Transcript Document
ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA Z MATERIĄ TADEUSZ HILCZER Plan wykładu 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. Wprowadzenie Podstawowe pojęcia Zderzenie i rozproszenie Przewodnictwo materii Naturalne źródła promieniowania jonizującego Oddziaływanie promieniowania jonizującego bezpośrednio Oddziaływanie promieniowania jonizującego pośrednio Źródła promieniowania jonizującego Pole promieniowania jonizującego Detekcja promieniowania Skutki napromieniowania materii żywej Dozymetria medyczna Ochrona przed promieniowaniem Osłony przed promieniowaniem Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 2 ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO POŚREDNIO Promieniowanie jonizujące pośrednio - do promieniowania jonizującego pośrednio zaliczamy: - promieniowanie elektromagnetyczne - promieniowanie X - kwanty promieniowania g - cząstki nie posiadające ładunku np. neutrony Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 4 Promieniowanie jonizujące pośrednio • strumień promieniowania elektrycznego o energii hn przechodząc przez materię traci swoją energię w wyniku kilku procesów oddziaływania • prawdopodobieństwo procesów oddziaływania zależy zarówno od energii kwantów jak i od rodzaju materii • oddziaływania kwantów o energiach – małych (rzędu kilku keV) • z elektronami swobodnymi lub słabo związanymi – średnich • z elektronami silnie związanymi – dużych (rzędu 102 MeV) • z polem jądra atomowego Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 5 Promieniowanie jonizujące pośrednio • można wydzielić procesy oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią – rozproszenie klasyczne – zjawisko fotoelektryczne – zjawisko Comptona – zjawisko tworzenia par pozyton-negaton – przemiany jądrowe (reakcje fotojądrowe) • w wyniku niektórych procesów zachodzą efekty wtórne prowadzące do przywrócenia stanu równowagi energetycznej wzbudzonego atomu – emisja promieniowania fluorescencyjnego (charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie) – emisja elektronów Augera Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 6 Wykresy Feynmana • odziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z materią można opisać przy użyciu wykresów Feynmana e- e- g Zjawisko fotoelektryczne Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 7 Wykresy Feynmana • Odziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z materią można opisać przy użyciu wykresów Feynmana e- g Ze wirtualny foton e- Ze Promieniowanie hamowania Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 8 Rozproszenie klasyczne • fala elektromagnetyczna o częstości w pada na elektron e który pobudza do drgań e • drgający elektron emituje falę elektromagnetyczną o tej samej częstości w co fala pobudzająca • elektron nie otrzymuje energii kinetycznej a energia promieniowania elektromagnetycznego przekształca się w inny rodzaj energii Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 9 Rozproszenie klasyczne e g J dW • różniczkowy przekrój czynny na energię rozpraszaną przez elektron w głąb stożka o rozwartości dW pod kątem J 1 2 2 ( J ) r 1 cos J e W e 2 e2 re mc 2 re - klasyczny promień elektronu m - masa spoczynkowa elektronu e - ładunek elektronu c - prędkość światła Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 10 Rozproszenie klasyczne e’W(J) 00 900 J 1800 Różniczkowy przekrój czynny na rozpraszanie klasyczne Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 11 Rozproszenie klasyczne e’J(J) e’W(J) 00 J 900 1800 Różniczkowy przekrój czynny na rozproszenie klasyczne na element kąta J 2 2 ( J ) r sin J 1 cos J e e Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 12 Rozproszenie klasyczne e’J(J) 00 900 J 1800 Powierzchnia