01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
-
Upload
cretzulici1 -
Category
Documents
-
view
222 -
download
0
Transcript of 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
1/15
INTERACŢIUNEA PARTICULELOR ÎNCĂRCATE GRELE
CU SUBSTANŢA
Din categoria particulelor încărcate grele fac parte: protonii (p), deuteronii (d), tritonii (t),
particulele alfa (α), ionii grei, mezonii , alte particule elementare cu sarcină.
Particulele încărcate grele pot interacţiona cu substanţa în următoarele moduri:
(1) interacţiuni elastice cu electronii atomici,
(2)
interacţiuni inelastice cu electronii atomici,
(3)
interacţiuni elastice cu nucleele atomice,
(4)
interacţiuni inelastice cu nucleele atomice.
Interacţiunile cu electronii atomici au loc prin intermediul for ţelor coulombiene, în timp ce
interacţiunile cu nucleele atomice se desf ăşoar ă prin intermediul for ţelor nucleare şi/sau coulombiene.
Interacţiunile elastice se produc numai la energii mici; ele nu modifică energia cinetică a particulelor
incidente, spre deosebire de cele inelastice care au ca rezultat micşorarea energiei cinetice a
particulelor incidente. Interacţiunile cu nucleele atomice mai sunt denumite şi reacţii nucleare. Dintre
cele patru tipuri de interacţiuni posibile amintite mai sus, predominate sunt interacţiunile inelastice cu
electronii atomici, cunoscute şi sub denumirea de împr ăştieri coulombiene multiple pe electronii
atomici.
1 Secţiunea eficace de interacţiune
Probabilitatea de realizare a oricărui proces de interacţiune dintre o particulă incidentă şi un
atom (sau nucleu) ţintă este exprimată prin mărimea fizică numită sec ţ iune eficace de interac ţ iune, σ.
Necesitatea introducerii unei astfel de mărimi rezidă din faptul că particula incidentă interacţionează cu particula ţintă f ăr ă să se realizeze contactul fizic efectiv între ele. Ca urmare, conceptul de sec ţ iune
geometrică, σg, aplicată cu succes în cazul ciocnirii a două bile din mecanica clasică, nu mai poate fi
utilizat în fizica atomică şi sub-atomică (în general, σ >> σg).
Pentru a defini secţiunea eficace de interacţiune, consider ăm un fascicul paralel de particule cu
fluenţa Φ0 (particule/s) incident perpendicular pe un strat subţire de substanţă, de grosime dx, ce
conţine n atomi (nuclee) identici în unitatea de volum (V
N n ).
1
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
2/15
S φ0
φ
σ σ
σ
dx
Fig. 1: Fascicul paralel de radiaţii incident perpendicular pe un strat de substanţă de arie S şi grosime dx; cu σ s-
a notat secţiunea eficace de interacţiune.
Presupunem acum că fiecare atom (nucleu) din stratul de substanţă considerat poate fi
caracterizat printr-o suprafaţă efectivă de interacţiune σ (aceeaşi pentru toate particulele ţintă,
perpendicular ă pe direcţia de deplasare a particulelor incidente), ca în Fig. 1.
Procesele de interacţiune au loc numai pentru particulele care trec prin oricare din aceste
suprafeţe efective de interacţiune. Celelalte particule nu vor suferi interacţiuni. Probabilitatea de
interacţiune, p, dintre o particulă incidentă şi atomul (nucleul) ţintă, este dată de raportul dintre
suprafaţa efectivă totală a ţintei şi suprafaţa ţintei:
S N dxn
S
dxS n
S
V n
S
N p
(1)
în care
S
N dxn N
S (2)
reprezintă numărul de atomi (nuclee) ţintă pe unitatea de suprafaţă a ţintei.
Fasciculul incident conţine însă Φ0 particule/s. Numărul de particule care participă la
interacţiuni (în unitatea de timp) este:
S N p N 00int (3),
de unde rezultă:
S N
N
0
int (4),
sau
2
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
3/15
S
N N
/
/
0
int
. (5).
Ultimele două relaţii definesc, la modul general, secţiunea eficace de interacţiune:
(a)
Secţiunea eficace de interacţiune reprezintă numărul de procese de interacţiune ce au loc în
ţintă într-un anumit interval de timp, raportat la produsul dintre numărul de particule incidente
(în acelaşi interval de timp) şi numărul de atomi (nuclee) ţintă din unitatea de volum a ţintei;
(b)
Secţiunea eficace de interacţiune reprezintă raportul dintre numărul de procese de interacţiune
per atom (nucleu) ţintă şi numărul de particule incidente pe unitatea de suprafaţă a ţintei.
