Cтраница 2
Заряженные частицы высокой энергии ( а - и ( 3-частицы, протоны, продукты деления) вызывают ионизацию окружающей среды, теряя при этом энергию. Скорость потери энергии пропорциональна квадрату заряда частицы. Поскольку кинетическая энергия частицы пропорциональна ее массе и квадрату скорости, то а-частица будет иметь ту же длину пробега, что и протон, энергия которого в четыре раза меньше. Пробег а-ча-стиц с энергией от 4 до 5 Мэв ( и протонов с энергией от 1 до 1 25 Мэв) в воздухе изменяется от 2 5 до 3 6 см. Пробег частиц в воде и живой ткани примерно з 103 раз меньше, чем в воздухе, и еще меньше в материалах с большой плотностью. [16]
При прохождении частицы высокой энергии через вещество в результате ряда последовательных столкновений с молекулами среды происходит ступенчатая диссипация ее энергии. Скорость потери энергии частицы на единицу длины ее пробега, dE / dx, называют линейной передачей энергии ( ЛПЭ) или линейной тормозной способностью вещества. [17]
В этом процессе электрон и молекула в основном состоянии S0 формируют промежуточное состояние, быстро ( за 10 - 14 - 10 - 15 с) распадающееся с образованием молекулярного иона в колебательно-возбужденном состоянии Sr. Следует ожидать, что скорость потери энергии электроном близка к 1015 эВ / с, откуда следует, что диссипация энергии, превышающей ширину запрещенной зоны Eg на 0 4 эВ, может происходить за времена порядка 10 - 16 с. При скорости 107 см / с электрон растеряет свою энергию ( меньшую энергии низшего электронно-возбужденного состояния), дойдя лишь до ближайшей молекулы. Таким образом, электроны, вылетающие с различными энергиями, могут быть остановлены соседними молекулами, и разница в значениях г должна быть минимальной. Эта точка зрения уже была высказана в разд. [18]
Излучающую частицу наблюдают из двух систем отсчета, движущихся равномерно друг относительно друга. Сравнить суммарные по всем направлениям скорости потери энергии частицей в этих системах отсчета. [19]
Для еще меньших скоростей, когда С становится много больше единицы, формула (5.21) перестает быть справедливой, и, как упомянуто в разделе 3 гл. II, эффективное поперечное сечение приближается к газокинетическому, а скорость потери энергии становится пропорциональной энергии частицы. [20]
Поскольку мы рассматриваем излучение атомов, то в данном случае а - размер атома, А - длина волны излучения. Мощность излучения пропорциональна квадрату электромагнитного поля, а следовательно, скорость потери энергии возбужденным атомом при дипольном излучении в ( 2тга / А) 2 раз больше, чем при квадру по льном, и соответственно, относительная продолжительность излучения, называемая временем жизни атома в возбужденном состоянии, будет обратно пропорциональна этой величине. [21]
Рассмотрим Солнце как представителя главной последовательности звезд. Температура на его поверхности составляет 6000 К, предположительное значение температуры в центральной части - 15 000 000 К, скорость потери энергии - 4 0 - Ю33 эрг / сек. В Солнце, как полагают, содержится приблизительно 80 % водорода, 20 % гелия, около 1 % углерода, азота и кислорода и еще меньшие количества всех других элементов. Весьма важный, однако нерешенный вопрос состоит в том, насколько равномерно распределяются эти элементы в результате перемешивания между поверхностными и внутренними областями. [22]
Теряя энергию, а-частицы в веществе будут создавать на своем пути ( трек) различное количество ионов и возбужденных молекул, например, а-частица полония-210, полностью замедляясь, создает воздухе около 150 тыс. пар ионов и довольно большое число возбужденных молекул. Однако химические реакции, сопровождающие прохождение излучений через вещество, зависят не только от числа возникших активных продуктов, но и от их концентрации ( особенно в треке), которая, в свою очередь, определяется скоростью потери энергии излучения в веществе. В табл. 2.3 приведены некоторые средние пробеги и величины ЛПЭ в воздухе и воде для наиболее часто встречающихся энергий а-частиц. [23]
Здесь, а - имеет тот же смысл, что и в выражении (3.1), / ( (, г, 8а) - вариирующая функция генерации фракталов в момент / при дополнительном притоке энергии 8а в данном месте г; К. Это следует из аналитического выражения для скорости потери энергии фракталов, которая вычисляется по уравнению энергопотерь фракталов. Уравнение с дробными степенями производных ( Нигматулин, 1986) позволяет это сделать. [24]
Прохождение через вещество сильно заряженных частиц, подобных осколкам деления, заметно отличается от прохождения протонов или а-частиц. II) показало, что в начальном участке пробега скорость потери энергии приблизительно постоянна, в противоположность соотношению между пробегом и скоростью а-частиц, которое, как видно из раздела 2, характеризуется быстрым возрастанием do / dR при уменьшении скорости. [25]
Изменение относительной скорости w / w0 в зависимости от r / R на начальном участке трубы при ламинарном режиме течения показано на рис. 2.4. Профиль скорости / на входе в трубу может быть произвольным. На некотором начальном участке трубы, вследствие действия сил внутреннего трения, он изменяется и стремится принять форму 4, соответствующую стабилизированному течению. Известно, что на участке трубы с установившимся профилем скорости потери энергии на трение минимальные. Вследствие действия сил внутреннего трения и прилипания жидкости к стенке, на начальном участке трубы возникает пристенный пограничный слой заторможенной жидкости. Толщина этого слоя растет вниз по течению до тех пор, пока он не заполнит все сечение трубы. [26]
Почему зависимость dEldx от Е имеет такой характер, нетрудно понять из следующих качественных соображений. Если при прохождении через среду заряд иона уменьшается в результате захвата электронов, то должны уменьшаться и куло-новское взаимодействие и скорость потери энергии. Это обстоятельство, а также изменение механизма потерь энергии ( увеличение роли упругих соударений) и обусловливают спад кривой от максимума в сторону низких энергий. Грубо говоря, тяжелый ион способен захватывать электроны, орбитальная скорость которых сравнима со скоростью иона. В действительности вблизи конца пробега ион многократно захватывает и теряет электроны. В случае а-частиц область флуктуации заряда находится в пределах нескольких последних миллиметров пробега. [27]
Хотя ионизированные частицы, несомненно, возникают в результате первичного акта поглощения ионизирующего излучения, времена жизни таких частиц сильно различаются. Электрон, вырванный из молекулы, будет двигаться через среду, преодолевая кулоновское притяжение исходного иона до тех пор, пока не термализуется. Расстояние, пройденное электроном, зависит от его энергии и скорости ее потери. Теоретическое определение скорости потери энергии представляет значительную трудность. [28]
Итак, если нам очень хочется, мы можем выбросить весь набор сил в уравнении (28.9), приговаривая при этом, что такое явление, как действие электрона на себя, отсутствует. Но вместе с водой мы выплескиваем и ребенка. Ведь второе-то слагаемое в (28.9), слагаемое с х, совершенно необходимо. Эта сила приводит к вполне определенному эффекту. Поэтому ускорение заряда требует большей силы, чем ускорение нейтрального объекта той же массы; в противном случае энергия не будет сохраняться. Скорость, с которой мы затрачиваем работу на ускорение заряда, должна быть равна скорости потери энергии на излучение. Мы уже говорили об этом эффекте; он был назван радиационным сопротивлением. Снова перед нами вопрос: откуда берутся те дополнительные силы, на преодоление которых затрачивается эта работа. Когда излучает большая антенна, то эти силы возникают под влиянием токов одной ее части на токи в другой. [29]