Física das radiações

Interação de Partículas Pesadas com a Matéria

Mecanismos de perda de energia
• Uma partícula pesada carregada atravessando a matéria perde energia principalmente através da ionização e excitação de átomos.
• A energia transferida pode ser suficiente para arrancar um elétron de um átomo e assim ionizá-lo, ou pode deixar o átomo em um estado excitado.
• A mudança de direção da trajetória da partícula é mínima.

Alpha-particle autoradiograph of rat bone after inhalation of 241Am.

Beta-particle autoradiograph of isolated rat-brain nucleus. The 14C thymidine incorporated in the nucleolus is located at the track origin of the electron emitted by the tracer element.

Ionisation caused by alpha and beta particles as they travel through a substance Energia máxima transferida ao elétron
•

•

A partícula se move rapidamente se comparada ao elétron e com mais energia que a energia de ligação do elétron ao átomo, podendo o elétron ser considerado livre e em repouso.
A energia cinética e o momento são conservados:

Fazendo:

M (V  V1 ) v1  m Substituindo em

V 2  V12 

M
M
(V  V1 ) 2  V 2  V12 
(V  V1 ) 2 m m

m(V 2  V12 )  M (V  V1 ) 2  m(V  V1 )(V  V1 )  M (V  V1 ) 2 m(V  V1 )  M (V  V1 )  V1 

M m
V
mM

•

Usando essa expressão para V1, tem-se a energia máxima transferida:

com

E

1
MV 2
2

a energia da partícula incidente

• Quando a partícula incidente é um elétron ou um pósitron, M=m, o que implica que Qmax=E.

• A partícula imediatamente mais massiva que o elétron é o múon
(M=207m). A fração máxima que um múon pode transferir em uma única colisão é:

Assim, múons e as demais partículas pesadas apresentam trajetórias essencialmente retas na matéria, exceto quando são defletidas por núcleos atômicos.

• A expressão relativística para energia máxima transferida é:

com

Exceto para energias muito altas,

Assim,

Que conduz à energia relativística