Secţiunea eficace de interacţiune are dimensiunea unei suprafeţe, unitatea de măsur ă în sistemul
internaţional de unităţi fiind m2 ( ). Pentru că aceasta este o unitate de măsur ă mult prea
mare, în practică se utilizează barnul :
2mSI
1 b = 10-28 m2 = 10-24 cm2.
2 Împrăştierile coulombiene multiple ale particulelor încărcate grele
pe electronii atomici
Împr ăştierile coulombiene multiple ale particulelor încărcate grele pe electronii atomici sunt
procese colizionale (ciocniri) cu transfer de energie de la particulele incidente la electronii atomici. Ca
urmare, electronii atomici sunt fie expulzaţi din atom (ionizare), fie trec pe un nivel de energie mai
mare (excitare). Putem spune că efectele asupra substanţei induse de procesele colizionale ale
particulelor încărcate grele sunt: excitarea şi ionizarea atomilor/moleculelor substanţei. Pierzând
energie, particulele incidente sunt încetinite în substanţă şi, în cele din urmă se vor opri. Distanţa
str ă bătută de particulele încărcate în substanţă se numeşte parcurs maxim şi este o caracteristică
importantă a acestor particule. Transferul (pierderea) de energie, excitarea şi ionizarea, parcursul în
substanţă sunt noţiuni fizice ce caracterizează toate particulele încărcate: grele şi uşoare (electroni,
pozitroni) (vezi capitolele 4 şi 5).
2.1 Pierderea de energie pe unitatea de parcurs: formula Bethe-Bloch
Pierderea de energie prin procese colizionale a fost studiată mai întâi de Bohr, între anii 1913
şi 1915, apoi de către Bethe, Möller şi Bloch. Pentru particulele încărcate grele, expresia analitică a
pierderii de energie, prin procese colizionale, pe unitatea de parcurs, este cunoscută sub numele de
formula Bethe-Bloch.
Pentru deducerea acesteia, vom calcula mai întâi energia pierdută de particula încărcată incidentă la o singur ă interacţiune cu un electron atomic.
3
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
4/15
Fie o particulă încărcată grea, cu sarcina ze, care se deplasează cu viteza v spre un electron
atomic, de masă me şi sarcină e.
Se fac următoarele aproximaţii:
(1) electronii atomici se consider ă în repaus;
(2) deşi for ţele coulombiene au rază lungă de acţiune, se consider ă că interacţiunea are loc numai
atunci când particula încărcată se apropie de electronul atomic la o distanţă comparabilă cu parametrul
de ciocnire, b (vezi Fig. 2).
Fig. 2: Ciocnirea dintre o particulă încărcată grea şi un electron atomic (considerat în repaus).
Ca rezultat al interacţiunii particulei încărcate grele cu electronul, acesta din urmă primeşte un
impuls perpendicular pe direcţia de deplasare a particulei:
2
1
t
t
dt F p . (6)
În virtutea aproximaţiei (2), interacţiunea devine efectivă numai pe por ţiunea de drum egală cu 2b,
astfel încât intervalul de timp în care are loc interacţiune poate fi aproximat prin:
v
bt t t
212 . (7)
For ţa coulombiană ce acţionează asupra electronului în intervalul de timp Δt se aproximează apoi prin:
2
2
04
1
b
ze F
. (8)
Din expresiile (6) şi (8) rezultă:
bv
ze
v
b
b
zet F p
2
02
2
0
2
4
12
4
1
. (9)
Energia cinetică corespunzătoare acestui impuls, energie pe care o preia electronul (egală cu energia
cinetică pierdută de particula încărcată, - ΔT), este:
T bvm
e z
mvb
ze
m
p E
eee
22
422
022
222
0
2 12
4
1
2
1)2(
4
1
2 , (10)
în care s-a notat cu T energia cinetică a particulei încărcate. Semnul “-” exprimă scăderea energiei
cinetice a particulei incidente (T 2 < T 1).
v
2b
b
me
M >> me
4
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
5/15
După cum se poate observa, energia pierdută de particula încărcată incidentă este invers
propor ţională cu pătratul parametrului de ciocnire ( E ~ 1/b2). Rezultă că la parametri de ciocnire mari,
se pierde foarte puţină energie; cu cât parametrul de ciocnire scade, cu atât energia cinetică pierdută
creşte (puternic). Altfel spus, pentru o particulă incidentă cu v şi z dat, energia E = - ΔT cedată
electronului atomic depinde de parametrul de ciocnire.
db
b
Fig. 3: Parametrii geometrici necesari pentru calculul secţiunii eficace diferenţiale de interacţiune per electron.
