Потери энергии на ионизацию и возбуждение атомов

РефератПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Энергия, которую электрон теряет в веществе на ионизацию (0> I) и возбуждение (Q < I) атомов, называют ионизационными потерями энергии или потерями на столкновения. Выражение для потерянной энергии на единице пути (тормозной способности) электронов и позитронов получено в рамках квантовой механики Бете и Блохом. С учетом введенной в последствии поправки на эффект поляризации вещества (8) формула… Читать ещё >

Потери энергии на ионизацию и возбуждение атомов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Энергия, которую электрон теряет в веществе на ионизацию (0> I) и возбуждение (Q < I) атомов, называют ионизационными потерями энергии или потерями на столкновения. Выражение для потерянной энергии на единице пути (тормозной способности) электронов и позитронов получено в рамках квантовой механики Бете и Блохом. С учетом введенной в последствии поправки на эффект поляризации вещества (8) формула Бете-Блоха имеет следующий вид:

где Z и А — атомный номер и массовое число атомов вещества, е = Т/ т_ес~, a F" (e) и F⁺ (е) — соответственно функции для электронов и позитронов:

Величина I в формуле (18.13) называется средней энергией возбуждения атомов среды [8], так как ее значение необходимо получать усреднением по всем состояниям атома, связанным, как с его ионизацией, так и с возбужде;

нием. Значения / определяют в эВ, но часто называют потенциалом (средним) ионизации атома. Следует отмстить, что средняя энергия возбуждения, входящая в выражение (18.13), является подгоночным параметром, и нет точных правил для ее вычисления. Необходимые для расчетов тормозной способности значения I из работы [8] приведены в табл. 18.2. В этой таблице 1_К и.

I_п — соответственно энергии К и Z, уровней атомов. С некоторой погрешпо;

стью вычислить величину / для атома с порядковым номером Z можно с помощью следующих эмпирических выражений:

Рис. 18.2. Тормозная способность свинца для электронов — 1 и позитронов — 2 с учетом эффекта плотности. 3 — электроны без учета эффекта плотности.

Последний член б формулы (18.13) учитывает эффект поляризации среды электромагнитным полем быстрой (релятивистской) заряженной частицей. Электрическое поле образующихся диполей экранирует поле пролетающей частицы, что приводит к уменьшению потерь энергии при взаимодействии с атомами в поперечном относительно импульса частицы направлении. В результате тормозная способноегь в релятивистской области энергий с увеличением энергии часгицы возрасгаег незначительно (см. рис. 18.2). Из рис. 18.2 следует, что тормозные способности электронов и позитронов (пунктирная кривая) почти одинаковы.

Характеристики чистых элементов. 8,988 — 5 = 8,988 • 10.

Z.	Символ.	Название.	А, а.е.м.	р, г/см³	/ к, ^к'эВ.	/_шкэВ.	I, эВ.
	Н.	Водород.	1,0079.	8,988−5.	0,014.		19,2.
	Не.	Гелий.	4,0028.	1,785−4.	0,025.	0,001.	41,8.
	и	Литий.	6,94.	0,534.	0,055.	0,003.	40,0.
	Be.	Бериллий.	9,0122.	1,848.	0,111.	0,006.	63,7.
	В.	Бор	10,81.	2,37.	0,188.	0,009.	76,0.
	С.	Углерод.	12,011.	2,265.	0,284.	0,013.	78,0.
	N.	Азот.	14,007.	0,125.	0,400.	0,018.	82,0.
	О.	Кислород.	16,00.	0,1 429.	0,533.	0,024.	95,0.
	F.	Фтор	19,00.	0,1 696.	0,687.	0,032.
	Ne.	Неон.	20,17.	0,899.	0,867.	0,045.
	Na.	Натрий.	22,99.	0,971.	1,073.	0,063.
	Mg.	Магний.	24,305.	1J4.	1,305.	0,088.
	A1.	Алюминий.	26,982.	2,70.	1,560.	0,118.
	Si.	Кремний.	28,09.	2,33.	1,839.	0,151.
	P.	Фосфор	30,974.	2,20.	2,144.	0,188.
	S.	Сера.	32,06.	2,07.	2,472.	0,227.
	Cl.	Хлор	35,453.	0,3 214.	2,824.	0,270.
	Ar.	Аргон.	39,94.	0,1 784.	3,203.	0,320.
	К.	Калий.	39,098.	0,862.	3,607.	0,377.
	Ca.	Кальций.	40,08.	1,55.	4,037.	0,438.
	Sc.	Скандий.	44,956.	2,989.	4,491.	0,500.
	Ti.	Титан.	47,90.	4,54.	4,966.	0,563.
	V.	Ванадий.	50,942.	6,11.	5,465.	0,628.
	Cr.	Хром.	51,996.	7,18.	5,989.	0,696.
	Mn.	Марганец.	54,938.	7,44.	6,539.	0,769.
	Fe.	Железо.	55,84.	7,874.	7,112.	0,846.
	Co.	Кобальт.	58,933.	8,80.	7,709.	0,926.
	Ni.	Никель.	58,70.	8,902.	8,332.	1,008.
	Cu.	Медь.	63,54.	8,96.	8,981.	1,096.
	Zn.	Цинк.	65,38.	7,133.	9,659.	1,193.
	Ga.	Галлий.	69,72.	5,904.	10,367.	1,300.
	Ge.	Г ерманий.	72,50.	5,323.	11,104.	1,413.
	As.	Мышьяк.	74,922.	5,73.	11,867.	1,530.
	Se.	Селен.	78,90.	4,50.	12,658.	1,652.
	Br.	Бром.	79,904.	3,12.	13,474.	1,782.
	Kr.	Криптон.	83,80.	0,3 733.	14,323.	1,921.
	Rb.	Рубидий.	85,467.	1,532.	15,200.	2,065.
	Sr.	Стронций.	87,62.	2,54.	16,105.	2,216.

