Transcript Interacción de las partículas cargadas com la materia

CAPITULO 8
Juan Carlos Rivera Coronado
Como es la interacción de estas partículas?
De que forma pierden su energía?
Cuántos eventos serán necesarios para entregar toda su energía
Ej: 1MeV?
Partícula cargada
Partícula no cargada
◦ Poseen un campo
eléctrico o coulombiano
◦ Interactúa con uno o más
electrones o con los
núcleos
◦ En la mayoría de las
interacciones una
pequeña fracción de la
energía (K) es perdida
◦ Las partículas pierden su
energía gradualmente
(CSDA)
Partículas cargadas (PC)


Pasan por un material
sin perder energía
(interactuar)
Si interactúan con el
medio pierden su
energía en pocas
interacciones
Partículas no cargadas
(PNC)
◦ La probabilidad de una
partícula cargada pasar
por una placa sin
interactuar es nula
◦ PC pueden ser
caracterizadas por el
¨camino
recorrido¨,¨distancia
recorrida¨por las
partículas en el medio
Particulas cargadas (PC)

Es imposible predecir
cuanto puede penetrar
una PNC en la materia,
Partículas no cargadas
(PNC)
Se pueden simplemente
caracterizar em relación al
parametro de impacto b vs
radio atómico a


Cuando una PC pasa a una distancia
considerable de un átomo , los campos de
fuerza coulombianos afectan el átomo por
completo , distorsionándolo, excitándolo a un
nivel mayor o ionizándolo.
Estos tipos de colisiones son los tipos de
interacciones más numerosas y provables,
representan aproximadamente el 50% de la
energía transferida al medio.

En algunas condiciones, una pequeña parte
de la energía gastada por partículas cargadas
en colisiones suaves puede ser emitida por el
medio absorvido como luz blanco azulada
llamada Radiación de Cherenkov.
Historia
“Ejemplo”


Pavel Alkseievitch Cherenkov nació en Voronzeh
el 28 de julio de 1904, hijo de campesinos
oprimidos bajo la tiranía de los zares.
En 1934 observó por primera vez el efecto que
lleva su nombre: una botella de agua sometida a
un intenso bombardeo radiactivo brillaba con un
glorioso resplandor azul. Sin embargo, el Efecto
Cherenkov fue observado por primera vez por los
Premios Nobel de Física Pierre y Marie Curie en
1900.

La explicación técnica del fenómeno reside en
que, al viajar cualquier partícula a velocidades
superiores a c en un medio cualquiera (pero
distinto del vacío), su enorme velocidad crea una
onda de choque que acompaña a la partícula. La
producción de esta onda de choque quita a la
partícula una parte importante de su energía. Esa
energía se pierde en la forma de un fotón que
vibra en la frecuencia del color azul, de allí el
llamativo tono de la Radiación de Cherenkov.

La mejor comparación es la
del avión a Mach 1:. En un
caso es un estallido sonoro;
en el otro, un destello de luz.
La velocidad a superar por las
partículas es, por supuesto, la
velocidad de la luz.

La radiación de cherenkov es emitida en un ángulo
ξ relativo a la dirección que lleva la partícula

Los fotones de Cherenkov forman un frente
de onda con ángulo medio de 90- ξ
Calcular el problema 3


El fotón es emitido en un ángulo muy
concreto, y no en cualquier dirección. Ese
ángulo se llama, obviamente, Ángulo de
Cherenkov, y sólo si estamos ubicados en ese
ángulo veremos la luz emitida. Si nos
colocamos en cualquier otra posición, no
veremos nada.
Calcular el problema 3 para agua (n=1.333)
con electrones de energía 6,9,15y 20 MeV.
Experimento


