Entiendo que, por ejemplo, de un espesor suficiente de la hoja de plomo pueden absorber la radiación gamma, pero yo quiero entender lo que realmente sucede en el molecular/atomic/nivel subatómico. También, puede la misma lógica se aplica a las partículas cósmicas? He intentado buscar en Google para una respuesta, pero fue en vano. Alguien que me ilumine?
Respuestas
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La radiación puede ser varias cosas, pero ya que usted menciona específicamente el blindaje de plomo, echemos un vistazo a los rayos X - mucho de lo que se aprende se aplica a otros radiación también.
Para detener la radiación que necesita para interactuar con "algo" que le hace renunciar a su energía y el impulso. Esta es la forma de conseguir la radiación a dejar de ir en la dirección en la que iba.
Ahora los rayos X suelen interactuar con la materia (átomos) en una de tres maneras:
A bajas energías que puede tener el efecto fotoeléctrico: la energía de la radiación es completamente absorbida por los electrones en el átomo - de modo que el fotón "desaparece" y el electrón recibe toda la energía (menos toda la energía que se necesita para conseguir separado del átomo - la unión de la energía). Los electrones no viajar muy lejos en la materia, por lo que la energía absorvida una vez un fotoeléctrico interacción se produce. La probabilidad de esta interacción depende de la energía del fotón y el $Z$ (número atómico) del átomo - mayor $Z$ significa probabilidad mucho más alta (he visto a $Z^4$ relaciones pero no estoy seguro de lo bien que los sostenga, y en qué intervalo.)
Como la energía de los fotones aumenta por encima de la K-borde del átomo, se obtiene de la dispersión Compton dominante: esta es una colisión elástica entre los fotones y los electrones en el material y que se traduce en una transferencia de momentum y energía de los fotones con los electrones. El famoso Compton ecuación muestra la relación entre el incidente y la final de la energía de los fotones como:
$$E'=\frac{E}{1+\frac{E}{m_0c^2}(1+cos\theta)}$$
Where $m_0$ is the rest mass of the electron and $\theta$ is the angle between the incident photon with energy $E$ and final energy $E'$.
El más electrones hay en su material, el más eficaz la potencia de frenado en este rango (por encima del 80 keV o así). Esto es por qué el plomo, uranio empobrecido, bismuto, tungsteno, y otros materiales son buenos para el blindaje.
A muy altas energías, se puede obtener la producción de par: el fotón (con más de 1.022 MeV) crea un electrón/positrón par de "fuera del aire", a la entrega de 1.022 MeV de energía (que se convirtió en la masa de las partículas creadas).
Así que para recapitular: los rayos X de blindaje de las obras por la interacción de los electrones con los fotones. Mayor densidad de materiales de mejorar la probabilidad de dispersión de Compton; mayor número atómico aumentar fotoeléctrico de interacción de la sección transversal. Normalmente, se habla sobre el valor medio del espesor: el espesor de material que deja la mitad de la radiación. Debido a que el blindaje es un proceso probabilístico, no hay tal cosa como "perfecto blindaje".
Un punto más sobre la densidad del material de blindaje:
En algunas situaciones, usted se preocupa acerca de cómo detener la radiación en la distancia más corta posible. Esto sucede, por ejemplo, en una radiación de cámara estenopeica (utilizados en sistemas de SPECT), donde usted desea tener una pequeña abertura para permitir que la radiación a través de, pero es necesario detener toda la radiación fuera de eso. Dicha apertura se ha de hacer a la más densa de alto Z material que usted puede encontrar. La gente suele elegir de oro para esta aplicación (http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?arnumber=949378) - la cifra de mérito aquí es el producto de la densidad y la específica de dispersión sección transversal, el coeficiente de atenuación lineal con unidades de $m^{-1}$. Cuanto mayor sea el número, más eficiente es el material está a detener la radiación en una distancia corta. Un par de ejemplos (todos los valores en 100 keV, la atenuación de datos de http://physics.nist.gov/cgi-bin/Xcom/xcom2-t):
symbol Z density sigma lambda
(g/cm^3) (cm^2/g) (/cm)
Ir 77 22.5 4.86 109
Pt 78 21.5 4.99 107
Au 79 19.3 5.16 100
Como se puede ver, para este ejemplo particular, el menor de parada longitud se obtiene para el iridio, porque aunque tiene un poco menos de Z que el oro, tiene significativamente mayor densidad.
