Лекция 20. Взаимодействие электронов и позитронов с веществом

Особенности взаимодействия быстрых электронов с веществом.

При прохождении через вещество быстрых электронов и позитронов (в том числе Р-частиц, испускаемых радионуклидами) главным механизмом потерь энергии, как и для тяжелых заряженных частиц, являются ионизация и возбуждение атомов. Однако характер торможения электронов отличается от характера торможения тяжелых частиц. Во-первых, из-за малой массы электрона рассеяние на большие углы оказывается настолько существенным, что после некоторого числа столкновений электрон «теряет память» о первоначальном направлении своего движения. По этой причине понятие пробега электрона теряет изначальный смысл. Учитывая запутанность траектории движения электрона, следует различать средний путь, пройденный электроном в среде, и среднее удаление его (по прямой) от точки входа в среду (рис. 20.1).

Вторая особенность, также обусловленная малой массой электрона, состоит в том, что к ионизационному торможению добавляется другой весьма важный механизм — радиационное торможение. В соответствии с законами электродинамики при торможении заряженной частицы в электромагнитном поле должно испускаться тормозное излучение, интенсивность которого обратно пропорциональна квадрату ускорения а:

Ускорение заряженной частицы, которое она испытывает в кулоновском поле другой частицы с зарядом Ze, обратно пропорционально ее массе т_а:

Тогда.

Рис. 20.1. Путь электрона в веществе.

Отсюда следует, что превышение радиационного торможения электронов над радиационным торможением, например, а-частиц определяется фактором (MJZ_am_e)², т.с. составляет более чем 6 порядков.

Наконец, в-третьих, при расчете тормозной способности вещества по отношению к быстрым электронам следует учитывать релятивистские эффекты. Энергия покоя электрона равна 0,511 МэВ; кинетическая энергия Рчастиц, испускаемых большинством радионуклидов — величина того же порядка. Таким образом, пренебречь релятивистскими эффектами, как в случае а-частиц, уже нельзя.

Взаимодействие электронов с атомными ядрами при всех энергиях имеет исключительно электромагнитный характер (если, конечно, пренебречь слабым взаимодействием) и сводится, в основном, к упругому рассеянию.^[1] В сильных взаимодействиях электроны не участвуют.

• [1] Неупругие процссеы становятся существенными только при очень выеоких энергиях. Так, для электронов с энергией порядка 1 ГэВ наблюдались электроядерные реакции (например, элсктроделсннс зрения квантовой механики один и тот же электрон находится одновременно в состоянии /(свободный) и в состоянии 2 (связанный).