Secţiunea eficace diferenţială per electron pentru o energie pierdută dE E E E , (vezi Fig.
3),
dE dE
E d E d
)()(
se obţine uşor ţinând cont de faptul că dbb E d 2)( .
Din expresia (10) rezultă
E vm
e z b
e
1
)4(
222
0
422
,
astfel încât, prin diferenţiere, obţinem:
2
2 E
dE const bdb .
În final,
222
0
42
)4(
2)(
E
dE
vm
e z E d
e
, (11)
sau
22
22
022)(
E
dE cmr z E d e
, (12)
în care s-au f ăcut următoarele înlocuiri:
cv / , cu c – viteza luminii în vid,
dx
d σ ( E )
5
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
6/15
r 0 = 20
2
4 cm
e
e
= 2,8179 x 10-15 m - raza clasică a electronului.
În continuare, trebuie ţinut cont de acţiunea tuturor electronilor pe care particula încărcată
incidentă îi întâlneşte în drumul său prin substanţă. Se va obţine o expresie de calcul a energiei
cinetice medii pierdute de particula încărcată, prin procese colizionale, pe unitatea de parcurs. Prin
definiţie, aceasta este puterea de oprire colizional ă:
c
cdx
dT S
. (13)
Expresia analitică a puterii de oprire colizionale pentru particulele încărcate este chiar relaţia Bethe-
Bloch pe care ne-am propus s-o deducem în acest paragraf.
Pentru început vom considera toate ciocnirile pe care o particulă încărcată grea le sufer ă cu
toţi electronii situaţi în pătura cilindrică de volum
dx E d dxdbbV d )(22 (14)
unde )( E d este dată de expresia (12) (vezi Fig. 3).
Concentraţia volumică a atomilor din pătura cilindrică esteV d
N n
v 2 , cu N = numărul total de
atomi. Dacă ne limităm la o substanţă uni-elementală (ce conţine un singur element chimic cu numărul
atomic Z ), atunci numărul total de electroni din pătura cilindrică de volum este:V d 2
V Zd n N Z N ve
2 . (15)
Energia totală pierdută de particula încărcată incidentă, prin procese colizionale, în volumul de
substanţă va fi:V d 2
dx E d Z n E N E E vetot )( (16)
cu )( E d dat de (12).
Puterea de oprire colizională se obţine integrând expresia (16) pe întreg volumul
dx E V )( şi împăr ţind la dx, conform definiţiei (13). Ţinând cont de faptul că integrala după
parametrul de ciocnire (raza cilindrului considerat în Fig. 3) poate fi înlocuită prin integrala după
energia cinetică pierdută E (dată fiind dependenţa discutată mai sus), vom obţine:
max
min
max
min
2
22
022
E
E
E
E
v
e
c
c E
dE const
E
dE Z n
cmr z
dx
dT S
, (17)
min
maxln E
E const S
c (18)
Energia pierdută de către particula încărcată incidentă este deci limitată de către o valoare maximă
E max şi o valoare minimă E min. Desigur, Emax nu poate depăşi energia cinetică T a particulei incidente
(aşa cum vom ar ăta în continuare, de fapt Emax
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
7/15
infinitezimale de energie sunt, în realitate, imposibile, deoarece sunt implicaţi electroni legaţi în atom.
Aceştia nu primesc decât cantităţi finite de energie, adică valori care le permit să treacă de pe un nivel
energetic pe altul (vezi Fig. 4). La energii mai mari, electronii pot fi expulzaţi din atom.
Ionizări
Stăriexcitate
Niveluriocupate
E 1
E 5
E 4
E 3
E 2
Fig. 4: Tranziţii posibile într-un sistem atomic sau molecular.
Energia maximă transferată de către particula încărcată grea electronului atomic, la o singur ă
ciocnire, poate fi calculată utilizând legile de conservare a energiei cinetice şi impulsului:
222 )'(2
1)'(
2
1
2
1ee
vmv M Mv , (19)
eevm Mv Mv '' (20)
în care v’ şi reprezintă viteza particulei încărcate grele şi, respectiv, a electronului după ciocnire.