pod krzywą jest miarą całkowitej energii rozproszonej przez elektron - niezależny od energii kwantów współczynnik rozpraszania Thomsona 8 2 25 2 r 6 , 654 10 cm 0,6654 barna e 0 e 3 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 13 Rozproszenie klasyczne • opis dotyczy jednego elektronu (atom wodoru) – nie jest słuszny dla atomów o wielu elektronach • dla atomów o wielu elektronach znacząca część energii promieniowania (około 75%) rozproszonego przez kwanty o energii Eg jest skupiona jest stożku o bardzo małej rozwartości DW : 2mc2 3 DW Z arcsin(2,6.102 ) Eg – dla aluminium (Eg = 3,8 MeV) DW = 1,50 – dla ołowiu (Eg = 0,41 MeV) DW = 160 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 14 Rozproszenie klasyczne -23 log e’(j) [j.um.] 0,4 MeV 2,8 MeV -25 -27 Pb -29 Al -31 -33 Pb Al 0 90 180 270 360 0 90 180 270 360 j Różniczkowy przekrój czynny na rozpraszanie klasyczne Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 15 Zjawisko fotoelektryczne • wybicie elektronu z orbity bliskiej jądru, zwykle z orbity K Ee Eg X K lub L elektron Augera • powstały atom wzbudzony, dzięki efektom wtórnym, powraca do stanu podstawowego Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 16 Zjawisko fotoelektryczne • przyjmując, że kwant promieniowania przekazuje całą swoją energię i pęd elektronowi, z praw zachowania energii i pędu Eg 1 1 E g m0c 1 pg m0 c 2 2 1 c 1 • równoczesne spełnienie obu praw prowadzi do zależności 2 (1 ) 2 1 2 – spełnionej albo dla = 0 (Eg = Ee = 0) albo dla = 1, co dla elektronu o masie m 0 nie ma fizycznego sensu • zjawisko fotoelektryczne może zachodzić jedynie dla elektronu związanego z atomem Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 17 Zjawisko fotoelektryczne • dla atomów o małej energii wiązania elektronu lub ze wzrostem energii kwantu – maleje prawdopodobieństwo przekazywania atomowi odpowiedniego pędu – maleje prawdopodobieństwo efektu fotoelektrycznego Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 18 Kwantowa teoria zjawiska fotoelektrycznego • możliwość oddziaływania kwantu z różnymi poziomami elektronowymi w atomie komplikuje teoretyczny opis zjawiska fotoelektrycznego • zjawisko fotoelektryczne jest procesem pochłaniania kwantu promieniowania o energii hw = ch • energia kinetyczna wybitego elektronu E ch E a • dla kwantów o energiach – porównywalnych z Ea emisja elektronu zachodzi z orbit zewnętrznych (walencyjnych) – znacznie większych od Ea emisja zachodzi z orbit bliskich jądru, głównie z orbity K czasem z orbity L Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 19 Kwantowa teoria zjawiska fotoelektrycznego • prawdopodobieństwo zjawiska fotoelektrycznego można oszacować dla przybliżenia promieniowania dipolowego • dla przypadku nierelatywistycznego prawdopodobieństwo wyrwania elektronu z orbity K 6 5 2 2 2 2 Z ck k ( κ k ) 0 P 256π 3 8(κ ba κ ) 6 2 8 L k k • dla wszystkich możliwych wartości liczb falowych k (widmo ciągłe) 256π 6 Z 5ck03 1 k2 P , ba 3 k 4 L3 ba 2k 0 k Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 20 Kwantowa teoria zjawiska fotoelektrycznego • różniczkowy przekrój czynny na zjawisko fotoelektryczne P 256π 6 Z 5 k 03 1 ba Ng 3 4 k k • dla k 0 k Z k 0 32 2 π 2 6 5 k 0 r0 Z 3 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 7/2 21 Kwantowa teoria zjawiska fotoelektrycznego • podstawiając wyrażenie na energię jonizacji 512π 2 1 E j r0 3 2 3 Z E g 7/2 , m0c 2 E g E j • dla energii ultrarelatywistycznych ( k k 0 ) 2 m c 4π r02 4 Z 5 0 Ej Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 22 Zjawisko fotoelektryczne • przekrój czynny na zjawisko fotoelektryczne maleje wraz z energią kwantów • dla energii kwantów >> 10 m0c2 pochłanianie kwantów na skutek zjawiska fotoelektrycznego