Legatura dintre pierderile de energie si ionizare. Fluctuatiile Fano.

Legatura dintre pierderile de energie si ionizare. Fluctuatiile Fano.

Spre deosebire de dE/dx, valorile ionizarii specifice dN_p/dx (= numarul perechilor de ioni pe unitatea de lungime a traiectoriei particulei ionizante) nu se poate determina teoretic. Experimental s-a stabilit insa existenta unei proportionalitati intre dN_p/dx si dE/dx pentru un domeniu larg de energii ale particulei incidente.

Ionizarea primara este determinata de numarul de perechi de ioni formati de catre particula nemijlocit, prin ciocnire cu atomii mediului. Un fapt experimental foarte important este independenta aproape totala a energiei pierdute pentru formarea unei perechi de ioni, de energia

initiala a particulei care produce ionizarea. Aceasta are mare importanta in folosirea detectoarelor cu gaz si corp solid la masuratori spectrometrice si determinarea relatiilor intre parcurs si energia particulei. Pentru aer de exemplu ε_aer=34,7 eV. In medie, electronii produsi prin ionizare au 200 eV.

Electronii extrasi din atomi in procesul de ionizare primara si care la randul lor sunt capabili sa ionizeze alti atomi se numesc electroni δ (radiatie δ). O fractiune importanta din energia particulei incidente cheltuita pentru ionizarea substantei strabatute apare sub forma radiatiilor δ (aceasta fractiune atinge 50 %). De obicei energia radiatiilor ajunge la cativa KeV. Ionizarea produsa de acestia constituie ionizarea secundara, care impreuna cu cea primara formeaza ionizarea globala.

Deoarece energia electronilor este mai mare in comparatie cu energia de ionizare, procesul formarii lor poate fi privit ca o imprastiere a particulei grele incarcate pe electron liber. Energia unui electron este

(1.29)

unde unghiul de zbor este cuprins intre limitele 0 j 90 , iar E si m sunt energia, respectiv masa particulei grele.

Valoarea minima a energiei (E_e)_min=0 se obtine pentru j=90 , iar cea maxima pentru iesirea electronului inainte (j

Daca m=m_p atunci (E_e)_max E_p/500. De asemenea (E_e)_max=3 KeV pentru o particula cu energia E=5 MeV.

Formula (1.29) obtinuta in aproximatia nerelativista, permite sa se estimeze grosier energia particulei ionizante din parcursul electronului si unghiul sau de zbor.

Astfel, de exemplu, prezenta de-a lungul urmei protonului a razelor cu energia E_e este o dovada a faptului ca energia protonului E_p 500 E_e.

Informatii mai exacte asupra particulelor ionizante se pot obtine din observarea numarului de electroni . Aceasta este legata de faptul ca sectiunea de formare a electronilor este functie de energia si sarcina particulei ionizante.

Rezolutia energetica a detectoarelor folosite pentru spectrometrie si precizia masuratorilor energiei particulelor dupa ionizarea produsa de ele, depinde de fluctuatia numarului perechilor de ioni formati de particule care au aceeasi energie initiala (fluctuatiile Fano). Aceasta problema a fost studiata teoretic de Fano. Dupa calculele sale fluctuatia medie patratica a numarului de perechi de ioni formati de catre particule incarcate cu energii identice este:

unde este numarul mediu de perechi de ioni, iar f este factorul Fano. Teoretic s-a stabilit ca limita superioara pentru f in cazul gazelor este 0,75. Pentru detectoare cu semiconductori experientele indica o valoare f<0,3.