Atenuarea radiatiilor γ

Atenuarea radiatiilor

Spre deosebire de particulele cu sarcina electrica grele care sufera la trecerea prin substanta mici interactii (ionizari) care nu modifica mult directia de propagare, cuantele γ trec fara interactiune sau sunt complet eliminate din fascicul prin difuzie sau prin absorbtie.

Sa consideram un fascicul cu intensitatea I₀ (numarul de cuante ce sosesc in unitatea de timp) la intrarea perpendiculara pe suprafata unui material absorbant. Dupa ce a strabatut distanta x in material, fasciculul are o intensitate mai mica, I, si ataca urmatorul strat de grosime infinitezimala dx in care intensitatea mai scade cu dI. Numarul de cuante γ care sunt eliminate din fascicul in unitatea de timp in acest strat subtire de material este proportional cu numarul celor care sosesc, I, si cu grosimea, dx, a stratului:

unde μ, constanta de proportionalitate, se numeste coeficient liniar de atenuare. Prin integrarea acestei relatii se obtine legea atenuarii unui fascicul gamma:

(5.33)

Se defineste grosimea de injumatatire d_1/2 ca fiind distanta la care intensitatea radiatiei se reduce la jumatate I = I₀/2. Inlocuind in legea atenuarii aceasta conditie obtinem:

(5.34)

Grosimea de atenuare depinde de substanta mediului absorbant si de energia cuantelor gamma.

Deoarece atenuarea are trei cause, coeficientul liniar de absorbtie se poate scrie:

fiecare coeficient fiind proportional cu probabilitatea si deci cu sectiunea eficace a procesului corespunzator. Sunt mai convenabili coeficientii de absorbtie masici μ ρ unde ρ este densitatea materialului. Legea de atenuare, in acest caz, se va scrie:

(5.35)

In cazul radiatiilor gamma nu se poate defini notiunea de parcurs, deoarece fluxul incident nu poate fi complet absorbit, oricat de gros ar fi mediul absorbant. Putem, insa, calcula grosimea unui ecran care sa reduca intensitatea radiatiilor gamma la o valoare care sa nu prezinte pericol pentru organismul uman.

Interactiunea neutronilor cu substanta

Neutronul interactioneaza cu substanta prin reactii nucleare. Putem avea imprastiere elastica potentiala fara patrunderea in nucleu a neutronului, imprastiere elastica cu absorbtia temporara a neutronului in nucleu, imprastierea neelastica, reactii de fisiune, reactii (n, γ), (n, p), (n, α) si altele. De asemenea, exista si o interactiune intre momentele magnetice ale neutronului si electronului, in care acesta pierde aproximativ 10 eV, adica foarte putin din energia sa.

Vom considera in cele ce urmeaza pierderea de energie a neutronilor prin ciocniri elastice cu atomii mediului. In aceste ciocniri se conserva si impulsul si energia cinetica. In cazul nerelativist (la energii ale neutronului incident sub 200 MeV) viteza centrului de masa a sistemului neutron-atom tinta este:

(5.27)

in directia lui v₁ daca m₂ a fost in repaus. Punand observatorul in sistemul de referinta al centrului de masa (SCM), impulsul total este prin definitie nul:

(5.28)

unde . Putem calcula acum energia neutronului dupa ciocnire in sistemul de referinta al laboratorului (SRL):

(5.29)

unde este unghiul facut de viteze cu axa de ciocnire in SCM. Valoarea maxima a acestei energii este egala cu T₁, iar valoarea minima este:

, si se anuleaza cand masele sunt egale.