Длина излучения

Глубина проникновения электрона, при которой его энергия уменьшается на 1/e

В физике элементарных частиц длина излучения — это характеристика материала, связанная с потерей энергии частицами высокой энергии , электромагнитно взаимодействующими с ним. Она определяется как средняя длина (в см) материала, при которой энергия электрона уменьшается в 1/ e раз . ^[1]

Определение

В материалах с высоким атомным номером (например , вольфрам , уран , плутоний ) электроны с энергией > ~ 10 МэВ преимущественно теряют энергию за счет тормозного излучения , а фотоны высокой энергии - за счет образования e + e - пар. Характерное количество вещества, пройденное для этих родственных взаимодействий, называется длиной излучения X ₀ и обычно измеряется в г·см ^-2 . Это одновременно и среднее расстояние, на котором электрон высокой энергии теряет всю свою энергию, кроме 1/е, из-за тормозного излучения , [ 1 ] ^и 7/9 длины свободного пробега при рождении пары фотоном высокой энергии. Это также подходящий масштаб для описания электромагнитных каскадов высоких энергий .

Радиационную длину для данного материала, состоящего из одного типа ядер, можно аппроксимировать следующим выражением: ^[2]

$${\displaystyle X_{0}=716.4{\text{ g cm}}^{-2}{\frac {A}{Z(Z+1)\ln {\frac {287}{\sqrt {Z}}}}}=1433{\text{ g cm}}^{-2}{\frac {A}{Z(Z+1)(11.319-\ln {Z})}},}$$

где Z — атомный номер , а A — массовое число ядра.

Для Z > 4 хорошим приближением является ^{[3] [ непоследовательно ]} .

$${\displaystyle {\frac {1}{X_{0}}}=4\left({\frac {\hbar }{m_{\mathrm {e} }c}}\right)^{2}Z(Z+1)\alpha ^{3}n_{\mathrm {a} }\log \left({\frac {183}{Z^{1/3}}}\right),}$$

где

• n _a – плотность ядра,
• ${\displaystyle \hbar }$обозначает приведенную постоянную Планка ,
• m _e — масса покоя электрона ,
• с — скорость света ,
• α — константа тонкой структуры .

Для электронов с более низкими энергиями (менее нескольких десятков МэВ ) потеря энергии за счет ионизации является преобладающей.

Хотя это определение можно также использовать для других электромагнитно взаимодействующих частиц, помимо лептонов и фотонов, наличие более сильного адронного и ядерного взаимодействия делает его гораздо менее интересной характеристикой материала; длина ядерного столкновения и длина ядерного взаимодействия более важны.

Подробные таблицы длин излучения и других свойств материалов можно получить в группе данных о частицах . ^{[2] [4]}

Смотрите также

• Длина свободного пробега
• Длина затухания
• Коэффициент затухания
• Затухание
• Диапазон (излучение частиц)
• Останавливающее действие (излучение частиц)
• Спектроскопия потерь энергии электронов

Рекомендации

1. М. Гупта; и другие. (2010). «Расчет длины излучения в материалах». PH-EP-Техническое примечание . 592 (1–4): 1. arXiv : astro-ph/0406663 . Бибкод : 2004PhLB..592....1P. doi :10.1016/j.physletb.2004.06.001.
2. С. Эйдельман; и другие. (2004). «Обзор физики элементарных частиц». Физ. Летт. Б. _ 592 (1–4): 1–5. arXiv : astro-ph/0406663 . Бибкод : 2004PhLB..592....1P. doi :10.1016/j.physletb.2004.06.001.(http://pdg.lbl.gov/)
3. Де Анджелис, Алессандро; Пимента, Марио (2018). Введение в физику элементарных и астрочастиц (2-е изд.). Спрингер. Бибкод : 2018ipap.book.....D. дои : 10.1007/978-3-319-78181-5. ISBN 978-3-319-78180-8.
4. «AtomicNuclearProperties в группе данных частиц» .