De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Hoofdstuk 4 Interactie van straling met materie Botsingen Werkzame doorsnede, vrije weglengte, absorptie coefficient  -straling  -straling  -straling.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Hoofdstuk 4 Interactie van straling met materie Botsingen Werkzame doorsnede, vrije weglengte, absorptie coefficient  -straling  -straling  -straling."— Transcript van de presentatie:

1 Hoofdstuk 4 Interactie van straling met materie Botsingen Werkzame doorsnede, vrije weglengte, absorptie coefficient  -straling  -straling  -straling neutronen

2 Botsingen Detectie van straling –waarnemen van gevolgen van s/m interactie –soms/dikwijls: uitwisseling van E –altijd: uitwisseling van p Interactiewaarschijnlijkheid –meestal hoog (  -straling, neutronen) –soms laag (neutrinos  speciale experimenten)

3 Botsingen Interactie tussen m 1i, m 2i  m 1f, m 2f – als de twee deeltjes elkaar dicht genoeg naderen – p-uitwisseling ( p = mv ): v 1i, v 2i  v 1f, v 2f – lading q i en draaimoment L i kunnen ook worden herverdeeld tijdens de botsing Behoudswetten –Behoud van totale energie: E =  i E i met E i = E p,i + E k,i –Behoud van totale hoeveelheid van beweging: –Behoud van totaal draai-moment: –Behoud van totale lading: Q =  i q i

4 Behoudswetten Voor:Na: Behoudswetten: Verstrooiing: geen massaverandering ( m 1i = m 1f ; m 2i = m 2f )

5 Vangst van een deeltje Bvb: kern ( m 2i ) vangt neutron ( m 1i ) –p + + n  d + Voor de botsing: Na de botsing: Vrijgekomen energie: Gereduceerde massa 

6 Botsing met deeltje in rust Snel projectiel ( m 1i v 1i ) + zware kern ( m 2i ) Vrijgekomen energie (Q vergelijking):

7 Elastische botsing van 2  -deeltjes Elastische botsing van 2 biljartballen Elastische botsing van twee identieke deeltjes Q = 0 ; m 1i = m 1f (proj.) ; m 2i = m 2f (in rust) Behoud van E Behoud van p Na botsing: deeltjes bewegen loodrecht t.o.v. elkaar

8 Fissie van een kern Voor de splijting: kern in rust Na de splijting: 2 dochterkernen

9 Botsing met moderator kernen Kernreactoren: vertragen van neutronen – Fissie: snelle neutronen vrijgesteld – Activatie: thermische (trage) neutronen – Moderator: energie-uitwisselaar  vertraging Wat is E k,f ? ( A = m moderator /m neutron )  E/E dichtbij 100%  efficiënte moderator (weinig botsingen nodig)

10 Moderatie van neutronen Behoudswetten:

11 Interactie straling/materie Interactie van straling: –energie dissipatie –opeenvolgende botsingen –verandering bewegingszin Gemiddelde vrije weglengte  [m] –gemiddelde afstand tussen 2 botsingen – : gemiddelde snelheid Botsingsfrequentie  [s -1 ] Macroscopische werkzame doorsnede  [m -1 ]

12 Werkzame doorsnede   [m -1 ]: macroscopische werkzame doorsnede – V : eenheidsvolume; –  V : massa van eenheidsvolume –  V/A : aantal mol in eenheidsvolume – n : aantal atomen per eenheidsvolume [m -3 ]  /n : microscopische werkzame doorsnede [m 2 /atoom] –Eenheid (i.p.v. 1 m 2 /atoom): 1 barn/at = m 2 /at

13 Werkzame doorsnede P (botsing) van gasmolecule met andere: –Enkel botsingen met gasmoleculen met zwaartepunt binnen cylinder –Cylindervormig pad met doorsnede:  =  (2r) 2

14 Werkzame doorsnede Moleculen in balkvormig volume –dikte dx, oppervlak S –totaal # moleculen: n S dx –kans op botsing met één van de gasmoleculen Afname van bundelintensiteit:

15 Werkzame doorsnede Gasmoleculen: 1 soort interactie –één interactiestraal r / één  voor botsing Atomen: meerdere interactiemogelijkheden –Meerdere partiële  ’s –Totale werkzame doorsnede:  i  i Notaties: –  L I(d) = I 0 exp(-  L d) lineaire absorptiecoefficiënt –  L =  I(d) = I 0 exp(-  d) massa absorptiecoefficiënt IoIo I vl. I gas I ijs

16  -straling Discrete kinetische energie Penetratie van  -deeltjes in lucht (STP): Sporen van  -deeltjes in een Wilsonvat R ,1 R ,2

17  -straling Rechte lijn paden: –Elastische botsingen met electronen  Zeer klein energieverlies/botsing ( ) bvb. 3 keV voor  -deeltje van 6 MeV  Zeer kleine/geen richtingsverandering –Sterke ionisatie/excitatie langsheen pad  Andere bindingen; productie van radicalen Versnelde electronen:  -stralen