można całkiem zaniedbać • przekrój czynny na zjawisko fotoelektryczne dla jednego atomu – energia padającego kwantu jest większa od energii wiązania elektronów na danej orbicie (np. krawędź K) 5 2 C Z f ( E ) [cm /atom] a F 0 - współczynnik Thomsona, f(E) – funkcja energii • dla kwantów dla których elektrony uzyskują energie relatywistyczne f (E ) 23 4 ( 1)( 3) 1 3 2 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 7 1 ln 2 2 1 1 1 1 1 12 1 2 1 1 23 Zjawisko fotoelektryczne a F [b atom -1] 100000 10000 1000 100 Pb Al 10 1 0,1 0,01 0,01 0,1 1 10 100 E (MeV) Przekrój czynny Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 24 Zjawisko fotoelektryczne =0 0,25 0,50 0,75 g Kątowy rozkład fotoelektronów w zależności od energii Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 25 Zjawisko fotoelektryczne • kątowy rozkład fotoelektronów w zależności od energii – dla energii bardzo małych sin 2 N() (1 cos) 2 - kąt pomiędzy kierunkami ruchu kwantu g i fotoelektronu, = v/c – dla energii dużych rozkład staje się bardziej ostry i kąt dąży do 2 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 26 Zjawisko fotoelektryczne • w praktycznych oszacowaniach stosuje się często uproszczone wyrażenie na przekrój czynny na zjawisko fotoelektryczne F F const Zn E gk – małe energie (« mc2) n=4 k = 3,5 – bardzo duże energie (» mc2) n = 4,6 k=1 • zjawisko fotoelektryczne – dla ciężkich pierwiastków (np. ołowiu) odgrywa rolę nawet przy energiach rzędu 5 MeV – dla pierwiastków lekkich powyżej energii 0,5 MeV jego udział można całkowicie zaniedbać Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 27 Zjawisko Comptona - gdy energia kwantu znacznie przewyższa energię wiązania danego elektronu w atomie, elektron ten można traktować jako swobodny Eg = hw pg = hw/c g j e EC mc 2 1 2 E’g = hw’ p’g = hw’/c J E’e = hw - hw' p’e = hw/c - hw’/c mc 2 hw hw ' mc 2 mc 2 hw hw pe cosJ cosJ mc mc cosJ 2 c c 1 mc 2 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 28 Zjawisko Comptona • w zjawisku Comptona część energii kwantu otrzymuje rozpraszany foton, część energii zostaje przekazana elektronowi – energia pochłonięta - energia przekazana elektronowi odrzutu – energia rozproszona - energia przekazana kwantowi Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 29 Energia rozproszona • stosunek energii kwantu rozproszonego do energii kwantu padającego h w 1 = hw 1 (1 cosj ) / ’ 1,0 = 0,1 0,8 0,6 0,5 0,4 1 5 0,2 0 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 0 45 90 135 j180 30 Energia rozproszona • dla niespolaryzowanej wiązki kwantów g różniczkowy przekrój czynny na jednostkę kąta bryłowego dW na liczbę kwantów rozproszonych pod kątem j, przypadający na jeden elektron opisuje zależność Kleina i Nishiny 2 1 2 hw hw hw 2 ( j ) r sin j e SC e 2 hw hw hw 2 2 2 ( 1 cos j ) 1 2 1 2 re 1 cos j e SC (j ) 2 1 (1 cosj ) 1 (1 cosj ) Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 31 Energia rozproszona =0 0,1 0,5 1 5 g Rozkład kątowy rozproszonych kwantów g w zależności od ich energii Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 32 Energia rozproszona • całkowity przekrój czynny na liczbę rozpraszanych fotonów (na jeden elektron) e SC 1 21 ln1 ln1 2 1 3 2r 2 2 1 2 1 2 2 e • całkowity przekrój czynny na energię przypadającą na jeden elektron e EC 2 4 1 ln(1 2 ) 2 2 2 re 2 (1 2 2 ) 3 2 2 (1 2 ) 2 3(1 2 ) Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 33 Energia rozproszona [b elektron -1] e 6 4 2 e SC e EC e AC 0 0 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 5 10 15 20 E [MeV] 34 Energia pochłaniana • całkowity przekrój czynny na pochłanianie promieniowania 2 2 2 2 ( 1 ) 1 3 ( 1 )( 1 2 2 ) 4 2 2 r e AC e 2 2 2 2 3 (1 2 ) 3(1 2 ) (1 2 ) (1 2 ) 1 1 1 2 2 ln(1 2 ) 2 2 