Din ultima relaţie rezultă şi înlocuind în (19) rezultă:
ev'
M vm Mvvee /)'('
22 )'(2
1
2
)'(
2
1ee
ee vm M
vm Mv Mv
, (21)
2)'(2
)('
e
ee
ee v
M
M mmvvm
,
M m
Mvv
e
e
2' . (22)
Energia cinetică maximă a electronului va fi:
2
222
max )(
2
2
)'(
M m
v M mvm E
e
eee
. (23)
7
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
8/15
Ţinând cont de faptul că masa particulei încărcate grele este mult mai mare decât masa electronului ( M
>> me), rezultă în final:
T cmvm E ee
222max 22 . (24)
Reamintim că v reprezintă viteza particulei încărcate grele iar me este masa de repaus a electronului (=
0,511 MeV/c2
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
9/15
Interpretare
Puterea de oprire colizională depinde de:
(A) proprietăţile particulei încărcate (grele) incidente. Astfel:
)( 2 z f , adică propor ţionalitate directă cu pătratul sarcinii electrice a particulei,S c
2
1
v f S
c; Sc este invers propor ţională cu pătratul vitezei particulei,
propor ţionalitate lentă cu 2v (sub logaritm).
(B) proprietăţile mediului (substanţei) cu care particula încărcată interacţionează.
)( f , adică propor ţionalitate directă cu densitatea mediului,S c
m
c
M
Z S ; 5,0
m M
Z , cu excepţia hidrogenului, pentru care 1
m M
Z .
propor ţionalitate lentă cu I
1 (sub logaritm).
Calculul energiei medii de excitare, I , este o problemă complicată din fizica atomului. Pentru
estimări rapide se pot utiliza formule semi-empirice. Astfel, cea mai simplă (dar şi cea mai puţin
exactă) formulă de calcul a parametrului I este:
Z I (31)
în care eV (constanta lui Rydberg); în realitate5,13 difer ă de la un element la altul
( eV). 14,8
Alte formule de calcul, mai exacte, sunt:
9.016 Z I (eV), (32)
19,08,5873,9 Z Z I (eV), pentru . (33)13 Z
Valorile experimentale ale energiei medii de excitare, pentru câteva elemente chimice, sunt date în
Tabelul 1.
Pentru compuşi chimici poate fi utilizată expresia
i
ii
i
iii
Z n
I Z n
I
lnln (34)
în care ni = N i /V reprezintă concentraţia volumică a atomilor de tipul “i”:
i
im
i M
Z n
. (35)
9
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
10/15
Tabelul 1: Valori experimentale ale energiei medii de ionizare (date preluate din ICRU Report 35 / Tabelul
2.1a)
Elementulchimic
I (eV)Densitateaρ (g/cm3)
Hidrogen (1H) 18,9 8,375 · 10-5
Heliu (2He) 41,8 1,663 · 10-4 Beriliu (4Be) 63,7 1,85Carbon (6C) 78,0 2,25
*
Azot (7 N) 82,0 1,165 · 10-3
Oxigen (8O) 95,0 1,332 · 10-3
Aluminiu (13Al) 166 2,70Siliciu (14Si) 173 2,33Fier (26Fe) 286 7,87Cupru (29Cu) 322 8,96Wolfram (74W) 727 19,30Plumb (82Pb) 823 11,35Uraniu (92U) 890 18,95
*
densitatea grafitului
2.2 Transferul liniar de energie
Transferul liniar de energie (TLE) este un concept strâns legat de puterea de oprire colizional ă
(S c). El poate fi interpretat ca o putere de oprire colizională restrânsă, deoarece, prin definiţie,
E dx
dT
L c ,TLE . (36)
Unitatea de măsur ă în S.I. este J /m, însă, din motive de ordin practic, de multe ori se utilizează
unitatea keV/ m.
Condiţia impusă de definiţia TLE ( E ) este ca energia transferată ( E ) de particula
încărcată electronilor atomici să aibă o limită superioar ă (parametru de tăiere).
De ce a fost necesară introducerea unei astfel de mărimi?
