Bài giảng cơ sở vật lý hạt nhân Chương V

11/15/2017 Chương V: HỌC PHẦN NE3012 TƯƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ HẠT NHÂN VỚI VẬT CHẤT • Nội dung: gồm vấn đề Giới thiệu CƠ SỞ VẬT LÝ HẠT NHÂN Tương tác hạt mang điện nặng Tương tác hạt mang điện nhẹ GV Trần Kim Tuấn Tương tác xạ điện từ Tương tác notron (sẽ học học phần Vật lý lò Viện Kỹ thuật Hạt nhân Vật lý Môi trường Trường Đại học Bách khoa Hà Nội phản ứng hạt nhân) NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất V.1: Giới thiệu V.1: Giới thiệu • Bức xạ : chùm photon xạ điện từ chùm • Phân loại xạ : dựa đặc điểm tương tác với xạ hạt (beta, anpha, proton …) có lượng đủ lớn để gây ion hóa kích thích ngun tử vật chất tương tác với chúng nguyên tử vật chất  Bức xạ hạt mang điện nặng: p, d, t, , f (mảnh phân hạch), hạt nhân nhẹ trung bình …  Năng lượng ion hóa nguyên tử nhỏ ~ 13,6 eV (= lượng ion hóa nguyên tử hydro)  Bức xạ hạt mang điện nhẹ: e+, e– (gọi chung hạt beta)  Gọi xạ ion hóa  Bức xạ điện từ: tia gamma , tia X (đặc trưng), xạ hãm  có khối lượng nghỉ lớn khối lượng nucleon • Chùm tia xạ : thường chùm hạt gia  Bức xạ hạt không mang điện : notron (n) tốc sản phẩm phát từ trình biến đổi / tương tác hạt nhân (phân rã phóng xạ, phản ứng hạt nhân …) NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 11/15/2017 V.1: Giới thiệu V.1: Giới thiệu • Nguồn phát xạ: tồn tự nhiên, sản xuất nhân tạo, chất thải phóng xạ phát sinh nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật hạt nhân, bao gồm • Các ứng dụng kỹ thuật N/C tương tác xạ với vật chất  Ghi đo xạ: cho xạ tương tác với vật liệu chuẩn hóa  đo hiệu ứng tương tác: xác định cường độ xạ, loại xạ, lượng …  Nguồn phóng xạ  Xác định liều lượng chiếu xạ, hiệu ứng sinh học thể sống chiếu xạ  Lò phản ứng hạt nhân  Bảo vệ an tồn che chắn xạ: chọn vật liệu thích hợp để hấp thụ xạ cách hiệu quả, biện pháp an toàn xạ làm việc với xạ  Máy gia tốc hạt  Thiết bị phát xạ (máy phát tia X, máy phát notron …)  Phát triển kỹ thuật hạt nhân cơng nghiệp: biến tính vật liệu tạo tính mới, kiểm tra không phá hủy mẫu, đo mức (bụi, nước, chất lỏng …), chiếu xạ thực phẩm tiêu diệt tế bào …  Vật liệu che chắn xạ  Chất thải phóng xạ, vật liệu nhiễm xạ…  Phát triển ứng dụng kỹ thuật hạt nhân Y tế: phương pháp chụp hình ảnh chuẩn đốn, phương pháp điều trị bệnh sử dụng xạ …  Đất đá chứa chất phóng xạ, tia vũ trụ… NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất V.1: Giới thiệu V.1: Giới thiệu • Các chế tương tác xạ với vật chất • Các chế tương tác xạ với vật chất (tiếp)  Tương tác Culomb với điện tử hạt nhân nguyên tử:  Tương tác hạt nhân:  Xảy với xạ mang điện photon (, , , …)  Xảy hạt xạ (nặng) với hạt nhân: tạo hạt nhân  Tán xạ đàn hồi tán xạ không đàn hồi: hạt tới phần lượng cho nguyên tử bị lệch hướng chuyển động  Hiếm xảy ra: tiết diện hạt nhân > me  Đường hạt vật chất gần đường thẳng (trừ đoạn cuối)  Hạt tới lượng gần liên tục: Gây ion hóa / kích thích ngun tử dọc đường vật chất − Gây phản ứng hạt nhân: xảy tiết diện phản ứng NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST me: khối lượng điện tử M: khối lượng hạt mang điện E: lượng hạt mang điện − Va chạm (tương tác Culomb) với hạt nhân nguyên tử: xảy kích thước hạt nhân 2,5 MeV R  Có chất xạ điện từ  Tia X đặc trưng = 6,63 − 3,24 × 3,29 −  Đặc điểm:  Tia gamma  Đặc trưng: = ρR = 0,53E − 0,016  Vận tốc chân không: c = 2,9979108 m/s  Năng lượng E = h; h = 6,6260810-34 