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 35 Energia pochłaniana [b elektron -1] e 6 4 2 e SC e EC e AC 0 0 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 5 10 15 20 E [MeV] 36 Energia pochłaniana i rozpraszana [b elektron -1] e 6 4 2 e SC e EC e AC 0 0 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 5 10 15 20 E [MeV] 37 Energia pochłaniana i rozpraszana a [b atom-1] 10000 a SC 1000 100 Pb aEC a SC 10 a EC 1 Al a AC a AC 0,1 0,01 0,01 0,1 1 E [MeV] 10 20 Zależność przekroju czynnego (na jeden atom) dla aluminium i ołowiu Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 38 Zjawisko Comptona • zjawisko Comptona odgrywa istotną rolę przy energiach kwantów z przedziału od 0,5 MeV do 10 MeV • jest to przedział energii najważniejszy z punktu widzenia zastosowania praktycznego Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 39 Zjawisko powstania par negaton-pozyton • przewidziane teoretycznie przez Diraca w roku 1928 • warunek: energia kwantu przewyższa sumę dwu mas spoczynkowych elektronu 2mc2 • w układzie kwant g - para n-p nie są zachowane równocześnie prawa zachowania energii i pędu • para n-p powstaje w obecności innej cząstki (jądro atomowe, elektron) która zapewnia prawa zachowania • energia kwantu g potrzebna do wytworzenia pary n-p w obecności cząstki o masie M m (Eg ) p 2mc 1 M 2 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 40 Zjawisko powstania par negaton-pozyton • energia kwantu g potrzebna do wytworzenia pary n-p w obecności cząstki o masie M m 2 (Eg ) p 2mc 1 M + Eg = h w pg = hw/c E’a= 0 p’a p’g Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny e - e 41 Zjawisko powstania par negaton-pozyton • założenie: powstaje jedynie para n-p, masy i prędkości są identyczne hw 2 mc 2 1 2 pg p e p e mv mc hw mc |p g | 2 , |p e | c 1 2 1 2 1 2 |pg | |p e ||p e | • sprzeczne z prawem zachowania pędu Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 42 Zjawisko powstania par negaton-pozyton • elektrony pary otrzymują średnio energię kinetyczną hw 2mc 2 EC E 2 2 EC - całkowita energia kinetyczna • średni kąt pod którym wylatują elektrony pary 2mc 2 mc 2 2 E hw 2mc • dla Eg= 5 MeV elektrony pary o średniej energii 1,989 MeV będą tworzyły z kierunkiem toru kwantu kąt 15° Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 43 Teoria klasyczna powstania par negaton-pozyton • teoria klasyczna powstawania par n-p opracowana przez Bethego i Heitlera • wykorzystuje związek teorii promieniowania hamowania z procesem anihilacji pary n-p (proces odwrotny do tworzenia pary n-p) • przyjmuje (zgodnie z teorią Diraca) pozyton jako dziurę w kontinuum stanów elektronowych • anihilacja - przejście elektronu ze stanu o energii dodatniej do stanu o energii ujemnej – różnica energii emitowana jest w postaci promieniowania hamowania Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 44 Teoria klasyczna powstania par negaton-pozyton • różniczkowy przekrój czynny na powstanie pary n-p w polu jądra uwzględnia różne energie i pędy obu elektronów pary • przyjmując przybliżenie Borna oraz brak ekranowania różniczkowy przekrój czynny na powstanie pary n-p (pozyton o energii E+ zawartej w przedziale (E+,E++dE+). negaton o energii E- ) w polu kulombowskim jądra o ładunku Ze przez kwant g o energii hw Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 45 Teoria klasyczna powstania par negaton-pozyton p p P (E ) C 3 ( hw ) 4 p2 p2 E F F F 2 2 E F 2 E E mc 3 2 2 3 p p p p p p 3 ( hw ) 2 2 2 EE 2hw EE 8 EE (mc 2 ) 2 hw EE 2 2 L 3 3 E E p p F 3 F 3 3 3 2 2 3 p p p p 2 p p p p p p C Z( Z -1) r02 Z( Z -1) 5,793 1028 cm2 E + p + F 2 ln , 2 mc E- + pF 2 ln mc 2 EE p p (mc 2 ) 2 L 2 ln hw mc 2 - stała struktury subtelnej, r0 - klasyczny promień elektronu, p+ i