Promieniowanie hamowania

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Promieniowanie hamowania (niem. Bremsstrahlung) – promieniowanie elektromagnetyczne powstające podczas hamowania cząstki obdarzonej ładunkiem elektrycznym. Promieniowanie to jest jedną z dróg utraty energii przez poruszającą się naładowaną cząstkę. Jest to, na poziomie mechaniki (elektrodynamiki) kwantowej, wyjaśnienie zjawiska radiacji np. anten.

Energia krytyczna[edytuj | edytuj kod]

Szczególnie istotne jest w przypadku wysokoenergetycznych elektronów oddziałujących z materią. Gdy energia elektronu jest większa od tzw. energii krytycznej, straty energii na promieniowanie hamowania są większe od strat na jonizację. Energia krytyczna zależy od rodzaju substancji ośrodka.

Tabela przedstawia przykładowe energie krytyczne elektronów Ekr dla kilku substancji:

Substancja Ekr
MeV
węgiel 81
azot 91,2
tlen 81,2
glin 42,2
argon 38,4
żelazo 21,7
miedź 19,6
ołów 7,6
powietrze 97,5
woda 81

Cechy promieniowania hamowania[edytuj | edytuj kod]

Przekrój czynny na emisję fotonów o energii 30 keV w funkcji energii elektronów. Linia czerwona - przybliżenie ultrarelatywistyczne, linia niebieska - przybliżenie klasyczne
\nu_{max}=\frac {E_k}{h}

gdzie

Ek - energia kinetyczna elektronów,
h - stała Plancka.
  • Promieniowanie jest emitowane w wąskim stożku w kierunku ruchu elektronów. Im większa jest prędkość elektronów, tym mniejszy jest kąt rozwarcia stożka.
  • Strata energii elektronów na jednostkę przebytej przez nie drogi słabo zależy od energii elektronów, gdy ich energia kinetyczna jest dużo mniejsza od energii spoczynkowej. Dla elektronów ultrarelatywistycznych, gdy ich energia znacznie przewyższa spoczynkową
\quad E\gg m_{e}c^{2},[1]
straty są proporcjonalne do energii (me jest masą elektronu a c – prędkością światła}. Dzieje się to dla energii dużo większych od krytycznej. Dla energii elektronów poniżej 2 MeV straty energii na promieniowanie stanowią mniej niż 1% wszystkich strat w typowych materiałach jak: woda, powietrze, substancje organiczne.

Promieniowanie rentgenowskie[edytuj | edytuj kod]

Jeżeli elektrony mają dostatecznie dużą energię, mogą emitować również promieniowanie rentgenowskie. Jest to najprostszy sposób wytwarzania promieniowania rentgenowskiego. Zjawisko emisji promieniowania rentgenowskiego może być groźne, ponieważ jest ono bardziej przenikliwe niż promieniowanie beta. Dlatego w ramach ochrony przed promieniowaniem β powinno się uwzględnić nie tylko osłonę przed samymi elektronami, lecz również wziąć pod uwagę promieniowanie X poprzez zmniejszenie energii elektronów lub osłony radiacyjne dla promieniowania rentgenowskiego.

Przypisy

  1. Precyzyjniej relację tę można określić znajdując warunek na to, aby różniczkowy przekrój czynny na promieniowanie hamowania stał się proporcjonalny do energii elektronu, co daje
    E\gg \frac{137m_{e}c^{2}}{Z^{1/3}}\quad \
    gdzie Z jest liczbą atomową ośrodka.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  1. Jerzy Massalski: Detekcja promieniowania jądrowego. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1959.
  2. Adam Strzałkowski: Wstęp do fizyki jądra atomowego. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1978.