Z.	Символ.	Название.	А, а.е.м.	р, г/см³	1 _к, кэВ.	/_шкэВ.	/*, эВ.
	Y.	Иттрий.	88,906.	4,469.	17,038.	2,373.
	Zr.	Цирконий.	91,22.	6,506.	17,998.	2,533.
	Nb.	Ниобий.	92,906.	8,57.	18,986.	2,698.
	Mo.	Молибден.	95,94.	10,22.	20,010.	2,867.
	Тс.	Технеций.	96,906.	11,5.	21,044.	3,043.
	Ru.	Рутений.	101,0.	12,1.	22,117.	3,224.
	Rh.	Родий.	102,91.	12,41.	23,220.	3,412.
	Pd.	Палладий.	106,4.	12,02.	24,350.	3,605.
	Ag.	Серебро.	107,97.	10,5.	25,514.	3,806.
	Cd.	Кадмий.	112,41.	8,65.	26,711.	4,018.
	In.	Индий.	114,82.	7,31.	27,940.	4,238.
	Sn.	Олово.	118,6.	7,31.	29,200.	4,465.
	Sb.	Сурьма.	121,7.	6,691.	30,491.	4,698.
	Те.	Теллур	127,6.	6,24.	31,814.	4,939.
	I.	Йод.	126,91.	4,93.	33,170.	5,188.
	Xe.	Ксенон.	131,30.	0,5 887.	34,561.	5,445.
	Cs.	Цезий.	132,91.	1,873.	35,985.	5,713.
	Ba.	Барий.	137,33.	3,50.	37,441.	5,987.
	La.	Лантан.	138,91.	6,154.	38,925.	6,266.
	Ce.	Церий.	140,12.	6,657.	40,443.	6,549.
	Pr.	Празеодим.	140,91.	6,71.	41,991.	6,835.
	Nd.	Неодим.	144,2.	6,90.	43,569.	7,128.
	Pm.	Прометий.	145,0.	7,22.	45,184.	7,428.
	Sm.	Самарий.	150,4.	7,46.	46,834.	7,736.
	Eu.	Европий.	151,96.	5,243.	48,519.	8,052.
	Gd.	Гадолиний.	157,2.	7,90.	50,239.	8,375.
	Tb.	Тербий.	158,93.	8,229.	51,996.	8,708.
	Dy.	Диспрозий.	162,5.	8,55.	53,788.	9,046.
	Ho.	Гольмий.	164,93.	8,795.	55,618.	9,394.
	Er.	Эрбий.	167,2.	9,066.	57,486.	9,752.
	Tm.	Тулий.	168,93.	9,321.	59,390.	10,116.
	Yb.	Иттербий.	173,0.	6,73.	61,332.	10,489.
	Lu.	Лютеций.	174,97.	9,849.	63,316.	10,874.
	Hf.	Г афний.	178,4.	13,31.	65,345.	11,272.
	Та.	Тантал.	180,95.	16,654.	67,416.	11,680.
	W.	Вольфрам.	183,85.	19,30.	69,525.	12,098.
	Re.	Рений.	186,21.	21,02.	71,676.	12,528.
	Os.	Осмий.	190,2.	22,57.	73,871.	12,969.
	Ir.	Иридий.	192,22.	22,42.	76.111.	13,419.

