Full coeficientul liniar de atenuare a razelor gamma în materie, comunitatea atomică română

În această lucrare considerăm problema numeric atenuare maximă a gamma - substanța de radiație în funcție de energia gamma - cuantic. Dependența coeficientului total minim de atenuare liniară gamma - raze in materia pe numerele atomice ale elementelor - curba de transparență. Maximele acestei curbe cuprind metale nobile - nichel, rodiu, osmiu cu coeficient mare de absorbție a radiației în regiunea transparentă având același model de electroni de umplere cochilii exterioare.

radiații gamma are o mare putere de penetrare. Razele gamma interacționează cu nucleele și electronii din atomii mediului și sunt eliminate din fasciculul de efectul fotoelectric, Compton - efectul și efectul unui electron - perechi de pozitroni [1]. Cele mai multe efecte de acțiune, puterea mai penetrantă a radiațiilor gamma. La energii joase γ raze (până la zecimi MeV), comparabile cu ionizare energiiey, se observă un efect fotoelectric. La energii fotonice Eγ ≥1.02 MeV, există efectul perechilor electron-pozitron. efect Efectul Compton apare în regiunea de energie intermediară [1]. Acțiunea combinată a efectelor se caracterizează prin coeficientul liniar de atenuare complet γ raze în materie - τ. Se dovedește că dependența coeficientului de radiație atenuare a energiei fotonice este scăzută (transparență pentru radiații) [1] .Pentru art capacitatea de penetrare este y razelor y deosebit de mare. Dacă avem nevoie de atenuare γ raze într-o substanță în domeniul de transparență, mult mai mult va slăbi radiația în restul energiei. În această lucrare prin experiment numeric am studiat proprietățile regiunii transparente pentru orice substanțe chimic pure.

Declarația problemei

Full Coeficientul de atenuare raze gamma liniar este dat de formula [1]:

În cazul în care n este concentrația atomilor de absorbție pe unitatea de volum, σ -complet secțiunea eficace de atenuare. Intensitatea fasciculului I (x) este schimbat din ultimul strat de grosime x:

I (0) este intensitatea fasciculului la început. Concentrația de n atomi ai mediului poate fi exprimată prin care p densitate medie, numărul lui Avogadro Na, atomi molar mediu de masă M:

Substituind n cu formula (2) în (1):

În general, τ coeficient liniar de atenuare este exprimat prin formula [1]:

undeva σf, σk, σpar secțiunile transversale pentru efectul fotoelectric, Compton - efect și producția pereche, respectiv. σk Z are un factor de multiplicare (4) ca centre de împrăștiere Z fotoni sunt electroni în efectul Compton, și în efectele rămase ale centrelor de imprastiere sunt atomi. Formula propusă de profesori ai Departamentului de Fizică Nucleară general al Departamentului de Fizica de la Universitatea de Stat din Moscova, pentru σf. σk. σpar sunt [2]:

în cazul în care:
-parametrul adimensional energie cu raze gamma,

- Raza de electroni clasic, Z este sarcina nucleului

- structura constanta fina, mi * c 2 - energia unui electron în repaus.

Secțiunea transversală a unui electron - perechi de pozitroni σpar în formulele (7) și (8) realizate în limita asimptotică ε »1. Secțiune transversală reacție σ face ca zona de curgere sens obstrucția particule pe un atom. Are o semnificație fizică numai σ ≥ 0. în formula (7) ≥0 σpar cu ε ≥ 6.7 .Deși perechi sunt la energii de raze gamma MeV Eγ ≥1.02 sau

Aceasta limitează domeniul de aplicabilitate a formulei (7) nuclee grele .Cu toate regiunea transparentă (minim plin coeficient de absorbție τ raze gamma liniar (ε)) se realizează chiar dacă ε <6. Итак, задача сводится к поиску точки минимума функции τ (ε ) с использованием уравнений (4)-(8).