J.s E = 1,89R + 0,200  Tần số  = c/ ; bước sóng   E = hc/  Khối lượng nghỉ m = NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 39 NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 40 10 11/15/2017 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4: Tương tác xạ điện từ V.4: Tương tác xạ điện từ V.4: Tương tác xạ điện từ  Tia gamma   Tia X đặc trưng:  Phát chuyển dời trạng thái nguyên tử Ei  Ef  Phát chuyển dời trạng thái hạt nhân Ei  Ef: EX = Ei – Ef E = Ei – Ef  Có lượng rời rạc,  vài eV  vài keV  Phổ lượng rời rạc:  vài chục keV  vài MeV  Bức xạ hãm:  Phát chùm điện tử có động lớn (E » mec2) đập vào bia vật liệu nặng: bị hãm đột ngột, gia tốc lớn  chuyển hướng chuyển động  Bức xạ hủy cặp:  Sinh phản ứng hủy cặp positron - electron mơi trường chất, gọi gamma hủy cặp E = 0,511 MeV  Có phổ lượng liên tục, từ  Ee  Hai xạ hủy cặp chuyển động ngược chiều nhau, có lượng 0,511 MeV  Giải lượng rộng: từ vùng lượng tia X đặc trưng (vài chục keV) đến lượng tia gamma (vài chục MeV)  Còn gọi tia X liên tục NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 41 NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất V.4: Tương tác xạ điện từ 42 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ  Các xạ điện từ (photon) xét với lượng chủ yếu nằm khoảng  vài eV  vài MeV (max  10 MeV) A Hấp thụ quang điện:  Là q trình photon tới tương tác với tồn nguyên tử chất  khả ion hóa kích thích nguyên tử vật chất  Trong vùng lượng đó: chế tương tác với ngun tử (hạt nhân điện tử)  Photon bị hấp thụ nguyên tử phát điện tử quỹ đạo Hấp thụ quang điện  Điện tử bị phát xạ (thường điện tử lớp trong/ lớp cùng): gọi quang điện tử Tán xạ Compton  Năng lượng quang điện tử: Ee  E – Eb Phản ứng tạo cặp với E: lượng photon tới; Eb: lượng liên kết e- quỹ đạo (động lùi nguyên tử: nhỏ, không đáng kể) Phản ứng hạt nhân: xác suất nhỏ  không xét (riêng phản ứng quang hạt nhân: vai trò quan trọng máy gia tốc)  Tiết diện hấp thụ quang điện nguyên tử (A, Z):  Xác suất xảy chế tương tác phụ thuộc vào tiết diện tương tác photon với nguyên tử chất, cường độ chùm photon tới, mật độ nguyên tử chất, lượng photon …  Phát xạ kèm theo: e- Auger tia X đặc trưng NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất E > Eb 43 σ ∝Z E Chương V: Tương tác xạ với vật chất 44 11 11/15/2017 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ Sơ đồ trình hấp thụ quang điện: B Tán xạ Compton: Ee  E - Eb  Điều kiện: E > Eb EK(H) = 13,6 eV EK(Fe) = 7,11 keV EK(Pb) = 88 keV EK(U) = 116 keV  Là trình photon tới va chạm đàn hồi với e- tự trạng thái nghỉ (là e- có liên kết yếu với nguyên tử)  Photon bị suy giảm lượng đổi hướng chuyển động, enhận động lùi  < A < B < C  Áp dụng định luật bảo toàn lượng động lượng cho trình tán xạ đàn hồi: tính lượng photon bị tán xạ Compton theo góc θ E = hν′ = A: 0,6 keV (N M) B: 4,4 keV (M L) C: 29 keV (L  K) NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 45 NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST E E 1+ m c − cosθ Chương V: Tương tác xạ với vật chất V.4: Tương tác xạ điện từ 46 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ Sơ đồ tán xạ Compton:  Độ dịch chuyển Compton theo góc tán xạ đ/n tính theo: a Trước va chạm: Photon tới (năng lượng E, động nặng hν/c) tán xạ e- tự trạng thái nghỉ (năng lượng toàn phần mec2) b Sau va chạm: Photon bị tán xạ theo góc θ có lượng E’; e- bị bật lùi theo góc ϕ với động Ee (năng lượng toàn