TƯƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GHI ĐO( GAMMA, PRORON, ĐIỆN TÍCH,..)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (20.09 MB, 288 trang )
PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ GHI ĐO BỨC XẠ
Chapter 1: INTRODUCTION
Thành viên:
Lý Nhật Minh
Trịnh Nguyễn Yến Nhi
1.1 NĂNG LƯỢNG (E)
E là năng lượng một electron đạt được khi đi qua một hiệu điện thế V
Các đơn vị E thường được sử dụng là : J (jun), kg.m2/s2 hay eV
Một số cách đổi đơn vị thường dùng:
1eV = 1,6.10-19 J
1KeV = 103 eV
1MeV =106 eV
1GeV = 109 eV
1TeV = 1012 eV
1.2 KHỐI LƯỢNG
Khối
lượng của một hạt proton: 1,672.10-27 kg
Mà E = m.C2
m = E/C2
với m có đơn vị là eV/C2
Ngoài ra, đơn vị khối lượng nguyên tử là 1đvC = 1u = 1/12 khối
lượng nguyên tử C
1.3 ĐỘNG NĂNG, ĐỘNG LƯỢNG
cơ học cổ điển* Động năng 𝐸 =
* Động lượng p = mv
Cơ học tương đối
tính
𝑚𝑐 2
2
E = 𝑚𝑐 =
= EK +E0
(1.1)
2
Theo
1
𝑚𝑣2
2
𝑣
1− 2
𝑐
với EK là động năng và E0 là năng lượng nghỉ
𝐸 2 = E0 2 + 𝑝2 𝑐 2
(1.2)
E = 𝑚𝑐 2 =
𝑚𝑐 2
𝑣2
1− 2
𝑐
= EK +E0
𝐸 2 = 𝐸0 2 + 𝑝2 𝑐 2
(1.1)
(1.2)
𝑇ừ 1.1 𝑣à 1.2 ⇒ (𝐸𝐾 + 𝐸0 )2 = 𝐸0 2 + 𝑝2 𝑐 2
=> 𝐸𝐾 2 + 2𝐸𝐾 𝐸0 + 𝐸0 2 =𝐸0 2 + 𝑝2
=> 𝑝𝑐 = 𝐸𝐾 (𝐸𝐾 + 2𝐸0 )
=>
𝐸𝐾 =
𝐸0 2 + 𝑝2 𝑐 2 − 𝐸0
(1.1)
=>
𝑚𝑐
𝐸𝐾 + 𝐸0 =
=>
𝐸𝐾 + 𝐸0
=>
1−
𝑣2
𝑐2
=>
𝑣
𝑐
=
=
1−
𝑣2
1− 2
𝑐
2
1−
𝑣2
𝑐2
𝑚2 𝑐 4
𝐸𝐾 +𝐸0 2
𝑚2 𝑐 4
𝐸𝐾 +𝐸0 2
= 𝑚2 𝑐 4
Năng lượng
so với trạng
thái ban đầu
Năng
lượng ß
Khả năng
xảy ra
spin
Đại học Khoa Học Tự nhiên - ĐHQG HCM
Bộ môn Vật lý hạt nhân - Kỹ thuật hạt nhân
Các tương tác của tia X và Gamma
trong vật chất
Giáo viên hướng dẫn: TS. Võ Hồng Hải
Sinh viên thực hiện: Trần Bảo Anh
Đỗ Văn Huỳnh
Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 10 năm 2017
Hiệu ứngfdquang điện
Tán xạ Compton
Các tương tác của
tia X và Gamma
Tạo cặp
Điều kiện năng lượng
của ba hiệu ứng trên
Hiệu ứng quang điệnfd
Photon truyền năng lượng cho
electron và biến mất.
• Làm tăng mức năng lượng của
nguyên tử
• Ephoton đủ lớn thì trở thành điện
tử tự do và để lại một không gian
trống
Các không gian trống được lấp
đầy bởi sự tái sắp xếp electron.
o Phần lớn năng lượng (~ 80%)
phát ra thành tia X
o Phần năng lượng dư còn lại để
tán xạ thành một electron Auger.
E bứt ra = 𝑬𝑷 − 𝑬 𝒍𝒌
Tán xạ Compton
Là sự va chạm đàn hồi giữa một photon và một electron.
• Sự bảo tồn năng lượng và động lượng phụ thuộc vào
hướng của trạng thái cuối cùng của photon
ℎ𝑣’ =
e-
ℎ𝑣
ℎ𝑣
(1−𝑐𝑜𝑠𝛉)
𝑚0𝑐2
ℎ𝑣’: năng lượng của lượng tử photon tán xạ
ℎ𝑣: năng lượng của lượng tử photon ban đầu
𝛉: góc tán xạ (của photon ℎ𝑣’ so với ℎ𝑣)
1+
Tiết diện vi phân tán xạ Compton trên một electron tự do
được tính theo cơng thức Klein – Nishina
Tán xạ Compton
+ Chỉ áp dụng công thức tán xạ gamma cho một electron tự
do. Nếu năng lượng gamma lớn hơn năng lượng liên kết thì
hiệu ứng Compton do liên kết này gây ra sẽ nhỏ.
+ Nếu năng lượng gamma nhỏ thì có xác suất lớn khi ngun
tử giật lùi vẫn cịn bị giữ trong nguyên tử sau va chạm.
Nguyên tử làm mất đi năng lượng của Gamma tới và lực
moment chuyển tới electron => Tán xạ Compton liên tục.
+ Nếu tương tác gamma đẩy electron ra khỏi nguyên từ =>
Tán xạ Compton không liên tục.
Tạo cặp
• Ephoton >> E2e (= 1022 keV) vùng điện trường
mạnh của hạt nhân nặng hạt hai hạt e- và e+
• Phần năng lượng dư trở thành động năng Positron
và electron bay khỏi nguyên tử, hạt nhân giật lùi nhẹ
• Positron bay ra hủy cặp với electron khác tạo hai
photon 511 keV
E(e++e-) = Ee+ + Ee- = EP -2m0c2 = EP – 1,022
Điều kiện năng lượng của
ba hiệu ứng trên
•
•
•
•
1 – 100 keV Quang điện
100 keV – 1 MeV Compton
> 1,022 MeV Tạo cặp
54% Gamma năng lượng cao tham gia tạo
cặp
Tài liệu tham khảo
(1) Trần Phong Dũng – Châu Văn Tạo – Nguyễn Hải Dương, 2005, Phương pháp ghi
bức xạ ion hóa, Đại học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQG HCM.
(2) Stefaan Tavernier, 2010, Experimental Techniques in Nuclear and Particle Physics,
Springer- Verlag Berlin Heidelberg.
Cảm ơn các bạn đã lắng nghe
Electron Auger
• Một electron lấp đầy vào lỗ trống
ở mức năng lượng kế bên trong
• Electron khác từ vịng ngồi hơn
thì bị đẩy ra khỏi nguyên tử và
năng lượng dư thừa mất đi
Thắc mắc
• Tại sao hủy cặp lại sinh ra hai photon 511 keV mà không phải là một photon 1022 keV?