Programele scrise în Fortran (Compaq Visual Fortran Professional Edition 6.6.0). Pentru a construi τ (ε) funcția rezolvă numeric sistemul de ecuații algebrice (4) și (5) (6), (7) și (8). Pentru a mări programul de convergență este scris în dublă precizie, adică. E. Integer și variabile reale sunt exacte INTEGER (8), REAL (8), respectiv. Toate cantitățile fizice -. Densitate, masa molară, etc. au fost substituite cu cel puțin cinci cifre semnificative ale directorului „cantități fizice“ [3]. În formulele (7) și (8) pentru σ ≥ 0 folosind substituție

Dacă σpar ≥ 0, σpar = σpar. Dacă σpar <0, то σпар ' = 0. Таким образом, σпар ' имеет физический смысл для всех значений ε. В ядерной физике в небольшом интервале изменения заряда ядра Z трудно выполнить неравенства ≫ или ≪, к тому же двойные. Знак во много раз больше заменим знаком больше. Окончательно σпар ':

unde: σpar (7) σpar (8) - mijloace de calcul σpar prin formulele (7) și (8). Cu toate acestea, pentru min nuclee ușoare (τ (ε)) se realizează cu εmin = (20-140), (t.e.εmin „1 oarecum satisfăcut).
Modul de aplicare | σpar | Aceasta conduce la τ (ε) funcția fractură, care este o funcție lină a aparatelor într-o funcție netedă continuă pe porțiuni (Fig.1). Fracture funcția netezite apel programul dcscon (n, xdata, fdata, ibreak, pauză, cscoef) folosind biblioteca IMSL (utilizarea dfimsl) [4]. Curba netezită este construit din dcscon. destul urmează îndeaproape curba original păstrează direcția de convexitate în toate domeniile. N este numărul de puncte de date de intrare, xdata, fdata-x, y coordonatele punctelor, valoarea netezită a unei funcții sunt în cscoef array (1,2 * n), cscoef dimensiune (4,2 * n).

Figurile 1 și 2 τ (ε) dependența folosind formulele (4), (5), (6), (9) „pentru a conduce. Figurile 1 și 2 sunt valorile extreme

Fig.1 Dependența τ (ε) pentru plumb (fără netezire).

2. Dependența τ (ε) pentru plumb (netezite).

(Εmin = 6.67, τmin = 35.77m -1) și (εmin = 7.733, τmin = 35.77m -1), respectiv. Rețineți că valoarea τmin = 35.77m -1 nu a schimbat pentru o mica schimbare εmin după netezire operație. Într-adevăr, la un extremelor locale pentru funcția fără probleme a modificării valorii sale este valoarea unei comenzi mici. decât schimbarea în argumentul. Grosimea semiatenuare găsi formula:

Aceste valori sunt în concordanță cu datele din tabel, absorbția de raze gamma cu plumb.

Construcție prvodilos funcții de vedere chimic pure elemente 87, cu excepția gazelor cu lichefiere la temperaturi joase și elemente cu densitate necunoscută. Sunt coordonatele punctelor extreme (εmin. Τmin), pentru unele elemente Z (Figura 3). Pentru elementele de lumină Z ≤ 40 pentru aceste coordonate coincid curba convenționale și netezite. După cum sa menționat mai sus, valoarea τmin depinde mică privind operația de netezire pentru toate Z. Figura 4 este dat un τmin grafic (Z) din valorile punctelor netezite programului Fig.3 dcscon. Noi numim această curbă curba de transparență pentru gamma - cuantele.

Curbele din figura 3 și figura 4 au minimelor adânci la punctele CORESPUNZĂTOARE metale alcaline: potasiu K19 τmin = 2.208m -1 (. Corolla coajă de electroni 4s 1)
rubidiu Rb37 τmin = 4.275m -1 (5 vn.obolochka S 1),
cesiu Cs55τmin = 5.209m 1 (vn.obolochka 6 S 1). Excepția în acest grup sa dovedit la radon. Rn86τmin = 14.15m -1 (S vn.obolochka 6 1 6 6p) -as pentru cel mai apropiat la aceasta alcalii Franța au densități în tabelele [3] și un punct situat în Fig.4.