phần = mec2 + Ee) 1 h − = ν′ ν m c Δλ = λ′ − λ = c − cosθ  Ở góc tán xạ θ = 90º : h 6,63 × 10 Δλ = = = 2,427 × 10 m c 9,11 × 10 × × 10 m  h/mec2: bước sóng Compton điện tử (= 2427 fm)  Năng lượng truyền cho e- sau tán xạ: Ee = E - E’ = động lùi e- Comàton  NL truyền lớn photon tán xạ ngược θ = 180º: E NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 47 = 2E + m c ⁄E NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Nếu Eγ » mec2: E  Eγ E’  Chương V: Tương tác xạ với vật chất 48 12 11/15/2017 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ  Năng lượng truyền nhỏ photon bị tán xạ phía trước: θ nhỏ, e- bị bật lùi theo hướng gần vng góc với hướng photon tới (ϕ  90º)  Tiết diện tán xạ Compton tồn phần: tính ngun tử có Z điện tử (công thức Klein – Nishina) σ E  Góc lùi ϕ e- Compton: E θ cot = 1+ m c V.4: Tương tác xạ điện từ với tan φ = πZr γ γ= 2 + 9γ + 8γ + 2γ + γ γ+2 m c E r =  Khi θ tăng từ 0º  180º: ϕ giảm từ 90º  0º − 2γ − 2γ ln + e = 2,8179 × 10 4πε m c cm re gọi bán kính cổ điển điện tử  Góc lùi ϕ ln bị giới hạn phía trước: 0º ≤ ϕ ≤ 90º Photon tới tán xạ theo hướng NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 49 NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất V.4: Tương tác xạ điện từ 50 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ B1 Tán xạ Thomson (tán xạ không kết hợp): B2 Tán xạ Rayleigh (tán xạ kết hợp):  Photon tới tương tác với e- có liên kết yếu với nguyên tử: edao động trường điện từ photon tới  phát photon có tần số (cùng lượng) khác hướng  Photon tới tương tác với toàn nguyên tử (tập thể e- kết hợp): kích thích  phát photon: gần không bị lượng phát theo góc nhỏ  Khơng truyền lượng cho vật chất làm suy giảm cường độ chùm photon theo hướng tới (không tương tác với vật chất)  Gần đúng: tán xạ đàn hồi  Làm suy giảm cường độ chùm photon theo hướng tới  Tiết diện tán xạ Rayleigh  ZE–2  Gọi tán xạ đàn hồi photon tới  Xảy photon tới có lượng nhỏ  giới hạn lượng thấp tán xạ Compton NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 51  Tán xạ Thomson tán xạ Rayleigh: không làm lượng photon tới (gần đúng), đóng góp vào làm suy giảm độ chùm xạ truyền qua vật chất (không tương tác) NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 52 13 11/15/2017 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ C Phản ứng tạo cặp:  Cặp hạt electron – positron sinh phản ứng tạo cặp:  Có tổng động năng: Ee+ + Ee- = Eγ - 2mec2  Là trình xảy trường Culomb mạnh hạt nhân, photon tới bị hấp thụ hồn tồn sinh cặp hạt electron – positron γ → e Động hạt nhân lùi nhỏ, coi không  Chuyển động theo hướng không xa so với hướng photon tới + e Tính gần góc bắn cặp điện tử - positron so với hướng photon tới m c θ rad = E  Phản ứng positron sinh phản ứng tạo cặp:  Gọi phản ứng tạo cặp  Phản ứng có ngưỡng Emin = 2mec2 = 1,022 MeV  Tiết diện phản ứng tạo cặp: δC(E)  Z2f(E)  Tăng lên theo lượng Eγ photon tới gần không đổi vùng lượng cao NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất  Positron dần động hiệu ứng kích thích / ion hóa nguyên tử vật chất Khi động positron = bị hủy cặp với electron tự trạng thái “nghỉ” 53 NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ + e V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ  Phản ứng hủy cặp: cặp hạt electron – positron bị hủy sinh photon chuyển động ngược chiều nhau, photon có lượng lượng nghỉ điện tử (mec2 = 0,511MeV) e 54 Quá trình sinh cặp hủy cặp → 2γ (0,511 