Cuando usted está interesado en "bulk de protección radiológica", por ejemplo, en reactores nucleares, entonces la cuestión es, simplemente, "¿cómo puedo obtener una gran cantidad de protección no un montón de dinero". Ahora, el tamaño de la pantalla no importa mucho, y usted termina con agua muy barato y abundante material que es capaz de detener la radiación (no sólo los rayos gamma, pero neutrones). Este es el material de elección para el blindaje (pasado) el combustible del reactor. Puede que haya visto las fotos de el azul brillante de las barras de combustible bajo el agua:
fuente de la imagen: http://spectrum.ieee.org/image/37182
El brillo es Cerenkov la radiación resultante del hecho de que las partículas viajan más rápido que la velocidad de la luz". En este caso, que es más rápido que la velocidad de la luz en el agua - que es, por supuesto, menor que la velocidad de la luz en el vacío, porque el índice de refracción del agua.
Mi punto es - siempre y cuando "muchos de los electrones en el camino" que eventualmente se detendrá rayos gamma: si usted tiene que parar en una distancia corta, usted necesita densa de alto Z material, pero que no siempre es necesario.
En protección radiológica, se reconoce que la combinación de blindaje, la distancia y el tiempo de exposición, todos juegan un papel en el mantenimiento de la dosis de radiación a la gente tan bajo como sea posible: ALARA "tan Bajo Como sea Razonablemente posible".
Finalmente - un enlace de wikipedia
HopDavid
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Hay varias cosas diferentes con la etiqueta "radiación". Los rayos Gamma son una radiación electromagnética, similar a la luz visible, pero en una frecuencia más alta. X- los rayos son también de radiación electromagnética. Para la radiación electromagnética, los elementos con los núcleos pesados son una buena armadura. Consulte este artículo de la Wikipedia sobre la protección contra la radiación electromagnética.
También se llama radiación de alta velocidad de los protones y núcleos atómicos.
Y la alta velocidad de los núcleos puede variar mucho en la velocidad. De alta velocidad de los núcleos de fuera del sistema solar, son los llamados Rayos Cósmicos. Estos tienden a ser mucho más rápido que la alta velocidad de los iones procedentes de la solar, el viento o los Cinturones de Van Allen.
Los Rayos Cósmicos galácticos a menudo están moviendo a cerca de la velocidad de la luz. Cuando una una velocidad tan alta núcleos de protones o huelgas masivas de los núcleos (como un núcleo de plomo), es como una bola de ruptura de un rack en una mesa de billar. Tiene partículas de ir, de manera que cada formando los rayos cósmicos secundarios. Para evitar esta lluvia de partículas secundarias, los átomos con núcleos pequeños son deseables. Así de hidrógeno, ricos en compuestos pueden ser mejor protección contra el Gcr. El agua es a menudo citado como un escudo contra los Gcr.
Matt Dawdy
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Las dos respuestas existentes han señalado que la radiación electromagnética (rayos X, gamma) es efectivamente detenido por los electrones. Existen al menos 4 tipos de otros tipos comunes de radiación:
- Las partículas alfa (2 protones y 2 neutrones - esencialmente He4 2+)
- Las partículas Beta (electrón)
- Los neutrones
- Los iones (otras que las partículas alfa)
La primera te comúnmente generados por las reacciones de desintegración; la 4ª categoría es relevante ya que es parte de las partículas cósmicas mencionado. Blindaje para ellos es diferente. Alpha son bastante fáciles de parar, como son los iones. Casi cualquier capa delgada de materia dejará de ellos - un centímetro de aire ya se disponen de tener un efecto medible.
Beta son electrones y por lo tanto son fácilmente detenido por varios materiales. Porque son más ligeros que los de alpha, sin embargo, tienen energías similares, que viaje más rápido. Como resultado, penetran más allá de alfa.
Los neutrones son la excepción, como son eléctricamente neutros. No hay electrones de la nube va a dejar de ellos; es detenido por los núcleos. Pero no toma en particular un núcleo pesado para que. La luz de los elementos tiene menos electrones de los orbitales y por lo tanto pueden pack más núcleos en un volumen dado, lo que compensa el hecho de que cada núcleo es más pequeño.
