Visualice el poder de frenado de materiales

Las partículas de radiación pierden energía cinética cuando viajan a través de la materia y eventualmente se detienen o son absorbidas. Este ejemplo explora el poder de detención de las sustancias cuando se irradian partículas alfa.

Represente gráficamente el poder de frenado lineal de tejido biológico cuando se irradian partículas alfa con distintas energías de impacto. Los ejes verticales representan cuánta energía pierden las partículas en promedio por centímetro recorrido.

In[1]:=

ListLogLinearPlot[ Table[{Quantity[10^x, "Electronvolts"], StoppingPowerData[ "A150TissueEquivalentPlastic", {"Particle" -> Entity["Particle", "AlphaParticle"], "Energy" -> Quantity[10^x, "Electronvolts"]}, "LinearStoppingPower"]}, {x, 3, 8, 0.1}], AxesLabel -> Automatic]

Out[1]=

Ahora explore cómo cambia el poder de frenado lineal de una partícula alfa emitida por un átomo de uranio cuando la partícula viaja a través de tejido biológico. Esta es la energía cinética inicial de la partícula.

In[2]:=

initialKE = IsotopeData[Entity["Isotope", "Uranium235"], "BindingEnergy"]

Out[2]=

In[3]:=

dEByDxVal[k_Real?Positive] := QuantityMagnitude[ StoppingPowerData[ "A150TissueEquivalentPlastic", {"Particle" -> Entity["Particle", "AlphaParticle"], "Energy" -> Quantity[k, "Megaelectronvolts"]}, "LinearStoppingPower"]]/10000; dEByDxVal[k_Real] := 0

In[4]:=

sol = NDSolveValue[{KiM'[x] == -dEByDxVal[KiM[x]], KiM[0] == QuantityMagnitude[initialKE], WhenEvent[KiM[x] <= 0, "StopIntegration"]}, KiM, {x, 0, 60}, PrecisionGoal -> 3];

Represente la disminución en la energía cinética mientras la partícula avanza a través del material hasta que se detiene aproximadamente a .

In[5]:=

Plot[sol[x], {x, 0, 60}, Frame -> True, GridLines -> Automatic, FrameLabel -> {"distance traveled (\[Micro]m)", Row[{"KE", " (", Quantity[None, "Megaelectronvolts"], ")"}]}]

Out[5]=

Esto representa la tasa de pérdida de energía por unidad de longitud.

In[6]:=

Plot[dEByDxVal[sol[x]], {x, 0, 60}, Frame -> True, GridLines -> Automatic, FrameLabel -> {"distance traveled (\[Micro]m)", Row[{"\[DifferentialD]", Style["E", Italic], "/", "\[DifferentialD]", Style["x", Italic], " (", Quantity[None, "Megaelectronvolts"/"Micrometers"], ")"}]}]

Out[6]=