MeV)  Mặc dù positron bị hủy cặp trước hết lượng :  Được gọi phản ứng hủy cặp bay  Sinh photon có lượng > 0,511 MeV NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 55 NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 56 14 11/15/2017 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ D Các phản ứng quang hạt nhân:  Chủ yếu phản ứng bắt-phát xạ (γ,n) V.4: Tương tác xạ điện từ Vùng ưu tương đối loại tương tác: (γ,p): 82Pb206(γ,n)82Pb205  Hạt nhân sản phẩm thường đồng vị phóng xạ  Là phản ứng có ngưỡng: Engưỡng  10MeV (riêng H2 Be9 có ngưỡng  MeV)  Phản ứng (γ,n) dễ xảy phản ứng (γ,p): nhiều lần  Tiết diện tương tác theo chế phụ thuộc lượng photon tới số nguyên tử Z vật liệu  Vùng chiếm ưu chế tương tác  Hấp thụ quang điện: vùng lượng thấp vật liệu nặng (có Z lớn)  Tiết diện phản ứng quang hạt nhân nhỏ vài bậc so với chế tương tác khác  khơng có vai trò làm giảm cường độ chùm photon  Tán xạ Compton: vùng lượng trung bình vật liệu trung bình nhẹ (có Z nhỏ)  Cần ý đặc biệt phản ứng (γ,n) vật liệu xung quanh máy gia tốc hạt lượng cao: buồng xạ trị photon lượng cao  phải có biện pháp bảo vệ an tồn notron sinh  Phản ứng tạo cặp: vùng lượng cao (> 1,02 MeV) vật liệu có Z lớn NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 57 NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất V.4: Tương tác xạ điện từ  Xét tương tác chùm photon tới dọi vào lớp vật liệu dày: Vùng ưu tương đối loại tương tác: Ví dụ:  Photon 100 keV:  Tương tác với chì (Z = 82) chủ yếu qua hiệu ứng quang điện  Tương tác với mô mềm (Zeff = 7,5) chủ yếu qua tán xạ Compton  Photon 10 MeV:  Tương tác với chì (Z = 82) chủ yếu qua phản ứng tạo cặp  Tương tác với mô mềm (Zeff = 7,5) chủ yếu qua tán xạ Compton Chương V: Tương tác xạ với vật chất V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.2: Sự suy giảm chùm xạ photon qua vật chất V.4.1: Các chế tương tác xạ điện từ NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST 58 59  Các photon tới chuyển động thẳng tương tác với nguyên tử / hạt nhân vật chất điểm  Các photon tương tác với nguyên tử chất: photon bị hấp thụ tán xạ phản ứng tạo cặp điểm tương tác  photon theo phương chùm xạ tới  Các photon không tương tác với nguyên tử chất: thẳng qua lớp vật chất  Kết tương tác làm cho cường độ chùm tia xạ bị suy giảm xạ qua lớp vật chất NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 60 15 11/15/2017 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.2: Sự suy giảm chùm xạ photon qua vật chất  Xét chùm photon đơn đồng dọi trực diện vào bề mặt lớp vật liệu dày:  Cường độ chùm photon tới bề mặt vật liệu: I0 (hạt/cm2.s)  Một số photon tương tác với nguyên tử chất: bị hấp thụ hay tán xạ Các photon không tương tác: thẳng  Gọi: I(x) = cường độ chùm photon không tương tác độ sâu x vật liệu  Xác suất để photon tương tác qua đoạn đường vô nhỏ x : I x − I x + Δx P Δx = I x  Xác suất tương tác tính đơn vị độ dài quãng đường photon số : P Δx μ = lim → Δx  Theo đ/n hệ số  tiết diện tương tác (tiết diện phản ứng toàn phần) (E) = t(E) photon tới có lượng E:  Tại độ sâu x: số photon tương tác lần đoạn đường nhỏ x  cường độ chùm photon không tương tác điểm (x + x) vật liệu giảm xuống I(x + x) NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.2: Sự suy giảm chùm xạ photon qua vật chất Chương V: Tương tác xạ với vật chất 61 μ E = nσ E = ρN A NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST σ E = : mật độ nguyên tử