p- - pęd pozytonu i negatonu pomnożony przez prędkość światła c (pęd ma wówczas wymiar energii) 46 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny Teoria klasyczna powstania par negaton-pozyton • wyrażenie dla przypadku symetrycznego rozkładu energii pomiędzy pozyton a negaton • nie całkiem słuszne - negaton jest przyciągany a pozyton odpychany przez jądro atomowe - dlatego istnieje nadmiar pozytonów o większych energiach widoczny albo dla – bardzo lekkich materiałów – bardzo małych energii promieniowania g Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 47 Teoria klasyczna powstania par negaton-pozyton • przekrój czynny na zjawisko powstania par n-p • wpływ ekranowania do zaniedbania jedynie przy niewielkiej energii kinetycznej powstałej pary n-p – brak ekranowania 4(E2 E2 23 EE ) 2EE 1 P (E) C ln 3 2 2 ( hw ) hw mc – całkowite ekranowanie 2 1 2 2 1/ 3 ' P (E) C E E EE ln 183 Z EE 3 3 9 (hw ) 4 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 48 Teoria klasyczna powstania par negaton-pozyton ’P(E+)EC /C] 8 25 MeV Al Pb 6 15 MeV 10 MeV 4 7,5 MeV V 5 MeV 2 3 MeV 2 MeV 1,5 MeV 0 0 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 2 -1 E+-mc [EC ] 49 Teoria klasyczna powstania par negaton-pozyton p [b atom-1] 100 Pb 10 a 1 Al a 0,1 Pb b 0,01 b Al 0,001 0,0001 1 10 100 E [MeV] Zależność całkowitego przekroju czynnego P na tworzenie par n-p w polu nukleonu , w polu elektronów Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 50 Teoria klasyczna powstania par negaton-pozyton • proces tworzenia par n-p dominuje w całkowitej stracie energii promieniowania g przy energiach większych od 5 MeV Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 51 Promieniowanie fluorescencyjne • oddziaływanie kwantów o dużej energii z atomami prowadzi do wybicia elektronów z powłok położonych najbliżej jądra (powłoki K, L, M, ...) • elektrony z wyższych poziomów energetycznych przechodzą na puste miejsca wypromieniowując kwanty promieniowania elektromagnetycznego • gdy elektron wypełnia puste miejsca na poziomie K powstaje seria K promieniowania fluorescencyjnego (rentgenowskiego) • przegrupowania elektronów do momentu osiągnięcia przez atom stanu równowagi zwykle w czasie rzędu 10-8 s Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 52 Promieniowanie fluorescencyjne • zasada zachowania energii I II III hwij Ei Ej IV V hwij - energia promieniowania powstałego przy przejściu elektronowym ij N g I M II III IV 1 2 1 I II III seria L 1 2 1 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 2 3 4 1 seria K L 2 K 53 Promieniowanie fluorescencyjne • promieniowanie fluorescencyjne jest ściśle związane z liczbą porządkową Z atomów • prawo Moseley'a (1913) hw ij a(Z s) 2 - współczynnik proporcjonalności, s - stała ekranowania Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 54 Promieniowanie fluorescencyjne Eg [keV] 100 K 10 L 1 0,1 0 20 40 60 80 Z 100 Zależność energii promieniowania linii K i Lod liczby porządkowej Z Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 55 Elektrony Augera • energia pochłonięta przez atom przekazana bezpośrednio jednemu z elektronów – przegrupowanie elektronów w atomie na drodze bezpromienistej • puste miejsce po emisji fotoelektronu zapełnione przez elektron z następnej powłoki • różnica energii wzbudzenia atomu oraz energii wiązania elektronu wypełniającego puste miejsce jest przekazana kolejnemu elektronowi, zwykle z najbliższej podpowłoki • elektron Augera - elektron który uzyskuje energię i opuszcza atom • w wyniku procesu powstaje podwójnie zjonizowany atom, który ma niezapełnione miejsca na wyższej powłoce elektronowej Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 56 Elektrony Augera LII LI K • energia elektronu Augera E0 