Pentru a r ăspunde la întrebare să precizăm mai întâi faptul că obiectivul analizei interacţiunii
radiaţiilor ionizante cu substanţa constă în înţelegerea legăturii dintre efectele iradierii asupra
substanţei şi cauzele acestor efecte (chiar interacţiunile amintite!). TLE se deosebeşte de puterea de
oprire colizională prin faptul că este o mărime definită din punctul de vedere al substanţei iradiate şi
nu din punct de vedere al radiaţiei incidente. Aceasta deoarece, impunând un parametru de tăiere
adecvat, reţinem doar procesele locale, în care energia este absorbită doar în volumul elementar
considerat (dv), eliminând fracţiunea de energie transferată electronilor energetici (electroni ),
capabili ei înşişi să producă ionizări ulterioare (Fig. 5). Electronii , care-şi cedează energia departe de
traiectoria particulelor incidente nu contribuie la TLE, deşi contribuie la puterea de oprire colizională.
10
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
11/15
În concluzie, prin faptul că exclude radiaţiile (energia electronilor delta este, de obicei,
mai mare de 100 keV).
cSTLE
Proces de ionizareProces de excitare
Particulă incidentă
Excitări şi ionizări produse de electronii
Fig. 5: Ilustrare grafică a proceselor de excitare şi ionizare produse de o particulă încărcată de-a lungul
parcursului său în substanţă; electronii produc la rândul lor excitări şi ionizări ale atomilor (moleculelor) cu
care interacţionează; ei cedează însă energia departe de traiectoria particulei incidente (procese nelocale, nu
contribuie la TLE).
TLE este o mărime importantă în radiobiologie, unde procesele locale pot fi, aşa după cum am
mai amintit, la originea distrugerii celulelor vii (şi chiar al ADN -ului). TLE ajută la diferenţierea
radiaţiilor ionizante după gradul lor de periculozitate pentru organismul viu. Astfel, radiaţiile cu TLE
mare (ioni grei, particule alfa, protoni, etc) produc, la aceeaşi doză absorbită, efecte biologice mai
importante decât particulele cu TLE mic (X, , electroni). Din acest motiv, particulele cu TLE mare
sunt mai periculoase pentru ţesuturile vii decât cele cu TLE mic. TLE mare înseamnă, în ultimă
instanţă, mai multe excitări şi ionizări pe unitatea de parcurs (Fig. 6).
În concluzie, TLE este o mărime fizică ce descrie calitatea radiaţiei ionizante de a ceda
local energia substanţei iradiate, adică de-a lungul traiectoriei sale. Particulele încărcate grele
(ionii grei, particulele alfa, protonii, mezonii ) cedează multă energie pe unitatea de parcurs ceea ce
înseamnă un TLE mare. Neutronii, cu toate că sunt particule indirect ionizante, au TLE mare datorită
faptului că ionii de recul (particulele încărcate secundare) prin intermediul cărora are loc ionizarea
substanţei, sunt particule încărcate grele cu TLE mare. Prin contrast, electronii (particule încărcate
uşoare) cedează mai puţină energie pe unitatea de parcurs, având TLE mic. Spre exemplu, electronii
cu energia de 1 MeV au TLE la intrarea în apă de aprox. 0,25 keV/ m, în timp ce particulele alfa cu
aceeaşi energie au TLE = 200 keV/ m. Pe măsur ă ce energia electronilor scade, TLE creşte până la o
valoare maximă după care scade brusc spre finalul parcursului.
11
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
12/15
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
13/15
valabilă în această formă simplă numai pentru viteze mari ale particulei incidente, adică în partea de
început a parcursului.
2.4 Expresia analitică a transferului liniar de energie
În forma sa cea mai simplă, expresia analitică a transferului liniar de energie este
),,,()2(
)(2
2
2222
02
M Z T C
McT T
McT
M
Z N cmr z L
m
Ae , (38)
în care funcţia este dată de:),,,( M Z T C
2222
2
2222
22
)/()(2
/
)/()(
/)2(2ln),,,(
Mc McT
cm
cm I Mc
cm McT T M Z T C e
e
e
2)(
)2(22
2
McT
McT T (39)
Pentru un parametru de tăiere
222
2max
)2(2
Mc
McT T cme
(40)
se obţine expresia analitică a puterii de oprire colizionale (formula Bethe-Bloch dată de relaţia (30).
În expresia (38) există patru categorii de factori suplimentari, de corecţie, care nu apar în formula
Bethe-Bloch:
(1) factori ce implică parametrul de tăiere Δ;
(2) corecţii relativiste ce implică energia cinetică (T ) şi energia de repaus ( Mc2) a particulei
incidente;
(3) corecţia relativistă pentru efectul densităţii, δ;
(4) corecţia pentru păturile electronice, λ .
