wyk06.doc

Metody wytwarzania promieniowania

Dwa typy promieniowania

1)     Promieniowanie elektromagnetyczne  ®  opisujemy jako kwanty promieniowania – fotony (masa równa zero) lub jako falę elektromagnetyczną  ® prędkość światła  c = 3*108 m/s

2)     Promieniowanie cząsteczkowe  ®  cząstki elementarne (masa różna od zera) poruszające się z bardzo dużymi prędkościami  ®  prędkość cząstek < prędkości światła (100 keV elektrony  -  v  =  0.5*c)

Ilościowy opis promieniowania

Natężenie promieniowania (intensywność, strumień energii)  –  W/m2

              Intensywność = E*N

E  –  energia

N  = 

Uwaga:

Prędkość propagacji fali EM w próżni jest stała i oznaczana c  =  3*108 m/s  -  światło jest także falą EM

Opis promieniowania elektromagnetycznego

Ładunek w punkcie (x=0, y=0,z=0) jest przyspieszany przez działanie siły periodycznej (sin(2pnt)) w kierunku osi y

Poruszający się ładunek jest źródłem fali elektromagnetycznej wzdłuż osi x

Falę elekromagnetyczną (EM) stanowią wektory pola elektrycznego i magnetycznego prostopadłe do kierunku propagacji fali

Dla opisu fali stosujemy następujące wielkości fizyczne

1)   Długość fali (jednostki długości)

2)   Częstotliwość fali (Hz, cykle na sekundę)

3)   Okres fali (jednostki czasu)

              l = c/n

              l = c*T

              T = 1/n

l - długość fali, n – częstotliwość, c – prędkość światła, T – okres

Podwójna natura promieniowania elektromagnetycznego (EM)

1)   Fala EM  (l, T, n)

2)   Foton (E, p, m = 0)

Energia fotonów

              E  =  h n

n – częstotliwość, h – stała Plancka

              E  = 

Użyteczny wzór dla przeliczania  E  -  l

              E(eV)  =  1240/l(nm)

Pęd fotonów

              p  = 

Uwaga:

Dwa sposoby opisu promieniowania EM można traktować jako dwie formy opisu strumienia energii

Obiekt o wymiarze a

              l/a » 1  –  fala

              l/a << 1  –  foton

Analogia:

1) Widok lasu i poszczególnych drzew

2) Krople wody w strumieniu prysznica

Promieniowanie cząsteczkowe także wykazuje podwójną naturę

1)   Cząstka (E, p = m*v, m ¹ 0)

2)   Fala (l = h/p);

Przykład:

1)   m = 1 kg, v = 10 m/s ® l = 6.6x10-35

  ®  l/a  <<  1  –  cząstka

2) e (100 eV)  ®  l =  ~10-10 m  ®  l/a  »  1  –  fala

Uwaga:

Podwójną naturę promieniowania elekromagnetycznego i promieniowania cząsteczkowego określa się pojęciem dualizmu korpuskularno-falowego

Hipoteza de Broglie’a

Dwoiste, to jest korpuskularno-falowy zachowanie się jest cecha nie tylko promieniowania, lecz również materii

Widmo promieniowania elektromagnetycznego

Sposoby opisu

1)   Częstotliwość  -  promieniowanie EM z zakresu: radio, TV, mikrofale

2)   Długość fali  –  promieniowanie EM z zakresu UV, VIS, IR i radio

3)   Energia kwantów  –  promieniowanie EM z zakresu X i g

Źródła promieniowania

1)   Cząsteczkowego

2)   EM

·     Antena

·     Ciało doskonale czarne (słońce, żarówka)

·     Laser

·     Lampa rentgenowska

Uwaga:

Omówiono na wcześniejszych wykładach izotopy promieniotwórcze  ®  źródła

1)   promieniowania g i X (bardzo nieefektywne)

2)   promieniowania cząsteczkowego (e, e+, a, p, n, ...)

Źródła promieniowania cząsteczkowego

Źródła neutronów

1) Reaktor  –  kontrolowana reakcja rozszczepienia

2) Reakcje jądrowe

Źródła cząstek naładowanych

Ciężkie cząstki naładowane - p, d, a, jądra ciężkich pierwiastków

1)   Źródła promieniotwórcze

2)   Akceleratory

·         Liniowe

·         Kołowe

Akceleratory liniowe

Generator napięcia – van de Graaffa

Maksymalne energie - ~10 MeV dla protonów

Maksymalne prądy wiązki ~1 mA

Kołowe  -  cyklotron

Pole magnetyczne B działa prostopadle do płaszczyzny rysunku  –  pole elektryczne w obszarze między duantami

Na poruszający się jon (q, m, v) działa siła magnetyczna i odśrodkowa

                ® 

                ® 

Maksymalne energie - ~300 MeV dla protonów

Maksymalne prądy wiązki ~50 mA

Źródła elektronów

1) Źródła promieniotwórcze

2)   Akceleratory

·       Liniowe

·       Kołowe (betatron)

Promieniowanie elektromagnetyczne

Antena

Potocznie źródło promieniowania EM z zakresu częstotliwości radiowych

Generator – źródło zmiennego napięcia

V = Vmsin(2p*n*t)

lub prądu

I = Imsin(2p*...