книги из ГПНТБ / Федюшин Б.К. Ядерные излучения тел различной формы. Основы теории

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

Б.К. ФЕДЮ ШИН

ЯД Е Р Н Ы Е

ИЗ Л У Ч Е Н И Я ТЕЛ

Р А З Л И Ч Н О Й Ф О Р М Ы

(ОСНОВЫ ТЕОРИИ)

ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛЕНИНГРАДСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

1973

-fzîfï- • Рекомендовано к изданию Ленинградским институтом

Н А У Ч Н О ' 7 ^ Х ^ И Ч ^ ^ И ? Ц Н 0 Н Н 0 Г 0 п Р и б ° Р ° с т Р ° е и и я

.БИБЛИОТЕК/; o f f f f " I

УДК 621.039.58

Б. К. Ф е д ю ш и н. Ядерные излучения тел различной формы (основы теории). Изд-во ЛГУ, 1972.

ших курсов физических и инженерно-физиче­ ских факультетов.

Табл. — 8, илл. — 30, библ. — 50 назв.

Глава первая

ОСНОВЫ МАКРОСКОПИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ С ВЕЩЕСТВОМ

§ 1. Рассеяние и поглощение частиц [1 — 4]

Потоки частиц называются излучениями. Потоки частиц, возникающих при ядерных реакциях или радиоактивных пре­ вращениях, называются обычно ядерными излучениями. Так

на микроскопической теории процессов взаимодействия частиц ядерных излучений с частицами вещества. Излучение и веще­ ство представляют собой макроскопические виды материи, имеющие микроструктуру, т. е. состоящие из частиц. Если частица ядерного излучения взаимодействует с электронной

с веществом является, по нашему мнению, удобной. Если, например, рассматривать макроскопические процессы взаимо­ действия гамма-излучения с веществом, то фотоэлектрическое поглощение и комптоновское рассеяние являются атомными, а поглощение вследствие образования электронно-позитронных

Макроскопические явления объясняются микроскопиче­ скими. Поэтому макроскопическое взаимодействие ядерных излучений с веществом, сводящееся к различным макроско­ пическим процессам рассеяния и поглощения, объясняется

5

ядерного излучения с веществом лежит соответствующий микроскопический процесс взаимодействия частицы ядерного - излучения с частицей вещества. Так например, комптоновское рассеяние гамма-излучения вызвано существованием эффекта Комптона, а фотоэлектрическое поглощение — существованием фотоэффекта. Никаких других микроскопических процессов,

превращается в другие частицы. Так например, при поглоще­ нии нейтронного излучения в веществе вследствие ядерных реакций радиационного захвата нейтроны из свободных -ста­ новятся связанными, а при поглощении гамма-излучения вследствие образования электронно-позитронных пар гаммафотоны под воздействием ядерных электромагнитных полей превращаются в новые частицы — электроны и позитроны.

Рассеянием частицы называется такой микроскопический процесс, при котором рассматриваемая частица, называемая падающей, изменяет направление своего первоначального дви­ жения вследствие взаимодействия с рассеивающей частицей. Кинетическая энергия падающей частицы, называемая в даль­ нейшем просто энергией, при рассеянии может изменяться и не изменяться.

Рассеяние бывает упругое и неупругое. Упругим рассея­

энергией. Поэтому упругое рассеяние частиц отдаленно напо­ минает соударение двух идеально упругих шаров. Если при упругом рассеянии изменяется только направление первона­ чального движения падающей частицы, а ее энергия остается неизменной, то упругое рассеяние называется когерентным, например, рассеяние фотонов светового излучения электрон­ ными оболочками атомов. Если при упругом рассеянии изме­ няется и энергия падающей частицы, то рассеяние называется некогерентным. Всем известными примерами некогерентиого

Неупругим рассеянием называется такое рассеяние, при котором падающая и рассеивающая частицы обмениваются кинетической энергией, а рассеивающая частица еще и воз-

6

буждается. Таким образом, при неупругом рассеянии часть кинетической энергии падающей частицы переходит во внут­ реннюю энергию рассеивающей частицы. Поэтому неупругое рассеяние частиц несколько похоже на соударение идеально упругого и идеально неупругого шаров. Примером неупру­

симметричным, если вероятность рассеяния dWs в элементе

среднее значение косинуса угла рассеяния, очевидно, равно

назад. Так например, упругое рассеяние нейтронов с энер­ гиями до 10 Мэв на ядрах изотропно в.системе координат, связанной с центром инерции нейтрона и ядра, но анизотропно в лабораторной системе координат, причем рассеяние вперед преобладает.

Каждый микроскопический процесс взаимодействия частиц характеризуется особой величиной, называемой эффективным поперечным, или для краткости поперечным сечением, которое представляет собой вероятность этого процесса, выраженную для удобства в единицах площади (отсюда и название „попе­ речное сечение"). Рассмотрим параллельные пучки частиц и атомный состав экранов.

7

§ 2. Параллельные пучки частиц [1, 3, 5, 6]

Параллельным пучком частиц называется такой пучок, в котором скорости отдельных одинаковых частиц параллельны друг другу. На практике нет идеальных параллельных пуч­ ков, но есть пучки, которые очень похожи на них. Если пучок состоит из частиц одинаковой энергии, то он называется моно­ энергетическим, а если из частиц различной энергии, то поли­ энергетическим. На практике полиэнергетические пучки

и цилиндрические, так как на практике почти не встречаются

родным. В настоящее время неоднородные экраны отсутст­

нечно широкий параллельные пучки можно считать двумя предельными случаями параллельных пучков. Пусть на пло­

пендикулярный в одной точке к большому кругу сферы. При этом безразлично является ли параллельный пучок моноэнер­ гетическим или полиэнергетическим, а экран однородным или неоднородным. Если площадь поперечного сечения парал­ лельного пучка много меньше площади поверхности экрана, то параллельный пучок называется узким. Чем площадь попе­

называется широким. Следует указать, что приведенные опре­

8

пучкам частиц. Однако если узкий или широкий на входе в экран параллельный пучок остается на выходе из экрана соответственно узким или широким, то узкий на входе в экран расходящийся пучок может стать на выходе из экрана широ­ ким в зависимости от толщины экрана и угла раствора пучка. Перпендикулярное падение параллельного пучка на поверх­ ность экрана встречается на практике гораздо чаще, чем наклонное, так что в дальнейшем можно ограничиться только перпендикулярным падением. Заметим также,.что на практике

соответствующий детектор (прибор, регистрирующий частицы), то этот детектор зарегистрирует практически только прошед­ шие через экран падающие частицы, а не частицы, претер­ певшие однократное прямое или многократное рассеяние внутри

экрана.

Ослабление широкого параллельного пучка обусловлено, разумеется, тоже рассеянием и поглощением, так как частицы внутри экрана не претерпевают ничего другого. Однако широ­

9