เบรมส์ชตราลุง

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

เบรมส์ชตราลุง (เยอรมัน: Bremsstrahlung) เกิดจากบีตาที่มีพลังงานสูงเคลื่อนที่เข้าใกล้นิวเคลียสของอะตอม จึงทำให้เกิดอันตรกิริยาทางไฟฟ้าขึ้นมาจะส่งผลให้บีตานั้นมีพลังงานลดลง แล้วทำให้การเคลื่อนที่นั้นเกิดการหักเหไป พลังงานส่วนที่ลดลงมีได้หลายค่าขึ้นอยู่กับว่าอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เข้าใกล้นิวเคลียสได้มากหรือน้อยและสูญเสียพลังงานมากน้อยเพียงใด เบรมส์ชตราลุงมีสเปกตรัมที่ต่อเนื่อง โดยมีค่าสูงสุดเท่ากับพลังงานของอิเล็กตรอน เช่นอิเล็กตรอนมีพลังงานจลน์ 60 keV ทำให้เกิดเบรมส์ชตราลุง ซึ่งมีพลังงานตั้งแต่ 0 ถึง 60 keV เป็นต้น จะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เรียกว่า “เบรมส์ชตราลุง (Bremsstrahlung)” ซึ่งประกอบไปด้วยโฟตอนที่มีพลังงานต่อเนื่องอยู่ในช่วงพลังงานของรังสีเอ็กซ์และมพลังงานสูงสุดเท่ากับพลังงานของอนุภาคบีตา ความเข้มของเบรมส์ชตราลุงแปรผกผันกำลังสองของมวลอนุภาคที่เข้าชน ด้วยเหตุนี้ อนุภาคหนักที่มีประจุจึงมักไม่เกิดเบรมส์ชตราลุง[1]

Bremsstrahlung produced by a high-energy electron deflected in the electric field of an atomic nucleus
  • การสูญเสียพลังงานเนื่องจากกระบวนการแตกตัวเป็นไอออนและเบรมส์ชตราลุง ขึ้นอยู่กับพลังงานของบีตา (E) และ เลขเชิงอะตอม (Z) ของสสาร จะได้สมการดังนี้

พลังงานที่สูญเสียเนื่องจากเบรมส์ชตราลุง / พลังงานที่สูญเสียเนื่องจากการแตกตัวเป็นไอออน = EZ / 800

เมื่อ E คือพลังงานของบีตา ในหน่วย MeV และ Z คือเลขเชิงอะตอม

เบรมส์ชตราลุงเกิดขึ้นได้ดี เมื่อมีพลังงานบีตาสูงและในสสารที่มีเลขเชิงอะตอมสูง เช่น อนุภาคบีตาพลังงาน 10 MeV ทำอันตรกิริยาตะกั่ว (Z=82) กระบวนการเบรมส์ชตราลุงและการแตกตัวเป็นไอออนจะเกิดขึ้นในสัดส่วนที่เท่าๆกัน แต่ถ้าสสารที่ถูกชนเป็นออกซิเจน (Z=8) อนุภาคบีตาต้องมีพลังงานถึง 100 MeVกระบวนการทั้งสองจึงจะเกิดขึ้นในสัดส่วนที่เท่า ๆ กันเช่นเดิม

เมื่อพิจารณาที่พลังงานเฉลี่ยของบีตาที่สูญเสียไปเนื่องจากเบรมส์ชตราลุงหรือผลรังสี (radiation yield, Y)สามารถบ่งบอกถึงความเป็นอันตรายของแหล่งกำเนิดบีตาได้ โดยแหล่งกำเนิดบีตาที่ให้เบรมส์ชตราลุงมาก ย่อมมีอันตรายมาก โดยการพิจารณาได้จากสมการ ดังนี้
Y = \frac{0.0006ZE}{1.0006ZE} \!

เมื่อเปรียบเทียบสัดส่วนของพลังงานจากบีตาที่เปลี่ยนไปเป็นเบรมส์ชตราลุง เมื่อบีตามีพลังงาน 2 Mev เข้าชนอะลูมิเนียมและตะกั่วพบว่า

อะลูมิเนียม Z=3 จากสมการผลรังสี
Y = \frac{0.0006*13*2}{1.0006*13*2} \!

แสดงว่า พลังงานบีตา 0.016 หรือ 16% เปลี่ยนเป็นเบรมส์ชตราลุง

ตะกั่ว Z=82จากสมการผลรังสี

Y = \frac{0.0006*82*2}{1.0006*82*2} \!

แสดงว่า พลังงานบีตา 0.09 หรือ 9% เปลี่ยนเป็นเบรมส์ชตราลุง

จะเห็นได้ว่า พลังงานของบีตาที่เปลี่ยนไปเป็นเบรมส์ชตราลุงมีสูงสุดถึง 9% เมื่อชนกับตะกั่ว ดังนั้นในการป้ปงกันการเกิดเบรมส์ชตราลุง จำเป็นต้องใช้วัสดุกั้นที่มีเลขเชิงมวลต่ำ แต่หากต้องการกำบังเบรมส์สตราลุง ต้องใช้วัสดุที่มีเลขเชิงมวลต่ำ

อ้างอิง[แก้]
  1. วิทยาศาสตร์นิวเคลียร์