dla procesu K-LI LII EO E K (E LI E L II ) EK i EL- energie wiązania elektronów na odpowiednich orbitach w atomie neutralnym E'L - energia wiązania dla jonu Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 57 Średnia energia jonizacji • całkowita jonizacja - suma jonizacji pierwotnej i jonizacji wtórnej • efekty wywołane jonizacją pierwotną i wtórną nie są normalnie rozróżnialne • przy opisie detekcji promieniowania, zagadnień związanych z osłonami, procesami biologicznymi itp. istotny jest wynik jonizacji materii • określa się średnią energię jonizacji - energię potrzebną na wytworzenie jednej pary jonów, nie precyzując pochodzenia tej energii EC Ej N • EC - całkowita energia promieniowania, N - całkowita liczba powstałych jonów Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 58 Średnia energia jonizacji • całkowita energia EC promieniowania rozpraszana w materii może być rozłożona na trzy składowe E C E J E P E T EJ - całkowita energia zużyta na jonizację, EP - całkowita energia zużyta na wzbudzenie, ET - całkowita energia zużyta na efekty cieplne • całkowita energia jonizacji E J NE j Ej - energia jonizacji atomu, N - liczba atomów E P ET E j E J 1 EJ EJ • średnia energia jonizacji zawarta jest w granicach od 26 eV do 37 eV Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 59 Średnia energia jonizacji Energia jonizacji gazów E j i średnia energia jonizacji CH4 C4H4 25.8 25.5 29.0 27.0 27.9 27.3 26.1 powietrze H He N O Ar 15,0 15.6 24.5 15.5 12.5 15.7 cząstki protony 35.0 33.3 36.0 35.3 30,2 29.9 36.0 33.6 32.2 31.5 elektrony 34.0 37.2 32.5 35.8 32.2 Ej Ej E j jednej pary jonów [eV] Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 60 Średnia energia jonizacji • dla promieniowania g średnia energia jonizacji powietrza jest bliska 34 eV i zmienia się w granicach kilku procent dla do energii rzędu 1 MeV E [eV] 36 35 34 33 0,001 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 0,01 0,1 E [MeV] 1 61 Współczynnik pochłaniania promieniowania g • całkowity współczynnik pochłaniania m jest sumą współczynników pochłaniania – w efekcie fotoelektrycznym mF, – w zjawisku Comptona mC – w efekcie tworzenia par mP m m F mC m P Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 62 Współczynnik pochłaniania promieniowania g m[cm-1] 100 Al 10 1 C 0,1 F 0,01 P 0,001 0,0001 0,01 0,1 1 E [MeV] 10 C - składowa od zjawiska Comptona, F - od efektu fotoelektrycznego, P - od efektu par n-p Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 63 Współczynnik pochłaniania promieniowania g m [cm-1] 10000 Pb 1000 100 10 1 C 0,1 F 0,01 0,001 P 0,01 0,1 1 C - składowa od zjawiska Comptona, F - od efektu fotoelektrycznego, P - od efektu par n-p Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny E [MeV] 10 64 Współczynnik pochłaniania promieniowania g Z 100 80 F 60 C P 40 20 0 0,01 0,1 1 10 100 E [MeV] C - składowa od zjawiska Comptona, F - od efektu fotoelektrycznego, P - od efektu par n-p Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 65 Współczynnik pochłaniania promieniowania g Średnie liczby atomowe dla promieniowania g dla materiałów biologicznych ciało gęstość [g/cm3] powietrze woda mięśnie kości tłuszcz 0,001293 1,00 1,00 1,85 0,91 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny gęstość elektronów [.1023 g/cm3] 0,00375 3,34 3,34 5,55 3,08 Zśrednie (dla efektu fotoelektrycznego) 7,64 7,42 7,42 13,8 5,92 Zśrednie (dla zjawiska Comptona) 7,36 6,60 6,60 10,0 5,2 66 Współczynnik pochłaniania promieniowania g pow 6 5 kości 4 3 2 1 woda tłuszcz 0 0,01 0,1 1 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 10 100 Eg [MeV] Zależność względnego współczynnika pochłaniania promieniowania g od energii promieniowania dla podstawowych materiałów biologicznych 67