"El agua tónica está hecha con quinina, y la
quinina brilla bajo la luz negra, que en
realidad es radiación ultravioleta",
La molécula de quinina se excita
electrónicamente bajo el impacto de luz de
longitud de onda 360 nm ( ultravioleta), y su
vibración o desplaza esa longitud de onda
unos 115 nm. Es decir que refleja la luz
ultravioleta, devolviéndola en una longitud de
onda de 475 nm, lo que ya es una luz azul en
el espectro visible
◦ Cuando el parámetro de impacto b es aproximado a las
dimensiones atómicas
 Partícula cargada interactúa principalmente con un solo
electrón, el cual es expulsado del átomo con K considerable
“rayo delta (δ)”
◦ En el tratamiento teórico de este tipo de colisiones las
energías de enlace son consideradas nulas y los
electrones son considerados libres
◦ Las colisiones fuertes son pocas cuando se comparan
con las colisiones suaves, pero la fracción de la energía
gastada en estos procesos es comparable
• 97% o 98% de los casos el tipo de
interacción es más importante para
electrones es la dispersión elástica
Dispersión sin emitir un fotón o
excitar el núcleo. Solo pierde una
cantidad insignificante de energía
para satisfacer la cantidad de
movimiento.
Este no es un mecanismo para
entregar energía, y si un buen
mecanismo para deflectar electrones.
Electrones siguen caminos difíciles cuando pasan
por materiales de alto Z
La retrodispersión aumenta con Z
UTILIDAD
Método Montecarlo se asume generalmente que la energía perdida en interacciones es
tratada separadamente de la dispersión.

Para el 2-3% de los casos en que el e pasa
cerca del núcleo, ocurre una interacción
inelástica en la cual es emitido un fotón de
rayos x llamado fotón de frenado
“bremsstrahlung”.


Esta interacción tiene uma sección eficaz α Z2 pero este
también depende de la masa 1/m2
Bremsstrahlung por partículas cargadas a
diferencia de electrones es despreciable
◦ Consecuencia práctica: Espectroscopía de rayos x
dada por protones (LEER TAREA)

Bremsstrahlung es una forma importante de
disipación de la energía en materiales de Z
alto, pero es relativamente insignificante para
bajo Z (tejido) para electrones abajo 10 MeV.



Partículas cargadas con E∼100MeV
Cuando 1 o más nucleones son golpeados,
pueden ser expulsados del núcleo en un
proceso de “cascada intranuclear”
Los núcleos altamente excitados decaen por
proceso de evaporación emitiendo nucleones
de baja energía y rayos γ.

Teoría

Cálculos?????
◦ Partícula con una energía que interacciona en el
medio
◦ Cómo se puede calcular la energía transferida o
perdida por esa partícula?
Es el valor esperado de la tasa
de energía perdida por unidad
de longitud recorrida “x” de
una partícula “Y” de energía
cinética T, en un medio de
número atómico Z.


Energía perdida por la partícula cargada
Se puede dividir la energía
COLISION
+
RADIACTIVA
Colisiones suaves
colisiones fuertes
Colisiones fuertes
Bremsstrahlum

Resolver el Problema 5
Colisiones suaves + Colisiones fuertes
El número de electrones por gramo en el medio
Velocidad de la partícula
H es una energía arbitraria con valor entre colisión suave y fuerte (eV)
I es el principal potencial de exitación del átomo (eV)
solo depende del medio y no de la partícula

Depende del tipo de partícula incidente (e, p o partpes)
Partículas
pesadas
eyp

Asumiendo H<<T´max
H es una energía arbitraria con valor entre colisión suave y fuerte (eV)
T´max es la energía máxima que puede ser transferida
en una colisión frontal con un electrón atómico

Partículas pesadas (interacciones suaves y fuertes)

Dependencia del medio
◦ Z/A (e/m)
↘20% cuando va C→PB
◦ -ln(I)
variación con relación a Z
◦ ↘48% para Pb en relación C con β=0,1 (protón 5MeV)
◦ ↘24% para Pb en relación C con β=0,85 (protón 850MeV)

Dependencia de la masa
◦ Todas las partículas cargadas de igual Z y velocidad poseen mismo SP

Dependencia de la velocidad
◦ 1/β2
SP ↘β↗

Dependencia de la carga
◦ .z2
◦ Para β=0,141en agua
 SP part alfa 200 Mev cm2/g
 SP part z=1 50 Mev cm2/g
.δ es el término de corrección por polaización o densidad

Considerado para partículas leves como
electrones y positrones ya que depende
inversamente de la masa de la partícula
16/3
T<<0,5MeV
6
T~1MeV
12
T=10MeV
15
T=100MeV

Es la fracción de la energía total es emitida
como la radiación mientras la partícula se
detiene y llega al reposo
◦ Para partículas pesadas Y(To)≃0
◦ Para electrones, la principal contribución es dada
por radiación de frenado

Rango (ℜ)
◦ El rango de una partícula
de energía dada en un
medio es el valor esperado
del camino que este sigue
hasta llegar al reposo

Rango proyectado <t>
◦ En un medio dado es el
valor esperado de la mayor
distancia de penetración
de la partícula