Longitud de radiación

Profundidad de penetración del electrón en la que su energía se reduce en 1/e

En física de partículas , la longitud de radiación es una característica de un material relacionada con la pérdida de energía de las partículas de alta energía que interactúan electromagnéticamente con él. Se define como la longitud media (en cm) en el material en la que la energía de un electrón se reduce por el factor 1/ e . ^[1]

Definición

En materiales de alto número atómico (por ejemplo, tungsteno , uranio , plutonio ), los electrones de energías >~10 MeV pierden energía predominantemente por bremsstrahlung y los fotones de alta energía por producción de pares e + e − . La cantidad característica de materia atravesada para estas interacciones relacionadas se denomina longitud de radiación X ₀ , generalmente medida en g·cm ⁻² . Es tanto la distancia media sobre la cual un electrón de alta energía pierde todo menos 1 ⁄ e de su energía por bremsstrahlung , ^[1] y 7 ⁄ 9 del camino libre medio para la producción de pares por un fotón de alta energía. También es la escala de longitud apropiada para describir cascadas electromagnéticas de alta energía .

La longitud de radiación para un material dado que consiste en un solo tipo de núcleo se puede aproximar mediante la siguiente expresión: ^[2]

$${\displaystyle X_{0}=716.4{\text{ g cm}}^{-2}{\frac {A}{Z(Z+1)\ln {\frac {287}{\sqrt {Z}}}}}=1433{\text{ g cm}}^{-2}{\frac {A}{Z(Z+1)(11.319-\ln {Z})}},}$$

donde Z es el número atómico y A es el número de masa del núcleo.

Para Z > 4 , una buena aproximación es ^{[3] [ inconsistente ]} . $${\displaystyle {\frac {1}{X_{0}}}=4\left({\frac {\hbar }{m_{\mathrm {e} }c}}\right)^{2}Z(Z+1)\alpha ^{3}n_{\mathrm {a} }\log \left({\frac {183}{Z^{1/3}}}\right),}$$

dónde

• n _a es la densidad numérica del núcleo,
• ${\displaystyle \hbar }$denota la constante de Planck reducida ,
• m _e es la masa en reposo del electrón ,
• c es la velocidad de la luz ,
• α es la constante de estructura fina .

Para los electrones a energías más bajas (por debajo de unas pocas decenas de MeV ), la pérdida de energía por ionización es predominante.

Si bien esta definición también puede usarse para otras partículas que interactúan electromagnéticamente más allá de los leptones y los fotones, la presencia de la interacción hadrónica y nuclear más fuerte hace que sea una caracterización mucho menos interesante del material; la longitud de la colisión nuclear y la longitud de la interacción nuclear son más relevantes.

Se encuentran disponibles tablas completas de longitudes de radiación y otras propiedades de los materiales en el Particle Data Group . ^{[2] [4]}

Véase también

• Trayectoria libre media
• Longitud de atenuación
• Coeficiente de atenuación
• Atenuación
• Alcance (radiación de partículas)
• Poder de frenado (radiación de partículas)
• Espectroscopia de pérdida de energía de electrones

Referencias

1. M. Gupta; et al. (2010). "Cálculo de la longitud de radiación en materiales". PH-EP-Tech-Note . 592 (1–4): 1. arXiv : astro-ph/0406663 . Código Bibliográfico :2004PhLB..592....1P. doi :10.1016/j.physletb.2004.06.001.
2. S. Eidelman; et al. (2004). "Revisión de la física de partículas". Phys. Lett. B . 592 (1–4): 1–5. arXiv : astro-ph/0406663 . Código Bibliográfico :2004PhLB..592....1P. doi :10.1016/j.physletb.2004.06.001.(http://pdg.lbl.gov/)
3. De Angelis, Alessandro; Pimenta, Mário (2018). Introducción a la física de partículas y astropartículas (2.ª ed.). Springer. Bibcode :2018ipap.book.....D. doi :10.1007/978-3-319-78181-5. ISBN 978-3-319-78180-8.
4. "Propiedades nucleares atómicas en el grupo de datos de partículas". Archivado desde el original el 24 de julio de 2021. Consultado el 26 de enero de 2008 .