Aplicarea corecţiilor amintite mai sus conduce la valori numerice ale transferul liniar de energie foarte
apropiate de cele experimentale (cu abateri de maxim 1%). O precizie mai puţin bună se obţine doar în
limita vitezelor foarte mici ( .)001,0/2
McT
Corecţiile relativiste din expresia (39) conduc, în general, la creşterea pierderii de energie pe
unitatea de lungime, atunci când particulele încărcate incidente au energii mari. Pe lângă bine-
cunoscutul efect al creşterii masei particulei cu viteza, un alt efect relativist important îl constituie
contracţia Lorentz a câmpului electric al particulei, fapt ce conduce la aşa-numitul “efect al densităţii”
(termenul δ). Corecţia pentru efectul relativist al densităţii apare ca rezultat al polarizării mediului din
jurul particulei încărcate incidente, fapt ce tinde să ecraneze sarcina acesteia. Această corecţie este mai
importantă pentru particulele încărcate uşoare (vezi paragraful 4.1) decât pentru particulele încărcate
grele.
13
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
14/15
Corecţia pentru păturile electronice, λ , este necesar ă ca urmare a faptului că electronii sunt în
mişcare continuă în sistemele atomice şi moleculare, fapt ce nu a fost inclus în deducerea formulei
Bethe-Bloch (30). Probabilitatea transferului de energie de la particula încărcată incidentă la electronul
atomic se micşorează când acesta din urmă este în mişcare, iar deformarea orbitală creşte atunci când
vitezele electronilor pe orbită sunt comparabile cu viteza particulei incidente. Vitezele electronilor
atomici depind de energia acestora, adică de nivelul energetic pe care pe care se situează. Deoarece
nivelurile energetice sunt grupate în pături atomice (K, L, M, etc.), termenul λ poate fi scris sub forma
i
i Z C / (41)
în care constantele C i sunt calculate pentru fiecare pătur ă atomică în parte (i = 1, pătura K; i = 2, pătura
L, ş.a.m.d.); Z = numărul atomic al substanţei. Corecţia pentru păturile atomice λ duce la micşorarea
puterii de oprire colizionale S c.
3 Puterea de oprire colizională masică
Prin definiţie, puterea de oprire colizională masică (POCM) reprezintă raportul dintre puterea
de oprire colizională şi densitatea mediului în care are loc interacţiunea particulelor încărcate cu
substanţa:
c
c
dx
dT S
1
Kg
m J 2. (42)
În practică:
Kg
m MeV S c2
. Valorile puterilor de oprire colizionale masice se găsesc tabelate în
căr ţi de specialitate, pentru diferite particule încărcate în interacţiune cu diverse medii (vezi, spre
exemplu, Anexa 3).
Avantajele utilizării puterii de oprire colizionale masice rezidă în independenţa de densitate a
acestei mărimi ( )(/ f S c
), aşa cum se poate constata împăr ţind la densitate relaţia (30)). Ca
urmare: (a) puterile de oprire colizionale masice nu mai depind de starea de agregare a substan ţei; (b)
valorile puterilor de oprire colizionale masice se modifică puţin atunci când se trece de la o substanţă
la alta (r ămâne dependenţa de Z/M m). Acest fapt permite utilizarea metodei extrapolării pentru
determinarea valorilor POCM pentru un mediu oarecare, pe baza valorilor cunoscute ale POCM pentru
un mediu dat:
22
11
m
c
m
c
M
Z S
M
Z S
(43)
de unde rezultă, spre exemplu,
14
-
8/17/2019 01_Interactiunea Particulelor Incarcate Grele
15/15
12
2
2)/(
)/(
c
m
mc S
M Z
M Z S (44)
presupunând că pentru mediul (2) nu se cunosc valorile POCM. Rezultatele sunt cu atât mai bune cu
cât valorile numerelor atomice sunt mai apropiate între ele (elemente chimice vecine).
În situaţia în care se doreşte calcularea POCM pentru o substanţă alcătuită din mai multe
elemente chimice, se poate utiliza regula de sumare a lui Bragg :
ii
c
i
c S S
; i = 1, 2,…, n (45)
unde εi reprezintă ponderea masică a elementului “i” din substanţa respectivă. Spre exemplu, pentru
apă, vom scrie:
.9
8
162
16)(;
9
1
162
12)(
;)()(
22
22
22
O H
S O
S H
S
O
c
H
c
apa
c
(46)
15