vật chất i(E): tiết diện riêng phần phản ứng (i) photon vật chất Chương V: Tương tác xạ với vật chất V.4: Tương tác xạ điện từ 62 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.2: Sự suy giảm chùm xạ photon qua vật chất V.4.2: Sự suy giảm chùm xạ photon qua vật chất  Đối với photon có lượng vùng xét :  Hệ số suy giảm tuyến tính toàn phần – riêng phần: ρN μ E = μ E μ E = nσ E = σ E A Với: n = NA/A mật độ nguyên tử vật liệu σ E = σ E =σ E +σ E +σ E μ E = μ E =μ E +μ E +μ E  hệ số (E) phụ thuộc vào lượng photon tới vật liệu tương tác: phù hợp với kết thực nghiệm  Từ phương trình trên: cường độ chùm photon khơng tương tác theo độ sâu x I x − I x + Δx dI x dI x μ= lim = − = −μI x I x → Δx I x dx dx I x =I e : hệ số suy giảm tuyến tính, hay hệ số tương tác tuyến tính, chùm photon truyền qua vật liệu NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 63 i(E) tiết diện phản ứng / tương tác riêng phần μ E = μ E =μ E +μ E +μ E  Phương trình suy giảm cường độ chùm photon truyền qua không tương tác với vật liệu : mật độ khối vật liệu (g/cm3) I x =I e =I e x: bề dày lớp vật liệu (cm) μ Với: = hệ số suy giảm khối toàn phần (cm2/g) vật liệu ρ x = bề dày khối (g/cm2) vật liệu NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 64 16 11/15/2017 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.2: Sự suy giảm chùm xạ photon qua vật chất Hệ số suy giảm khối  loại tương tác  Hệ số suy giảm khối toàn phần – riêng phần: μ E = ρ μ E nσ E N = = σ E ρ ρ A μ E ρ V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.2: Sự suy giảm chùm xạ photon qua vật chất Zirconi (Z=40) μ E μ E μ E μ E NA = + + = σ E + σC E + σpp E ρ ρ ρ ρ A ph γ → e + e Chì (Z=82)  Hệ số suy giảm khối toàn phần hỗn hợp – hợp chất μ E = ρ wk μ E ρ k với: wk = trọng số theo khối lượng thành phần k vật liệu hỗn hợp wk  Mật độ khối vật liệu hỗn hợp: = ρ ρk NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 65 NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất V.4: Tương tác xạ điện từ 66 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.2: Sự suy giảm chùm xạ photon qua vật chất V.4.3: Quãng đường tự trung bình photon vật chất  Ý nghĩa hệ số suy giảm tuyến tính  :  Xác suất P(x) để photon tương tác qua chiều dài x:  = xác suất để photon tương tác tính đơn vị độ dài đường vật liệu = hệ số tương tác tuyến tính (tồn phần) photon vật liệu = hệ số suy giảm tuyến tính chùm photon qua vật liệu   phụ thuộc vào lượng photon tới vật liệu tương tác (chất hấp thụ)  Photon đơn năng, chùm hẹp, chiếu vng góc vật liệu  Bề dày vật liệu mỏng  Detector ghi xạ nhỏ, đặt cách đủ xa vật liệu  Detector ghi xạ qua vật liệu mà không tương tác, loại photon khác không đến detector I x =I e Chương V: Tương tác xạ với vật chất I x =1−e I  Xác suất để photon không tương tác đến điểm x : P x =1−P x = e  Xác suất p(x) để photon tương tác lần đầu khoảng x  x +dx là:   xác định thí nghiệm đo truyền qua hình học tốt: NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST P x =1− 67 p x dx = P x P dx p x dx = e μdx = μe p x dx = NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST = e 1−e dx p(x): có ý nghĩa hàm phân bố xác suất, xác suất để photon tương tác x Chương V: Tương tác xạ với vật chất 68 17 11/15/2017 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.3: Quãng chạy tự trung bình photon vật chất V.4.4: Bề dày nửa vật liệu  Đ/n: Quãng chạy tự trung bình photon = quãng đường trung bình mà photon