektora. U nekim sluajevima emisija

0u'erovih elektrona moFe zamjeniti karaktreristino >?zraenje.U'ao od kojim oHe 8otoelektron moFe da bude razliit. *a male ener'ije 8otonaA elektrone najvjerovatnije da se kree okomito na ravac dolaska 8otonaA dok sa orastom ener'ije8otona u'ao se omjera unarijed u ravcu kretanja 8otona.$otoelektrini e8ekat je dominantni roces interakcije za 'ama zraenje zraenje=relativno male ener'ije. Croces ostaje znaajniji u sluaju asorbujuih materijala veliko'atomsko' broja *.

K"-$"&"%" )a'(+a&+(

omtonovo rasejanje je interakcija izmeHu 8otona incidentno' 'ama zraka i elektrona uasorbujuem materijalu. Do omtonovo' e8ekta dolazi kada je ener'ija veze elektronaznatno manja od ener'ije 8otonaA tako da se roces moFe osmatrati kao sudar 8otona saslobodnim elektronom. /o je najdominantniji mehanizam interakcije kod tiinihradioizotoskih izvora 'ama zraka.od omtonovo' rasejanja dolazei 8oton 'ama zraka skree od u'lom Y. Cri tome8oton redaje samo dio svoje ener'ije elektronuA koji je oznat od imenom omtonovelektron


22/46

Slika 2.4 omtonovo rasejanje

!ner'ija rasejano' 8otona jeG

( )

cos11 2

9

Z

+

=

cm

6

66

'dje je m$c ener'ija elektrona


23/46

ada ozitron iz'ubi ener'ijuA on e u blizini neko' elektrona da se anihilira. /ako da kaosekundarni roizvod ove interakcije imamo dva 8otona sa o 9A%11 :eV koji se kreu usurotnim smjerovima.

Cosmatranjem tri 'lavne interakcije 'ama zraenja i oblasti dominacije ojedinih e8ekataAmoFemo da sumiramo sledeeG? $otoe8ekat je dominantan na niskim ener'ijamaA naroito ako je * viskokoA na

sledei nain:5!4.E@? omtonov e8ekat je dominantan na niskim ener'ijam i naroito za niske *A

oblik zavisnosti je:.E@? !8ekat stvaranja ara reuzima 'lavnu ulo'u na visokim ener'ijamaA i za visoko

*A oblik zavisnosti je:lnE@

Sa8+(&+( *aa 0)a#a

Cosmatramo ekseriment sa slike 2.(A 'dje je monooener'etski 'ama zrak kolimiran uuski snoA asorber debljine d i sa dru'e strane detektor. Detektor e nam okazatieksonencijalnu zavisnost slabljenja broja 8otona ri razliitim debljinama asorbera.

l/lo

d

izvor d

Detektore

? d[

Slika 2.( !ksonencijalna zavisnost slabljenja 'ama zraka

Svaka od interakcija ima uticaj na slabljenjeA tako da moFemo osmatrati zbir vjerovatnoao jedinici uta koje utiu na slabljenje 'ama zrakaG

[ J


24/46

izvode ri raznim uslovimaA tako da dodetektora doHe 'ama zrak direktno iz izvoraA ali irasejani zraci iz asorbera ili neki dru'i sekundarni 8otoni. Veina detektora nemoFere'istrovati razliku izmeHu ovih 8otonaA a redhodnu jednainu zamjenjujemo novomG

deEdB

= =A

Documents

Zracenje Seminarski Rad