Interacion Electron -Materia

Interacción de electrones con la materia

Introducción

Cuando una partícula cargada incide sobre un material se producen una serie de fenómenos, que dependerán de:

• El tipo de partícula incidente, es decir, de su carga eléctrica y de su masa.

• La energía de la partícula incidente.

• El tipo de material sobre el que incide (estado de agregación y densidad del material).

Las interacciones que producen las partículas cargadas varían según éstas tengan más o menos masa, ya que la perdida de energía que experimentan en la colisión es diferente en cada caso.

Cuando los electrones chocan contra un medio material pierden progresivamente su energía cinética a lo largo de la trayectoria. Esta reducción de velocidad es consecuencia de diferentes interacciones elementales entre dicho electrón incidente y las partículas cargadas del medio, bien con otros electrones o bien con los núcleos atómicos.

Tipos de colisiones

La interacción de un electrón con un medio material se denomina colisión y supone una transferencia de energía a la materia. Este es el origen último de todos los efectos producidos por las radiaciones ionizantes sobre la materia. Las colisiones se clasifican en elásticas, inelásticas y radiactivas.

Colisión elástica: En este tipo de colisión, al chocar el electrón incidente con los átomos del material, sólo se produce una desviación en la trayectoria que lleva el electrón. Esta variación en la trayectoria supone una cierta cesión de energía al material, sin producir ninguna alteración en la estructura electrónica del material.

Colisión inelástica: Cuando el electrón incidente choca con los átomos del medio, invierte parte de su energía en arrancarles de su corteza electrónica uno o varios electrones, produciendo una ionización. Tras el primer choque, al electrón incidente le puede quedar aún energía para provocar nuevas ionizaciones secundarias hasta que pierda toda su energía inicial. Pero puede ocurrir que el electrón incidente no tenga suficiente energía como para arrancar electrones del medio, sino que produzca sólo una promoción en los electrones de la corteza electrónica, saltando de sus niveles fundamentales a otros de mayor energía. Se produce así una excitación en los átomos del medio material. Posteriormente se producirá el fenómeno de la desexcitación, volviendo los electrones de los niveles excitados a su nivel fundamental.

En los procesos de ionización y excitación el electrón incidente va perdiendo toda su energía a medida que va atravesando el medio material sobre el que incide.

Colisión radiactiva: La colisión radiactiva tiene lugar cuando el electrón incidente pasa próximo a los electrones que están en la corteza de los átomos del medio material, dando lugar a una repulsión entre las cargas del mismo signo. Se produce, en consecuencia, una variación en la dirección que lleva el electrón incidente, una disminución en su velocidad, por tanto, una pérdida de energía que se emite en forma de radiación electromagnética o fotones y se denomina radiación de frenado o bremsstrahlung.

Este fenómeno se da con mayor probabilidad en las proximidades de los núcleos atómicos. Ésta es la base física de la producción de radiación en un tubo de rayos X, donde se hace incidir un haz de electrones sobre un material de número atómico alto.

Alcance

Cuando una partícula cargada atraviesa un medio material va perdiendo energía, ya que va produciendo ionizaciones, excitaciones o emisión de radiación de frenado (rayos X).

La velocidad del electrón incidente va disminuyendo hasta que su energía se reduce a un valor prácticamente nulo y se detiene. Si consideramos que es un haz de electrones el que incide, podemos calcular cuál será el recorrido medio que experimentan esos electrones en el material. Es decir, podemos calcular el alcance de ese haz de electrones (saber hasta dónde penetran).

Para los electrones el alcance es aproximadamente igual a la longitud de su trayectoria (que no es rectilínea por ser partículas ligeras).

Poder de frenado

El poder de frenado de un medio material depende de:

• La energía inicial del electrón.

• Del tipo de material atravesado (naturaleza y densidad).

Existen dos magnitudes para cuantificar este fenómeno:

El poder de frenado lineal, definido como la relación entre la energía que va cediendo

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