荷電粒子と物質の相互作用

〇電離・励起

 W値:1イオン対を生成するのに必要なエネルギー

    電離エネルギーの約2

    放射線の種類に依らない値

    原子番号が大きい → W値が小さい

    空気のW値=34eV

    水素のイオン化エネルギー=13.6eV

 

〇阻止能

・全阻止能SScol+Srad MeV/cm

・衝突阻止能ScolScol

 z:荷電粒子の電荷 m:電子の質量 v:荷電粒子の速度

 n:物質の原子密度 Z:物質の原子番号

・質量衝突阻止能Scol /ρ scolp

 A:物質の質量 NA:アボガドロ定数 E:荷電粒子のエネルギー

 M:荷電粒子の質量

 *10MeV以上の場合は密度効果を考慮する必要がある

・放射阻止能Srad

 電子か重荷電粒子によって変わるため、後述

 

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〇電子と物質の相互作用

相互作用まとめ

相互作用の相手

電子のエネルギー

発生するもの

弾性散乱

原子()

不変

なし

衝突損失(電離,励起)

軌道電子

減少

特性X線,オージェ電子

放射損失

原子核

減少

制動X

チェレンコフ効果

原子

減少

青色光

Srad / Scol = EZ / 800

 →SradEZに比例する

  E:電子のエネルギー[MeV] Z:物質の原子番号

  臨界エネルギー:同物質において質量衝突阻止能と質量放射阻止能が

同じになる電子のエネルギー

・実用飛程R = 0.5Eg/cm2

 質量が小さいため、散乱を受ける

・水/空気質量阻止能:深部ほど大きくなる

・陽電子について

 阻止能や飛程は電子と同じ

 停止時に電子と結合 → ポジトロニウムの形成

 → 消滅γ線(511keV)を2本以上放出する

 *電子がない(真空中など)と安定する

 fig1
fig2

〇重荷電粒子と物質の相互作用

Srad:荷電粒子の質量が大きいため無視できる

・飛程R

R

 E:荷電粒子のエネルギー

 最大飛程 > 外挿(実用)飛程 > 平均飛程

・質量が大きいため、進行方向は変わらない

 停止付近で阻止能が大きくなる

 

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