Droga radiacyjna, długość radiacyjna – własność ośrodka materialnego, charakteryzująca oddziaływanie z nim wysokoenergetycznych elektronów i fotonów. Długość radiacyjna zdefiniowana jestK. Nakamura et al. (Particle Data Group), J. Phys. G 37, 075021 (2010).D.H. Perkins, Wstęp do fizyki wysokich energii 11.5.4, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2004.: dla elektronów jako droga w ośrodku, po której energia elektronu, tracona w wyniku promieniowania hamowania, wynosi średnio 1/e (czyli około 36,8%) swej energii początkowej, dla wysokoenergetycznych fotonów jako średnia droga przebyta w ośrodku przed konwersją na parę e+e-- (długość konwersji) i wynosi 9/7 X0.
Drogę radiacyjną oznacza się zwykle symbolem X0 i definiuje:
gdzie LRAD i L’RAD wyliczone przez TsaiY.S. Tsai, Rev. Mod. Phys. 46, 815 (1974). są podane w tabeli: Pierwiastek Z LRAD L’RAD H 1 5.31 6.144 He 2 4.79 5.621 Li 3 4.74 5.805 Be 4 4.71 5.924 inne >4 ln(184.15 Z−1/3) ln(1194 Z−2/3)
oraz funkcja f(Z), będąca sumą nieskończoną, w zakresie Z do 92 (uran) może być przybliżona do postaci:
gdzie .
Powyższą definicję X0 można przybliżyć wyrażeniem znalezionym przez Dahla, dające wartości zgodne z Tsai z błędem nie mniejszym niż 2.5% (dla helu wartość jest zaniżona o około 5%):
Droga radiacyjna zależy przede wszystkim od ładunku jąder (czyli liczby atomowej) atomów wchodzących w skład ośrodka i od jego gęstości. Dokładne wzory pozwalające na jej wyliczenie są dosyć skomplikowane, w przybliżeniu jest ona odwrotnie proporcjonalna do kwadratu liczby atomowej i odwrotnie proporcjonalna do gęstości jąder atomowych w materiale (liczby atomów na jednostkę objętości).
Droga radiacyjna mierzona jest w jednostkach długości (zwykle cm). Niekiedy tablicowane są wartości drogi pomnożone przez gęstość materiału, wyrażone wobec tego w jednostkach g/cm². To ostatnie jest szczególnie użyteczne w wypadku gazów, których gęstość zależy od ciśnienia i temperatury. Droga radiacyjna wyrażona w g/cm² jest niezależna od gęstości gazu.
Przykładowe wartości drogi radiacyjnej dla kilku materiałów przedstawia tabelaParticle Data Group . substancja X0 [cm] X0 [g/cm²] powietrze 30420 36.7 woda 36.1 36.1 grafit 18.8 42.7 ciężki beton 10.7 26.7 aluminium 8.9 24.0 żelazo 1.76 13.8 ołów 0.56 6.37 uran 0.32 6.00
Droga radiacyjna jest naturalną jednostką długości przy badaniu rozwoju kaskady elektromagnetycznej w materiale. Poza tym znajomość drogi radiacyjnej pozwala m.in. oszacować prawdopodobieństwo konwersji fotonu w ściankach bądź materiale czynnym detektora, oszacować skuteczność warstwy materiału jako osłony radiacyjnej przed wysokoenergetycznymi elektronami i fotonami.
Przypisy
Kategoria:Fizyka jądrowa Kategoria:Fizyka cząstek elementarnych