18  -straling Zelfde E kin, veel kleinere m dan  ’s  hoge v m projectiel  m e  grote  E mogelijk per botsing  ingrijpende richtingsveranderingen/botsing  bundel-spreiding, E-distributie

19  -straling Ruimtelijke + energie spreiding  geen ‘range’ 1.4 MeV electronenbundel in Al Voor  ’s in Al: R  = 3  m  Al  = 2,7 g/cm  Verband R max en E max : 0,62 g/cm 2 = 2,3 mm

20  -straling Energie overdracht naar (gebonden) e - Verschillende absorptie mechanismen –Foto-electrisch effect –Strooiing (Compton, Rayleigh) –Paar productie (E >1022 keV) LL E = 100 keV d 1/2 = 2,3 mm 300

21  -foton + gebonden electron E  = h = (-E b,K ) + E e Radiatieve relaxatie Fluorescentie fotonen:  E = (-E b,K ) – (-E b,L3 ) Discrete energieën, karakteristiek voor atoomsoort Niet-radiatieve relaxatie Auger e - : E k,Auger =  E – (-E B,M5 ) = -E b,K +E b,L3 +E b,M5 Discrete kinetische energiewaarden, karakteristiek voor atoomsoort Verhouding radiatief/niet-radiatief: fluorescentieopbrengst  K  L2  M4  …  Foto-electrisch effect L 3 -schil K-schil M 5 -schil

22 Foto-electrisch effect Absorptie randen E  < (-E b,K ): lagere absorptie vakatures in M, L schillen E  > (-E b,K ): hogere absorptie vakatures in M, L, K schillen  Discontinuïteiten in  -curve Fotonen met E  juist boven E b,i  Grootste kans op creatie van vakatures in i -de schil -E b,K

23 Foto-electrisch effect Z en E afhankelijkheid van  –Probabiliteit  stijgt met Z  (meer electronen per atoom) –probabiliteit  daalt met E  (groter verschil E  en -E b )

24 Strooiing  =  C +  R Rayleigh strooiing:   –Coherent verschijnsel met alle gebonden e - –Verandering in bewegingsrichting, constante E –Basis van X-straal diffractie interferentie tussen verstrooide X-straal fotonen –Ook genoemd: elastische of coherente strooiing –Vooral bij zware atoomsoorten (veel electronen) Compton strooiing:   –Inelastische of incoherente strooiing –Dominant over Rayleigh strooiing bij lichte atoomsoorten

25 Relativistische deeltjes Objecten met relativistische v’s: tijdsdilatatie Kinetische energie van een relativistisch electron

26 Compton strooiing Behoud van E : Behoud van p (in x en y):  =  max  h/m o c

27 Energie verlies: bvb. bij E  = 22 keV (Ag-K  ) en  =90 o  E  f = 22/[1+(22/511)(1-0)] = 22/1.04 = 21 keV –Maximaal energie verlies (  ): –Voor E  » ½m o c 2 : E  f  min  ½ m o c 2 = keV Compton strooiing E, keV R C Ag-K  Ag-K 

28 Paarproductie E  > 1022 keV = 2m o c 2 –Vorming van electron/positron paar Werkzame doorsnede:   Energie-overmaat: 2E kin = E  keV –In twee gelijke delen over e - /e + verdeeld ( E kin ) –Na annihilatie (traag e + + e - ): 2  ’s van 511 keV elk Diametraal tegengestelde richtingen  PET-scanner, coïncidentie-metingen

29 ,  en  vs. Z,E Lichte elementen (bvb. Al, Si) Zwak absorberend “electron-gamma showers” Zware elementen (bvb. Pb, U) Sterk absorberend fluorescentiestraling

30 Neutronen Geen lading, geen e - interactie, weinig ionisatie Buiten de kern: instabiel n  p + e - Elastische botsingen –Moderatie: snelle  epithermische  thermische neutronen –Maximale relatieve energie-overdracht/botsing: 1-  –Gemiddeld aantal botsingen ñ nodig om een 2 MeV neutron te “thermaliseren”

31 EmEm Neutronen Snelle neutronen –vrijgesteld tijdens fissie –E = 0-25 MeV Epithermische neutronen –0.1-1 MeV Thermische neutronen –In thermisch evenwicht met de omgeving ( E m = kT m ) –Maxwell verdeling: –Bij kamertemperatuur: E m = eV

32 Neutronenvangst Werkzame doorsnede  N –Sterk afhankelijk van neutron-energie –Resonantie-pieken: Zware nucliden: vooral (n,  ) reacties Lichte nucliden: ook strooiing, (n,  ), (n,p) reacties Voorbeelden: 5 B en 113 Cd totale     n,   n  p  n,   n,2n  n,n’   n,fissie  …


Download ppt "Hoofdstuk 4 Interactie van straling met materie Botsingen Werkzame doorsnede, vrije weglengte, absorptie coefficient  -straling  -straling  -straling."

Verwante presentaties


Ads door Google