Was ist Bremskraft – Bethe Formel – Definition

Eine geeignete Variable, die die Ionisationseigenschaften des umgebenden Mediums beschreibt, ist die Stoppleistung . Die lineare Stoppkraft des Materials ist definiert als das Verhältnis des differentiellen Energieverlusts für das Partikel innerhalb des Materials zur entsprechenden differentiellen Weglänge :

wobei T die kinetische Energie des geladenen Teilchens ist, n _Ion die Anzahl der pro Pfadlängeneinheit gebildeten Elektronen-Ionen-Paare ist und I die durchschnittliche Energie bezeichnet, die zur Ionisierung eines Atoms im Medium benötigt wird. Für geladene Teilchen nimmt S zu, wenn die Teilchengeschwindigkeit abnimmt . Der klassische Ausdruck, der den spezifischen Energieverlust beschreibt, ist als Bethe-Formel bekannt. Die nicht-relativistische Formel wurde 1930 von Hans Bethe gefunden. Die relativistische Version (siehe unten) wurde auch 1932 von Hans Bethe gefunden.

In diesem Ausdruck ist m die Ruhemasse des Elektrons, β ist gleich v / c, was die Geschwindigkeit des Teilchens relativ zur Lichtgeschwindigkeit ausdrückt, γ ist der Lorentz-Faktor des Teilchens, Q ist gleich seiner Ladung, Z ist die Ordnungszahl des Mediums und n ist die Atomdichte im Volumen. Für nichtrelativistische Partikel (stark geladene Partikel sind meist nichtrelativistisch) ist dT / dx von 1 / v ² abhängig . Dies kann durch die längere Zeit erklärt werden, die das geladene Teilchen im negativen Feld des Elektrons verbringt, wenn die Geschwindigkeit niedrig ist.

Die Bremskraft der meisten Materialien ist für stark geladene Partikel sehr hoch und diese Partikel haben sehr kurze Reichweiten. Beispielsweise beträgt die Reichweite eines 5-MeV-Alpha-Partikels in einer Aluminiumlegierung nur ungefähr 0,002 cm. Die meisten Alpha-Partikel können durch ein normales Blatt Papier oder lebendes Gewebe gestoppt werden. Daher ist die Abschirmung von Alpha-Partikeln kein schwieriges Problem, aber auf der anderen Seite können alpha-radioaktive Nuklide beim Verschlucken oder Einatmen zu ernsthaften Gesundheitsrisiken führen (innere Kontamination).

Besonderheiten von Spaltfragmenten

Die Spaltung fragmentiert drei zwei Hauptmerkmale (die sich etwas von Alphateilchen oder Protonen unterscheiden), die ihren Energieverlust während des Durchgangs durch Materie beeinflussen.

• Hohe Anfangsenergie. Ergibt eine große effektive Ladung.
• Große effektive Ladung. Die Spaltfragmente beginnen mit einem Mangel an vielen Elektronen, daher ist ihr spezifischer Verlust beispielsweise größer als der spezifische Verlust von alpha.
•  Sofortige Elektronenaufnahme. Führt zu Änderungen von (-dE / dx) während der Fahrt.

Diese Merkmale führen zu einer kontinuierlichen Abnahme der vom Spaltfragment getragenen effektiven Ladung, wenn das Fragment zur Ruhe kommt, und zu einer kontinuierlichen Abnahme von -dE / dx. Die resultierende Abnahme von -dE / dx (von der Elektronenaufnahme) ist größer als die Zunahme, die mit einer Abnahme der Geschwindigkeit einhergeht. Der Bereich eines typischen Spaltfragments kann ungefähr halb so groß sein wie der eines 5-MeV-Alpha-Partikels.