المقطع الكهروضوئي

خطوات الاستخدام

أدخل العدد الذري Z: العدد الذري هو عدد البروتونات في نواة العنصر. يحدد هذا العدد شدة التفاعل مع الفوتونات، حيث تزداد مساحة المقطع العرضي للظاهرة الكهروضوئية مع زيادة Z (تقريباً تتناسب مع Z^5). أدخل قيمة صحيحة بين 1 و 118.

أدخل طاقة الفوتون (بالإلكترون فولت): الطاقة التي يحملها الفوتون الساقط. تعتمد مساحة المقطع العرضي بشدة على الطاقة؛ حيث تكون عالية عند الطاقات المنخفضة (أقل من 100 كيلو إلكترون فولت) وتتناقص مع زيادة الطاقة تقريباً كـ 1/E^3.5. أدخل قيمة موجبة، وتأكد من الوحدات (عادة eV).

احسب مساحة المقطع العرضي: الضغط على زر الحساب لتطبيق المعادلة الفيزيائية. تستخدم الآلة صيغة تقريبية مثل معادلة (Heitler-Bethe) أو (Born approximation) لحساب مساحة المقطع العرضي للظاهرة الكهروضوئية بالبارنات (1 barn = 10^-24 cm²). تعتمد الصيغة على Z و E وثوابت فيزيائية.

الأسئلة الشائعة

تتأثر مساحة المقطع العرضي (σ) للظاهرة الكهروضوئية بعدة عوامل رئيسية: العدد الذري (Z) وطاقة الفوتون (E). العلاقة تقريباً: σ ∝ Z^5 / E^3.5. لذا، يزداد المقطع بشكل كبير مع زيادة العدد الذري (بسبب زيادة شحنة النواة وعدد الإلكترونات). بينما يتناقص بشدة مع زيادة الطاقة، مما يجعل الظاهرة الكهروضوئية مهيمنة عند الطاقات المنخفضة (أقل من 100 كيلو إلكترون فولت) وتصبح أقل أهمية عند الطاقات العالية حيث يسود تأثير كومبتون وإنتاج الأزواج. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد التفاصيل الدقيقة على مدار الإلكترون (K, L, M ...) وطاقة الارتباط، حيث تكون المساهمة الأكبر من الإلكترونات الداخلية (مدار K). هناك أيضاً ثوابت فيزيائية مثل ثابت البناء الدقيق ونصف قطر الإلكترون الكلاسيكي. في التطبيقات العملية، مثل التصوير الطبي والحماية من الإشعاع، يتم استخدام مواد ذات Z عالية (كالرصاص) لامتصاص الأشعة السينية، بينما تستخدم مواد ذات Z منخفضة في صناعة النوافذ أو الكواشف لتقليل الامتصاص.

في التصوير الطبي، تعتمد جودة الصورة وتباين الأنسجة على آلية الامتصاص. الظاهرة الكهروضوئية هي المسؤولة عن التباين في الصور الشعاعية عند الطاقات المستخدمة (20-150 كيلو إلكترون فولت). لأن مساحة المقطع تعتمد بشدة على Z، فإن الأنسجة ذات Z العالي (مثل العظام، Z≈13 للكالسيوم) تمتص أشعة أكثر من الأنسجة الرخوة (Z≈7.5). هذا الاختلاف يخلق التباين. على سبيل المثال، يستخدم الباريوم (Z=56) في صبغة الباريوم لزيادة الامتصاص في الجهاز الهضمي. كذلك، في التصوير المقطعي، يتم استخدام مواد تباين تحتوي على اليود (Z=53) لتعزيز الرؤية. فهم قيم المقطع يساعد في اختيار الطاقات المثلى لتحقيق أفضل تباين بأقل جرعة إشعاعية. كما يستخدم في حسابات الجرعة الإشعاعية وحماية المرضى.

الصيغة التقريبية المستخدمة في الحاسبة (مثل معادلة Heitler-Bethe) تفترض أن طاقة الفوتون أكبر بكثير من طاقة ارتباط الإلكترون في المدار K، لكنها ليست دقيقة للغاية عند الطاقات القريبة من حافة الامتصاص. عند الطاقات المنخفضة جداً (أقل من طاقة المدار K)، تقل الدقة. كما أنها لا تأخذ في الاعتبار التوزيع الدقيق للإلكترونات في الذرات الثقيلة وتأثيرات النسبية. للحصول على نتائج أدق، تُستخدم جداول بيانات معقدة مثل جداول NIST أو برامج المحاكاة. هذه الحاسبة تقدم تقديراً تقريبياً مفيداً للأغراض التعليمية والتقديرات الأولية، لكن لا ينبغي الاعتماد عليها في التطبيقات الهندسية الدقيقة أو الحسابات الطبية بدون معايرة.

طبقة نصف القيمة (HVL) هي سمك المادة اللازم لتقليل شدة الحزمة الإشعاعية إلى النصف. تعتمد HVL على مساحة المقطع العرضي الكلي للتفاعلات (بما في ذلك الكهروضوئية وتأثير كومبتون وإنتاج الأزواج). في الطاقات المنخفضة حيث تسود الظاهرة الكهروضوئية، تكون HVL صغيرة جداً للمواد ذات Z العالي. على سبيل المثال، للرصاص عند 100 كيلو إلكترون فولت، HVL حوالي 0.1 مم، بينما للألمنيوم حوالي 15 مم. يمكن حساب HVL من المقطع العرضي باستخدام الصيغة: HVL = ln(2) / (μ)، حيث μ هو معامل التوهين الخطي = σ × (عدد الذرات لكل وحدة حجم). كلما زاد σ، زاد μ، وبالتالي قلت HVL. لذلك، فهم σ يساعد في تصميم الدروع واختيار المواد المناسبة للحماية من الإشعاع.

المقطع الكهروضوئي

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

أمثلة محلولة

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة

أدخل القيم

خطوات الاستخدام

1ما هي مساحة المقطع العرضي للظاهرة الكهروضوئية للرصاص (Z=82) عند طاقة فوتون 100 كيلو إلكترون فولت؟

2احسب مساحة المقطع العرضي للظاهرة الكهروضوئية للألمنيوم (Z=13) عند طاقة فوتون 50 كيلو إلكترون فولت، وقارنها بالرصاص عند نفس الطاقة.

أمثلة محسوبة

الأسئلة الشائعة