Promieniowanie hamowania

Promieniowanie hamowania (niem. Bremsstrahlung) – promieniowanie elektromagnetyczne powstające podczas hamowania cząstki obdarzonej ładunkiem elektrycznym^[1]. Promieniowanie to jest jedną z dróg utraty energii przez poruszającą się naładowaną cząstkę. Jest to, na poziomie mechaniki (elektrodynamiki) kwantowej, wyjaśnienie zjawiska radiacji np. anten.

Energia krytyczna

Szczególnie istotne jest w przypadku wysokoenergetycznych elektronów oddziałujących z materią. Gdy energia elektronu jest większa od tzw. energii krytycznej, straty energii na promieniowanie hamowania są większe od strat na jonizację. Energia krytyczna zależy od rodzaju substancji ośrodka.

Tabela przedstawia przykładowe energie krytyczne elektronów ${\displaystyle E_{kr}}$ dla kilku substancji:

Cechy promieniowania hamowania

Przekrój czynny na emisję fotonów o energii 30 keV w funkcji energii elektronów (czarna linia). Linia czerwona – przybliżenie ultrarelatywistyczne, linia niebieska – przybliżenie klasyczne.

• Widmo promieniowania jest w przybliżeniu równomierne w całym zakresie częstotliwości.
• Zakres częstotliwości rozciąga się od 0 do częstotliwości maksymalnej

${\displaystyle \nu _{max}={\frac {E_{k}}{h}}}$

gdzie:

${\displaystyle E_{k}}$ – energia kinetyczna elektronów,

${\displaystyle h}$ – stała Plancka.

• Promieniowanie jest emitowane w wąskim stożku w kierunku ruchu elektronów. Im większa jest prędkość elektronów, tym mniejszy jest kąt rozwarcia stożka.
• Strata energii elektronów na jednostkę przebytej przez nie drogi słabo zależy od energii elektronów, gdy ich energia kinetyczna jest dużo mniejsza od energii spoczynkowej. Dla elektronów ultrarelatywistycznych, gdy ich energia znacznie przewyższa spoczynkową

${\displaystyle {}\quad E\gg m_{e}c^{2}}$^[2],

straty są proporcjonalne do energii (${\displaystyle m_{e}}$ jest masą elektronu a ${\displaystyle c}$ – prędkością światła w próżni). Dzieje się to dla energii dużo większych od krytycznej. Dla energii elektronów poniżej 2 MeV straty energii na promieniowanie stanowią mniej niż 1% wszystkich strat w typowych materiałach jak: woda, powietrze, substancje organiczne.

Promieniowanie rentgenowskie

Jeżeli elektrony mają dostatecznie dużą energię, mogą emitować również promieniowanie rentgenowskie. Jest to najprostszy sposób wytwarzania promieniowania rentgenowskiego. Zjawisko emisji promieniowania rentgenowskiego może być groźne, ponieważ jest ono bardziej przenikliwe niż promieniowanie beta. Dlatego w ramach ochrony przed promieniowaniem β powinno się uwzględnić nie tylko osłonę przed samymi elektronami, lecz również wziąć pod uwagę promieniowanie X poprzez zmniejszenie energii elektronów lub osłony radiacyjne dla promieniowania rentgenowskiego.

Zobacz też

• jonizacja
• promieniowanie Czerenkowa
• promieniowanie synchrotronowe
• wzór Bethego-Blocha – straty na jonizację

Przypisy

Bibliografia

• Jerzy Massalski: Detekcja promieniowania jądrowego. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1959.
• Adam Strzałkowski: Wstęp do fizyki jądra atomowego. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1978.