Qué es el poder de frenado – Fórmula Bethe – Definición

La expresión clásica que describe el poder de frenado específico se conoce como la fórmula Bethe. La fórmula no relativista fue encontrada por Hans Bethe en 1930. Dosimetría de radiación

Una variable conveniente que describe las propiedades de ionización del medio circundante es el poder de detención . El poder de detención lineal del material se define como la relación de la pérdida de energía diferencial para la partícula dentro del material con la longitud del camino diferencial correspondiente :stopping_power_formula

, donde T es la energía cinética de la partícula cargada, n ion es el número de pares de iones de electrones formados por unidad de longitud de recorrido, e denota la energía promedio necesaria para ionizar un átomo en el medio. Para partículas cargadas, S aumenta a medida que disminuye la velocidad de las partículas . La expresión clásica que describe la pérdida de energía específica se conoce como la fórmula Bethe. La fórmula no relativista fue encontrada por Hans Bethe en 1930. La versión relativista (ver más abajo) también fue encontrada por Hans Bethe en 1932.

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En esta expresión, m es la masa en reposo del electrón, β es igual a v / c, lo que expresa la velocidad de la partícula en relación con la velocidad de la luz, γ es el factor de Lorentz de la partícula, Q es igual a su carga, Z es el número atómico del medio yn es la densidad de átomos en el volumen. Para partículas no relativistas (las partículas cargadas pesadas son en su mayoría no relativistas), dT / dx depende de 1 / v 2 . Esto se puede explicar por el mayor tiempo que la partícula cargada pasa en el campo negativo del electrón, cuando la velocidad es baja.

El poder de detención de la mayoría de los materiales es muy alto para partículas con carga pesada y estas partículas tienen rangos muy cortos. Por ejemplo, el rango de una partícula alfa de 5 MeV es de aproximadamente solo 0,002 cm en aleación de aluminio. La mayoría de las partículas alfa pueden ser detenidas por una hoja de papel ordinaria o tejido vivo. Por lo tanto, la protección de las partículas alfa no representa un problema difícil, pero por otro lado, los nucleidos radiactivos alfa pueden conducir a graves riesgos para la salud cuando se ingieren o inhalan (contaminación interna).

Detalles de los fragmentos de fisión

La fisión fragmenta tres dos características clave (algo diferentes de las partículas alfa o protones), que influyen en su pérdida de energía durante su viaje a través de la materia.

  • Alta energía inicial. Resultados en una gran carga efectiva.
  • Gran carga efectiva. Los fragmentos de fisión comienzan con la falta de muchos electrones, por lo tanto, su pérdida específica es mayor que la pérdida específica de alfa, por ejemplo.
  •  Recogida inmediata de electrones. Resultados en cambios de (-dE / dx) durante el viaje.

Estas características dan como resultado una disminución continua en la carga efectiva transportada por el fragmento de fisión a medida que el fragmento se detiene y una disminución continua en -dE / dx. La disminución resultante en -dE / dx (desde la captación de electrones) es mayor que el aumento que acompaña a una reducción en la velocidad. El rango del fragmento de fisión típico puede ser aproximadamente la mitad del de una partícula alfa de 5 MeV.

 

 

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