Sugárzás-anyag kölcsönhatások Sugárzástan 3. Sugárzás-anyag kölcsönhatások Dr. Csurgai József jcsurgai@t-online.hu +36-30-536-9394

Feketetest sugárzás Planck képlet: Stefan-Boltzmann-törvény

Maxwell eloszlás Legvalószínűbb sebesség Átlagsebesség v e kT m N D ÷ ø ö ç è æ = - * 2 4 3 p E e m kT N v D ÷ ø ö ç è æ = - * 2 4 3 p He Ar Ne Xe Legvalószínűbb sebesség Átlagsebesség

A sugárzások és az anyag fizikai kölcsönhatásai A kölcsönhatásban résztvevő partner Mechanizmus 1. Atommag 2. Az atommag erőtere 3. Elektron 4. Elektromos erőtér 5. Molekulák 6. Makroszkopikus rendszerek a., Elnyelődés (abszorpció) b., Koherens szórás (nincs energia átadás) c., Inkoherens szórás (van energiaátadás) --> rugalmas (nincs gerjesztés) -->rugalmatlan (gerjesztés is van) 1,2 abc: magreakciók 3,4 abc: ionizáló sugárzások kcshsai 5,6 abc: nem ionizáló sugárzások kcshsai

Ionizáló sugárzások kölcsönhatása az anyaggal A kölcsönhatás lehet:

Fajlagos ionizáció (db ion/mm) Töltött részecskesugárzások kölcsönhatása az anyaggal 1. Az alfa sugárzás Ionizáció 50% Gerjesztés 50% + - - + + + - + - - + - + - + - - - - + - - + + - - - - + + + + - + Ionizációs csatorna I Fajlagos ionizáció (db ion/mm) Ea=5MeV, levegő 5 6 Távolság [cm] Távolság [cm] R - hatótávolság

Az alfa részecske fajlagos ionizációja függése az energiától Ionpár per mm levegő 8000 4000 5 10 E-alfa [MeV]

Fékezési röntgensugárzás!! 2. A béta-sugárzás IO Abszorpció: Visszaszórás Transzmisszió Cserenkov-sugárzás I Fékezési röntgensugárzás!! ANNIHILÁCIÓ Pozitron Pozitrónium Foton Eg=511keV Foton Eg=511keV e+ e+ e-

A béta részecske fajlagos ionizációja függése az energiától Ionpár per mm levegő 200 150 100 50 0.01 0.1 1.0 10 E [MeV]

Kis energiáknál (Eg < 100 keV): A foton kölcsönhatásai az anyaggal Kis energiáknál (Eg < 100 keV): Gerjesztés Külső: UV-C FOTOEFFEKTUS Ha Eg > 10 eV ionizáció Belső: Röntgen, Gamma

Gerjesztés lehet: Elektronok gerjesztése: UV, VIS: atomi színképvonalak, fluoreszcencia Molekula rezgések, átlagos sebesség: VIS, IR, hősugárzás Molekulák, dipólusok forgása: IR, Mikrohullámok Töltések, dipólusok mozgása: rádióhullámok Makrorészecskék átlagos kinetikus energiája: ultrahang, hősugárzás

Fotoeffektus Eg e- fotoelektron Ee=Eg-Ei

Compton szórás 100 keV < Eg < 2MeV Compton e- Eg Eg’<Eg Szórt foton Eg’

Párképzés Eg > 1.02 MeV e- elektron Eg e+ pozitron ANNIHILÁCIÓ

A foton abszorpció függése az energiától Elnyelődés valószínűsége Foto effektus Párképzés Compton 0.01 0.1 1.0 10 100 E [MeV]