Ködkamra mágneses térrel Nagy Sándor honlapjára Nagy Sándor: Nukleáris Címszavak Glosszáriumába, melyhez ez a lap is tartozik A Tékába, mely ehhez hasonló animációkhoz/szimulációkhoz vezet Nagy Sándor webhelyén

Sugárrészecskék (α, β és γ) megkülönböztetése töltésük szerint & α-abszorpció

Az animáció melletti szereposztás e lap gazdájától származik, tehát a semleges részecske azonosítása egy fotonnal nem a készítők “bűne”.
Az animáció készítői Frei Zsolt , Gnädig Péter, Lippai Zoltán és Pozsgai Péter. A szimuláció elérhető a Sulinetről is .
(© 2004. Zsolt Frei, Péter Gnadig, Zoltán Lippai, and Péter Pozsgai. All rights reserved. For rights or translations contact: frei@zsolt-frei.net.) Az animáció kinagyítása: nagyító

Elektron: Ez lesz számunkra a β-részecske. A β-spektrum folytonos, vagyis különböző energiájú, ill. hatótávolságú elektronokból áll. A szimuláció véletlenszerű nyomhosszai ennek meg is felelnek.

Alfa-részecske: Egyazon részecskeenergia esetén az α-részecske sokkal rövidebb hatótávolságú egy adott közegben, mint a β-részecske. Minthogy egyetlen α sem éri el a kamra végét, vehetjük ezt a kis hatótávolság jelének. Az α-hatótávolságok szórását a straggling jelenségnek tulajdoníthatjuk.

Bomló semleges részecske: Ez számunkra olyan “kemény” γ-sugárzások keverékét fogja jelenteni, melynek fotonjai 1022 keV-nél jóval nagyobb energiájúak. A bomlás ekkor a párképződéssel azonosítható, melyben egy e és egy e+ keletkezik.

A fizikai megvalósítás egy lehetséges módja:

Mágneses tér nélkül

A részecskék viselkedésében egyetlen látványos különbség van. A γ-fotonok nem hagynak nyomot maguk után, ahogy az anyagban haladnak. Fáradhatatlanok, vagyis ameddig valamilyen “durva” kölcsönhatásba nem lépnek egy atommal – fotoeffektus, Compton-szóródás vagy (mint a jelen esetben:) párképződés révén – észrevétlenül és energiaveszteség nélkül haladnak a maguk c sebességével. (A fotonnak kinevezett golyó változó sebességét a fotonenergia sajátos megjelenítésének is felfoghatjuk: nagyobb sebesség, nagyobb . Természetesen az animáció eredetileg nem erről szól.) A párkeltés után az e és az e+ energiája és iránya olyan, hogy a fotonban “tárolt” energia () és impulzus (/c) megmaradjon, miután a foton megszűnt létezni.

A töltött részecskék folyamatosan veszítenek az energiájukból, míg meg nem állnak. Közben ionizálják az anyagot, s ezzel a pályájuk láthatóvá válik a ködkamrában. A β-elektronok nagy része nem fékeződik le teljesen a gőzben, s így a detektor falába csapódik.

Mágneses térben

A töltött részecskék a Lorentz-erő miatt a pályájukra merőleges B indukcióvektorhoz képest más-más irányba kanyarodnak. Mivel tudjuk, milyen töltésű részecskékről van szó, az animációból az is kiderül, hogy a mágneses tér éppen velünk ellentétes irányban áll, a képernyő síkjára merőlegesen. Ha velünk szembe mutatna a B vektor, akkor a részecskék pont fordítva kanyarodnának.

Az elektronok esetében nagyon jól látszik, hogy a gyorsabb részecskék nagyobb ívben (nagyobb r pályasugárral kanyarodnak). Ha a sebesség nem túl nagy, akkor r éppen arányos lesz vele, ami fontos a ciklotronok, tömegspektrométerek stb. szempontjából

A semleges foton mozgásirányát a mágneses tér nem befolyásolja. A párképződésnél nagyon jól megkülönböztethető az elektron a pozitrontól, és az is látszik, melyik vitt el több energiát (ti. az egyenesebben halad). Jól látszik a pár lassulása is: megállás előtt kunkoribb a pályájuk.

Az alfa-sugárzás abszorpciója és a Bragg-görbe

Az α-sugárzás diszkrét energiaeloszlású: ideálisan monoenrgetikus. Az alábbi ábrák is ilyen idealizált sugárzással foglalkoznak. Amint látjuk, az elektronokkal való kölcsönhatás sztochasztikus hatásai miatt nem minden α-részecske jut el ugyanolyan távolságra (bal felső ábra). Egy bizonyos mélységig mindnek sikerül eljutnia, de a nyomhosszak eloszlása véletlenszerű. Ezt a szóródás a straggling tartomány.

Alfa-abszorpció

A Bragg-görbe

Meglepő módon, egy “súlyos” ionizáló részecske, mint amilyen az α-részecske is, “ereje teljében” sokkal kevésbé ionizálja az anyagot, amelyben halad, mint pályája végén, amikor már lelassult. Ez fejeződik ki az egységnyi úthosszon elveszített, ill. a közegnek átadott energia folyamatosan emelkedő értékében, mely a Bragg-csúcsban ér véget. A furcsa viselkedést az magyarázza, hogy az α-részecske nem ágyúgolyó módjára, “nyers erőből” ionizál, hanem a Coulomb-erő közvetítésével ráncigálja meg az elektronokat (ionizáció). A hatás-ellenhatás miatt az elektronok visszaráncigálnak, ami fékezi és végső soron megállítja az α-részecskét. (Sok lúd disznót győz!)

Az α-részecskék stragglingjét (hatótávolság-szóródását) nagyjából normális eloszlás jellemzi, melynek (mint minden szimmetrikus egycsúcsú eloszlásnak) a várható értéke és a mediánja (felezési értéke) megegyezik. Ezért hívják a felezési rétegvastagságot közepes hatótávolságnak. Az α-sugárzás esetében a hatótávolság igen kicsi: egy cigarettapapír vagy néhány cm levegő már megállít egy 4-5 MeV-es nyalábot. Ez összefügg azzal, hogy az anyagok fékezőképessége (S mint stopping power) annál nagyobb egy ionizáló részecskére, minél nagyobb annak a tömege. (L. Bragg-görbe.)
Ködkamrás szimuláció:

A Bragg-görbe különös alakját az magyarázza, hogy a még gyors ionizáló részecskék hamarabb átrohannak egy dx vastagságú rétegen, ezért “nem jut elég idejük” ionizálni. A sugárvédelemben az egységnyi úton a közegnek átadott energiát (-dE/dx) lineáris energiaátadásnak vagy röviden LET-értéknek nevezik (LET mint linear energy transfer). Ha egy radionuklid bennünk van (belélegeztük vagy megettük), annál rosszabb nekünk, minél nagyobb a LET-értéke a sugárzásnak, hiszen annál rövidebb távon adja le a teljes energiáját. Ha a sugárzás szempontjából nézünk egy anyagot (pl. egy ólomvértet, mely egy külső sugárforrástól véd meg bennünket), annál jobb nekünk, minél nagyobb ugyanaz a -dE/dx mennység, melyet ez esetben fékezőképességnek (S) hívnak.

Vissza Nagy Sándor honlapjára. Releváns |tIt| kínálat: Nukleáris Glosszárium, Asimov Téka

Látogatószám 2013.02.20. óta:

hit tracker