радиационные потери

РАДИАЦИОННЫЕ ПОТЕРИ - энергия, теряемая заряж. частицей, движущейся в веществе, за счёт эл--магн. излучения. Испускание фотонов обусловлено рассеянием частиц в кулоновском поле ядер. Кулонов-ское поле тормозит частицу, и она теряет часть энергии, излучая фотоны. Возникающее при этом излучение наз. тормозным, а сам процесс - радиац. торможением. Р. п. зависят от заряда ядер вещества Z. Тяжёлые материалы обладают большей тормозной способностью. С др. стороны, ускорение частицы обратно пропорционально её массе т, т. е. при одном и том же Z наиб. Р. п. будут испытывать электроны. Существ. роль в процессе радиац. торможения играет расстояние частицы от ядра в момент испускания фотона. На больших расстояниях от ядра его поле можно рассматривать как поле точечного заряда, но если это расстояние больше ср. радиуса орбит атомных электронов, то необходимо учитывать экранирование поля ядра электронами. Если расстояние, на к-ром происходит испускание фотона, мало, то поле ядра уже не может рассматриваться как поле точечного заряда.

Осн. характеристики тормозного излучения даёт классич. электродинамика [1]. Квантовая теория обеспечивает более точные количеств. результаты [2-4]. Вероятность излучения электроном, имеющим энергию, фотона с энергиейдаётся ф-лой

Здесь h - число атомов вещества в 1 см³, a = 1/137; r₀ = 2,82·10^-13 см. Ф-ции Ф₁, Ф₂ описывают экранирование кулоновского поля ядра атомными электронами, к-рое характеризуется параметром

где т - масса электрона. При 1 экранирование отсутствует, тогда

Когда у = 0, имеет место полное экранирование, при к-ром

В промежуточных случаях выражения для Ф₁ и Ф₂ становятся более сложными [3].

Р. п. на пути x для электрона можно определить, интегрируя выражение (1) по энергии фотона:

В случае g ! 0 и высоких энергийполучаем

При этом относит. потери энергии являются пост. величиной для данного вещества. При малых энергиях относит. Р. п. растут логарифмически с ростом , что следует из (2):

В случае полного экранирования

где х₀ - т. н. радиац. длина, определяемая выражением

Для вещества сложного хим. состава

где- радиац. длина i-го компонента, fi - его относит. вес. Выражение для относит. Р. п. электрона на радиационной единице длины имеет вид=1.

Интегрирование этого выражения даёт величину энергии электрона после прохождения слоя вещества толщиной x (в радиац. единицах длины):

Энергетич. спектр фотонов тормозного излучения непрерывен (рис.). Число фотонов уменьшается с

Дифференциальное сечение радиационного торможения электронов в Рb при

ростом энергии фотона. Макс. энергия фотона равна энергии электрона. У гл. распределение тормозных фотонов имеет максимум в направлении движения электрона. Ср. угол испускания тормозных фотонов определяется выражением

При торможении электронов в монокристаллах Р. п. могут зависеть от направления движения электрона относительно кристаллографич. осей. При определ. условиях имеют место когерентное тормозное излучение и излучение каналированных частиц. Энергетич. спектр тормозных фотонов при этом отличен от спектра, возникающего при торможении электронов в аморфном веществе [5].

К Р. п. можно отнести также потери за счёт Черепкова - Вавилова излучения, испускаемого заряж. частицами, движущимися в веществе со скоростями, превышающими фазовую скорость света в данной среде, и за счёт т. н. переходного излучения, испускаемого заряж. частицей при пересечении границы раздела сред, имеющих разные значения диэлектрич. проницаемостей.

Движение электронов в вакууме может также сопровождаться Р. п. энергии, если они движутся в магн. поле [6]. Эти потери энергии неизбежны в циклич. синхротронах (см. Синхротронное излучение).

Лит.: 1) Ферми Э., Ядерная физика, пер. с англ., М., 1951; 2) Гайтлер В., Квантовая теория излучения, пер. с англ., М., 1956; 3) Беленький С. 3., Лавинные процессы в космических лучах, М.- Л., 1948; 4) Росси Б., Частицы больших энергий, пер. с англ., М., 1955; 5) Review of particle properties, "Phys. Lett.", 1988, v. В 204; 6) Базылев В. А., Жеваго Н. К., Излучение быстрых частиц в веществе н во внешних полях, М., 1987. А. С. Белоусов.

   <<      Предметный указатель      >>