Пробег заряженных частиц в веществе.

Под пробегом частицы в каком-нибудь веществе понимается толщина слоя этого вещества, которую может пройти частица с энергией до полной остановки, если направление ее движения было перпендикулярно поверхности слоя.

По существу эта величина более или менее определенна лишь для тяжелых частиц, путь которых практически является прямой линией; и по этой причине разброс в величине пробега для частиц одинаковой энергии невелик. У легких частиц, например у электронов малых энергий, вероятность рассеяния велика «и поэтому понятие пути и понятие пробега для них не совпадают. По измеренному пробегу частицы в среде можно определять ее энергию, или, зная зависимость величины пробега от энергии, определять массу частицы.

Для данной среды и для частицы с зарядом величина удельных потерь является функцией только скорости, а следовательно, у частицы с известной массой — функцией только кинетической энергии

Зная вид функции можно найти и полный пробег частицы

Для нерелятивистских энергий можно записать

Подставив (72) и (73) в (71) и произведя интегрирование, получим

Из этого соотношения следует, что:

1) при равных скоростях пробеги заряженных частиц в веществе пропорциональны массам этих частиц и обратно пропорциональны квадратам зарядов:

2) при равных энергиях частиц их пробеги обратно пропорциональны массам:

Пробеги заряженных частиц часто выражают в

и пользуются выражением удельных потерь в форме:

Измерять пробеги в удобно, потому что удельные ионизационные потери в легких веществах, рассчитанные на одинаковы в разных средах. Действительно, мы видели, что и, следовательно,

Однако число электронов, содержащихся в вещества, равно

где число Авагадро, А — атомный вес вещества.

Так как у легких элементов то в слое любого легкого вещества толщиной будет содержаться примерно электронов:

а это означает, что

Для однозарядных релятивистских частиц

и слабо убывает с ростом вещества.

На основании формулы для пробега чистиц (74), примененной к однородному пучку, который проходит слой поглотителя без

рассеяния, можно построить зависимость числа частиц, прошедших через поглотитель, от толщины слоя. Эта кривая изображена на рис. 54. Для монохроматического пучка -частиц она удовлетворительно совпадает с экспериментом (пунктир).

Рис. 54. Зависимость числа моноэнергетических частиц, прошедших поглотитель, от его толщины: а — -частиц; электронов

Конечный участок экспериментальной кривой не вертикален, а имеет небольшой наклон вследствие статистического характера процесса потери энергии. Частицы теряют свою энергию в очень большом, но конечном числе отдельных актов. Флуктуации подвержено как число таких актов на единицу длины, так и потери энергии в каждом отдельном акте. В соответствии с этим и пробеги -частиц испытывают статистические флуктуации. Однако величина разброса пробегов незначительна и составляет приблизительно 1% от полного пробега для -частиц с энергией (масштаб на рис. 54, а не соблюден).

Поэтому по пробегу -частицы можно с хорошей степенью точности определять их энергию. Электроны же испытывают в веществе многократное рассеяние, направление их движения часто меняется и только в наиболее благоприятных случаях электроны проходят максимальное расстояние в поглотителе в направлении, перпендикулярном к его поверхности. Кривая поглощения коллимированного пучка моноэнергетических электронов имеет вид, отличный от аналогичной кривой для -частиц (рис. 54,б). Поэтому энергию электронов нельзя определять по пробегу, а надо измерять полную ионизацию, произведенную ими в веществе.