Окончание табл. 18.2

Z.	Символ.	Название.	А, а.е.м.	р, г/см³	I к, кэВ.	/, 1, кэВ.	/*, эВ.
	Pt.	Платина.	195,09.	21,45.	78,395.	13,880.
	Au.	Золото.	196,97.	19,32.	80,725.	14,353.
	Hg.	Ртуть.	200,59.	13,546.	83,102.	14,842.
	T1.	Таллий.	204,37.	11,72.	81,530.	15,346.
	Pb.	Свинец.	207,2.	11,35.	88,004.	15,861.
	Bi.	Висмут.	208,98.	9,747.	90,526.	16,391.
	Po.	Полоний.	209,0.	9,32.	93,105.	16,936.
	At.	Астат.	210,0.	9,0.	95,730.	17,491.
	Rn.	Радон.	222,0.	0,973.	98,404.	18,055.
	Fr.	Франций.	223,0.	2,5.	101,137.	18,639.
	Ra.	Радий.	226,03.	6,0.	103,922.	19,237.
	Ac.	Актиний.	227,0.	10,07.	106,759.	19,845.
	Th.	Торий.	232,04.	11,72.	109,651.	20,466.
	Pa.	Протактиний.	231,04.	15,37.	112,601.	21,105.
	U.	Уран.	238,02.	18,95.	115,606.	21,759.
	Np.	Нептуний.	237,05.	20,25.	118,670.	22,427.
	Pu.	Плутоний.	244,0.	19,84.	121,797.	23,109.
	Am.	Америций.	243,0.	13,67.	124,990.	23,812.
	Cm.	Кюрий.	247,0.	13,51.	128,253.	24,535.
	Bk.	Берклий.	247,0.	14,0.	131,590.	25,275.
	Cf.	Калифорний.	251,0.	14,0.	135,005.	26,030.
	Es.	Эйнштейний.	254,0.	14,0.	138,502.	26,803.
	Fm.	Фермий.	257,0.	14,0.	142,085.	27,594.

Поляризация среды тем выше, чем выше ее плотность, поэтому этот эффект чаще называют эффектом плотности. Впервые поправка на эффект плотности вещества 8 была рассчитана Ферми. Отметим, что учет поправки на эффект плотности среды для легких частиц весьма важен. При энергиях более 200 МэВ этот эффект наблюдается даже в газообразных средах.

Расчегы эффекта плотности достаточно сложны, поэтому предпринимались попытки описать эту поправку эмпирически на основе имеющихся экспериментальных и расчетных данных по тормозным способностям различных сред. В практических расчетах для вычисления величины 8 обычно используют выражения Штернхеймера [9, 14], которые справедливы и для тяжелых частиц. Потери энергии на ионизацию и возбуждение атомов.

здесь р — импульс частицы, т — ее масса, р — плотность вещества (г/см'). Величина определяется из следующих условий:

Твердые и жидкие вещества. Газы при нормальных условиях.

Х_х=2 при/ <100эВ; Х_{=4 при |С| < 12,25;

Х_] = 3 при/ >100эВ; Х,=5 при |С|> 12,25.

Значения Х₀ находятся из соотношений:

Потери энергии электронов и позитронов на столкновения в различных веществах для большого набора простых и сложных веществ приведены в виде таблиц в работе [8], а также в базе данных ESTAR [10]. Для некоторых веществ аналогичные данные для электронов приведены в табл. ШЛО приложения 2. Расчеты выполнены в программе «Компьютерная лаборатория» (см. приложение 1).

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой

Другие работы

Виды автоматических выключателей

Выключатели в литом корпусе (МССВ — от англ. Moulded Case Circuit Breakers) — выключатели, собираемые в неотъемлемой изолирующей оболочке, выполненной методом литья для диапазона номинальных токов от 100 до 630 А (и в отдельных вариантах до 1250 А). Для применения в сетях, удаленных от источника (от понижающего трансформатора подстанции), эти аппараты выпускают с невысокой отключающей…

Реферат