Poate că pentru Franța ar trebui să fie ultimul minim local în Figura 4

Curba din figura 4 are maxime la punctele CORESPUNZĂTOARE metale tranziționale (nobile):

1) Un nichel maxim Ni28τmin = 26.01m -1 (vn.elektronnaya shell 3d 8 4s 2), elementul următor
cupru Su29 (vn.elektronnaya shell 3d 10 4s 1)
2) maxim pentru rodiu Rh45 τmin = 35.47m -1 (vn.obolochka 5S 4 8 1 d), elementul următor paladiu Pd46 (int. 10 shell electron 4d 4s 1)
3) maxim pentru iridium Ir77τmin = 76.6m -1 (d vn.obolochka 5 7 2 6S), următorul element de platină Pt78 (ext. Coajă de electroni 5d 9 6s 1).

Același model pentru a umple cojile de electroni exterioare conferă încredere în determinarea corectă a elementelor în punctele extreme ale curbei Figura 4 pentru Ni28. Rh45, Ir77.

Figura 3. Valoarea minimă a coeficientului de atenuare totală liniară

Figura 4. Curba de transparență la raze gamma.

Analizând punctul extremum, observăm că minimele sunt formate în Fig.4 metalelor alcaline cu energie de ionizare mică. Acesta electronii lor exterioare interactioneaza cu raze gamma poate mecanism cu efect Compton. Fig.3 maxime ocupă metale nobile din grupa 8 din tabelul Mendeleev.

Ele sunt umplute cu 3d, 4d, coajă de electroni 5d. Toate acestea duc la creșterea numărului de d-orbitali de 2 unități cu o creștere a taxei nucleare de către unul. În același timp, de obicei, se întâmplă umenshnie unității de orbital s când nucleare crește cu o unitate de sarcină. În acest caz, o schimbare în compoziția a două cochilii. Poate că electronii lor au energii și probabilități similare de interacțiune Vero comparabil cu raze gamma. Astfel de elemente din tabel sunt doar trei.

Proprietăți de metale nobile Surprinzatoare. Ei au o rază mică eficientă atomică. Razele atomice eficiente mici sunt adiacente din jurul Ni28. Rh45. Elemente Ir77. Electronii acestor elemente au o energie semnificativă cu nucleul. modulul lui Young mare = IEV (200-220) GPa, Erh = 385GPa, EIR = (520-590) GPa (și coeficient ridicat de rigiditate al probei). Prin urmare, este dificil de a deforma cochilii de electroni ale elementelor nobile [3]. În Ni28. Rh45. Ir77 proprietăți electrice și termice similare

Toate arată mai sus rezultă că Ni28 metale prețioase. Rh45. Ir77 gamma - cuantelor electroni d eficiente interacționează scoici scoici și s. În care energia electronilor din aceste plicuri sunt comparabile.

rezultate:
1) O problemă numerică în funcție completă coeficient de absorbție a energiei substanțe raze gamma liniar de acesta din urmă.
2) Sarcina ia în considerare în primul rând penetrantă spectru de radiație a energiei radiației.
3) Dependența coeficientului de absorbție liniară completă a taxei nucleelor ​​în transparența cuante gamma.
4) Transparența minimele curbei umple metale alcaline.
5) maxime Curba transparență corespunde metale nobile Ni28. Rh45. Ir77, având același model de umplere coji de electroni exterioare
6) Ni28 Fier. Rh45. grupări Ir77 formează centre Z de elemente similare cu o mare totală de absorbție liniară Coeficientul gamma cuante. Aceste elemente sau aliaje ale acestora, cu mai multe elemente comune pot fi utilizate în mod eficient pentru absorbția radiației gamma.