17. Взаимодействие электронов с веществомЭлектроны, проходя через вещество, испытывают упругое и неупругое рассеяние. При упругом рассеянии часть кинетической энергии падающего электрона передается ядру, которое можно считать неподвижным. В результате многократного упругого рассеяния узкий пучок моноэнергетических электронов, проходя через толстый слой вещества, постепенно расширяется. При неупругом рассеянии электроны расходуют свою энергию на возбуждение и ионизацию атомов поглотителя. Эти процессы обладают равной по порядку величины вероятностью и обычно объединяются под общим названиемионизационных потерь энергии. Согласно теории Бора и Бете, средняя ионизационная потеря на единице пути при взаимодействии электронов с веществом (при b = v/c < 0,5) определяется соотношением:

 (2.10)

где e — заряд электрона; Z — порядковый номер атомов вещества; m_e — масса электрона; v_e — скорость электрона; — средняя энергия ионизации атома вещества;  — число атомов в единице объема вещества; M — молярная масса вещества.Величина изменяется относительно мало, поэтому величина зависит в основном от плотности тормозящего вещества и энергии электронов.

Некоторые вторичные электроны, возникающие на пути первичного электрона, могут обладать достаточной энергией, чтобы производить ионизацию. Полная плотность ионизации равна сумме пар ионов, производимых как первичными, так и вторичными электронами на пути первичной частицы.

Кроме потерь энергии на возбуждение и ионизацию, электроны теряют энергию вследствие испускания тормозного излучения, возникающего при ускорении электронов в кулоновском поле ядра. Эти потери энергии называются радиационными. Согласно теории Бете и Гайтлера, средние радиационные потери энергии электроном на единице пути равны

 (2.11)

где — классический радиус электрона.

Следовательно, радиационные потери возрастают пропорционально Z², в то время как потери на ионизацию пропорциональны Z.

18. Взаимодействие гамма-квантов с веществом

Гамма-кванты при взаимодействии с легкими веществами расходуют в основном свою энергию при соударении с электронами. При этом гамма-квант либо полностью передает свою энергию электрону, либо только часть своей энергии и после соударения изменяет направление своего движения. Первый процесс называется фотоэффектом, а второй эффектом квантового рассеивания. Гамма-кванты, изменившие после соударения с электронами направление своего движения, называются рассеянными гамма- квантами. Энергия рассеянных гамма-квантов всегда меньше энергии гамма-квантов до соударения. В случае фотоэффекта и эффекта квантового рассеяния за счет энергии гамма-квантов образуются быстро летящие электроны, которые называются электронами отдачи или вторичными электронами. Эти электроны, так же, как и бета-частицы, расходуют свою энергию на ионизацию. Так как при взаимодействии гамма- кваитов со средой ионизацию производят быстро летящие электроны, то эффект от воздействия гамма-квантов получается та-кой же, как и от воздействия бета-частиц соответствующей энергии. Различие заключается только в том, что заряженные частицы не-посредственно расходуют свою энергию на ионизацию, а гамма- кванты сначала образуют вторичные электроны. Вследствие того, что соударения гамма-квантов с электронами атомов и молекул происходят относительно редко, гамма-излучение является сильно проникающим.

19. Взаимодействие альфа-частиц с веществом.

История открытия и изучения альфа-частиц связана с именем Резерфорда. При помощи альфа-частиц Резерфорд проводил исследования большинства атомных ядер.

Альфа-частицы это атомы гелия, потерявшие два электрона, т.е. ядра атома гелия

Ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов устойчиво, частицы связаны в нем прочно.

В настоящее время известно более 200 альфа активных ядер, главным образом тяжёлых (А > 200, Z > 82 ), исключение составляют редкоземельные элементы (А=140-160). Примером альфа распада может служить распад изотопов урана:

Скорости, с которыми альфа-частицы,вылетают из распавшегося ядра, очень велики и колеблются для разных ядер в пределах от 1,4 х 107 до 2,0x10' м/с, что соответствует кинетическим энергиям этих частиц 4—8,8 МэВ. Альфа-частицы в состав ядра не входят, и, по современным представлениям, они образуются в момент радиоактивного распада при встрече движущихся внутри ядра 2-х протонов и 2-х нейтронов.

Пролетая через вещество, альфа-частицы постепенно теряют свою энергию, затрачивая ее на ионизацию газов. Причём в начале пути, когда энергия альфа-частиц велика, удельная ионизация меньше, чем в конце пути.

Под пробегом частицы в веществе понимается толщина слоя этого вещества, которую может пройти эта частица до полной остановки. Пробег частиц в основном определен для тяжелых частиц, т.к. их путь представляет прямую линию с наименьшим рассеянием. Пробег альфа-частиц зависит как от энергии частиц, так и от плотности вещества, в котором они движутся.

По пробегу альфа частицы можно определить ее энергию.