Etkin Yük Yaklaşımı Kullanarak Protonlar için Z=2-54 Elementlerin Durdurma Gücü Üzerine Bir Çalışma
A Study on The Stopping Power of Z=2-54 Elements for Protons Using Effective-Charge Approximation
Yazar: Usta, Metin
Dergi: Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Vol. 12 No. 3, 2018
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Stopping power,Effective charge,,Bethe-Bloch ; Durdurma gücü,Etkin yük,Bethe-Bloch,Proton

Durdurmagücü, hedef içerisindeki elektronlar ve çekirdeğin Coulomb alanı etkileşmesinedeniyle yüklü parçacıkların birim uzunluk başına ortalama enerji kaybıdır.Durdurma gücünün atom fiziği, nükleer fizik ve uygulamaları, radyasyondozimetrisi gibi birçok alanlarda önemli uygulamaları vardır. Bu çalışmanınamacı 1 keV-1 GeV enerjili protonlar için Z=2-54 atom numaralı elementlerinBethe-Bloch teorisine dayalı etkin yük yaklaşımı yöntemi kullanılarak çarpışmadurdurma gücünü hesaplamaktır. Bunun için öncelikle hedef elementlerin etkinyük, etkin ortalama uyarılma enerjileri ve potansiyel enerji fonksiyonlarıbelirlendi. Elektronik yük yoğunluğu için Roothaan-Hartree-Fock atomikdalgafonksiyonları seçildi ve hedef atomların etkin yükünün protonlarınenerjisiyle değişimi incelendi. Ardından elde edilen hedef atomların etkin yüklerikullanılarak çarpışma durdurma gücü değerleri hesaplandı. Atom numarası vegelen protonların enerjisi arttıkça etkin yük değerlerinin arttığı görüldü.Durdurma gücü değerlerinin ise atom sayısı arttıkça azaldığı ve durdurma gücüneait maksimum noktalarının yüksek enerjilere doğru kaydığı belirlendi. Hedefelementlerden karbon atomu için hesaplanan durdurma gücü değerleri literatürdemevcut ICRU 49, SRIM, CasP ve Janni’nin verileriyle karşılaştırıldı. Sonuçlarınbelirli hata oranlarında literatür verileriyle oldukça uygun olduklarıgözlendi. Ayrıca bu çalışmada kullanılan etkin yük yaklaşımının 1 MeV’den düşükenerjilerde de kullanılabileceği anlaşıldı.

Thestopping power is the average energy loss per unit length of charged particlesdue to the interaction with the Coulomb field of electrons in target and nucleus.Stopping power has important applications in many areas such as atomic physics,nuclear physics and applications, radiation dosimetry. The aim of this study is to calculate thecollision stopping power of Z=2-54 atomic elements by using the effectivecharge approach based on Bethe-Bloch theory for the 1 keV-1 GeV energy protons. For this purpose, the effectivecharge, effective mean excitation energies and potential energy functions ofthe target elements were firstly determined. For the electronic charge density,Roothaan-Hartree-Fock atomic wavefunctions were selected and the change of theeffective charge of the target atoms with the energy of the protons wasexamined. Then, the collision stopping power values were calculated by usingthe obtained effective charges of the target atoms. It was seen that as the atomic number and the energy of theincoming protons increased, effective charge values ascended. It was determined that the stopping power values decreased as the numberof atoms increased and the maximum points of stopping power shifted towardshigh energies. Thecalculated stopping power values for the carbon atom from the target elementswere compared with the data of the ICRU 49, SRIM, CasP and Janni available inthe literature. It was observed that the results were quite appropriate withthe literature data at certain error rates. In addition, it is understood that the effectivecharge approach used in this study can be used in energies less than 1 MeV