tương tác lần vật chất  Đ/n: Bề dày nửa vật liệu độ dày lớp vật liệu có tác dụng làm suy giảm cường độ chùm tia photon truyền qua (khơng tương tác) 1/2 so với cường độ chùm tia tới x= xp x dx = μ xe dx =  Ký hiệu: t1/2; HVL (half value layer) μ I t ⁄ I Quãng chạy tự trung bình photon xác định khả xuyên sâu photon vật chất, nghịch đảo hệ số suy giảm tuyến tính tồn phần  =e ⁄ = t Chương V: Tương tác xạ với vật chất 69 = HVL =  Tương tự: bề dày phần mười (1/10) vật liệu độ dày lớp vật liệu làm suy cường độ chùm tia photon truyền qua (khơng tương tác) 1/10 so với cường độ chùm tia tới NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST t ⁄ = TVL = ln 10 μ Chương V: Tương tác xạ với vật chất V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.4: Bề dày nửa vật liệu ln 0,693 = μ μ  Bề dày nửa vật liệu phụ thuộc vào loại vật liệu vào lượng photon tới  Ký hiệu: t1/10; TVL (tenth value layer) NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST ⁄ 70 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.5: Hiệu ứng xạ tán xạ  Trong “điều kiện hình học đo truyền qua kém”, nghĩa đo xạ bao gồm điều kiện sau: Cường độ chùm photon không tương tác truyền qua lớp vật liệu có độ dày x  Lớp vật liệu dày  Chùm tia rộng  Detector đặt gần vật liệu kích thước detector lớn: không thỏa mãn điều kiện d >> R  Chùm tia tới không đồng nhất: đa (nhiều lượng); chùm tia không song song (không đẳng hướng) Làm gia tăng số photon bị tán xạ rơi vào cửa sổ đo detector Chùm tia truyền qua ghi detector thực tế bao gồm photon không tương tác + photon tán xạ NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 71 NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 72 18 11/15/2017 V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.4: Bề dày nửa vật liệu V.4: Tương tác xạ điện từ V.4.5: Hiệu ứng xạ tán xạ  Thực tế, tổng số photon tới lớp có độ sâu x vật liệu bao gồm: Đo độ truyền qua chùm photon trường hợp chùm tới có điều kiện đo  photon truyền qua không tương tác với vật liệu  photon bị tán xạ đến lớp  Gọi tổng số photon đến độ sâu x It(x)  Tính It(x) lý thuyết vận chuyển: khó khăn xây dựng cơng thức tính sau NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chùm rộng x lớn d nhỏ, R lớn Chùm xạ đa Chùm xạ không song song Chương V: Tương tác xạ với vật chất 73 để tiện dụng: I x =B x I x =B x I e với B(x): hệ số tích lũy (build-up factor) phụ thuộc hình học hệ Giá trị B(x) thường đo sẵn / tính sẵn cơng thức gần đúng, cho bảng số liệu theo điều kiện hình học xác định hệ xạ truyền qua NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 74 V.4: Tương tác xạ điện từ NE3012: CƠ SỞ VẬT LÝ HẠT NHÂN HẾT HỌC PHẦN NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ với vật chất 75 19 ... NE3012 Cơ sở v t lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ v i v t chất 74 V. 4: Tương tác xạ điện từ NE3012: CƠ SỞ V T LÝ HẠT NHÂN HẾT HỌC PHẦN NE3012 Cơ sở v t lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương... cặp: v ng lượng cao (> 1,02 MeV) v t liệu có Z lớn NE3012 Cơ sở v t lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ v i v t chất 57 NE3012 Cơ sở v t lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ v i v t. .. lớn NE3012 Cơ sở v t lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ v i v t chất 21 NE3012 Cơ sở v t lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác xạ v i v t chất V. 2: Tương tác hạt mang điện nặng V. 2.3: Quãng