เบรมส์ชตราลุง

เบรมส์ชตราลุง (; ; แปลได้ว่า "รังสีหยุด" หรือ "รังสีหน่วง") เกิดจากบีตาที่มีพลังงานสูงเคลื่อนที่เข้าใกล้นิวเคลียสของอะตอม จึงทำให้เกิดอันตรกิริยาทางไฟฟ้าขึ้นมาจะส่งผลให้บีตานั้นมีพลังงานลดลง  แล้วทำให้การเคลื่อนที่นั้นเกิดการหักเหไป  พลังงานส่วนที่ลดลงมีได้หลายค่าขึ้นอยู่กับว่าอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่เข้าใกล้นิวเคลียสได้มากหรือน้อยและสูญเสียพลังงานมากน้อยเพียงใด เบรมส์ชตราลุงมีสเปกตรัมที่ต่อเนื่อง โดยมีค่าสูงสุดเท่ากับพลังงานของอิเล็กตรอน เช่นอิเล็กตรอนมีพลังงานจลน์ 60 keV ทำให้เกิดเบรมส์ชตราลุง ซึ่งมีพลังงานตั้งแต่ 0 ถึง 60 keV  เป็นต้น จะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เรียกว่า “เบรมส์ชตราลุง (Bremsstrahlung)”  ซึ่งประกอบไปด้วยโฟตอนที่มีพลังงานต่อเนื่องอยู่ในช่วงพลังงานของรังสีเอ็กซ์และมีพลังงานสูงสุดเท่ากับพลังงานของอนุภาคบีตา ความเข้มของเบรมส์ชตราลุงแปรผกผันกำลังสองของมวลอนุภาคที่เข้าชน ด้วยเหตุนี้ อนุภาคหนักที่มีประจุจึงมักไม่เกิดเบรมส์ชตราลุง

การสูญเสียพลังงานเนื่องจากกระบวนการแตกตัวเป็นไอออนและเบรมส์ชตราลุง ขึ้นอยู่กับพลังงานของบีตา (E) และ เลขเชิงอะตอม (Z) ของสสาร จะได้สมการดังนี้

พลังงานที่สูญเสียเนื่องจากเบรมส์ชตราลุง / พลังงานที่สูญเสียเนื่องจากการแตกตัวเป็นไอออน    = EZ / 800
เมื่อ E คือพลังงานของบีตา ในหน่วย MeV และ  Z คือเลขเชิงอะตอม

เบรมส์ชตราลุงเกิดขึ้นได้ดี  เมื่อมีพลังงานบีตาสูงและในสสารที่มีเลขเชิงอะตอมสูง เช่น อนุภาคบีตาพลังงาน 10 MeV ทำอันตรกิริยาตะกั่ว (Z=82) กระบวนการเบรมส์ชตราลุงและการแตกตัวเป็นไอออนจะเกิดขึ้นในสัดส่วนที่เท่าๆกัน แต่ถ้าสสารที่ถูกชนเป็นออกซิเจน (Z=8) อนุภาคบีตาต้องมีพลังงานถึง 100 MeVกระบวนการทั้งสองจึงจะเกิดขึ้นในสัดส่วนที่เท่า ๆ กันเช่นเดิม 

เมื่อพิจารณาที่พลังงานเฉลี่ยของบีตาที่สูญเสียไปเนื่องจากเบรมส์ชตราลุงหรือผลรังสี (radiation yield, Y)สามารถบ่งบอกถึงความเป็นอันตรายของแหล่งกำเนิดบีตาได้  โดยแหล่งกำเนิดบีตาที่ให้เบรมส์ชตราลุงมาก ย่อมมีอันตรายมาก โดยการพิจารณาได้จากสมการ ดังนี้

เมื่อเปรียบเทียบสัดส่วนของพลังงานจากบีตาที่เปลี่ยนไปเป็นเบรมส์ชตราลุง เมื่อบีตามีพลังงาน 2 Mev เข้าชนอะลูมิเนียมและตะกั่วพบว่า
อะลูมิเนียม Z=3 จากสมการผลรังสี

แสดงว่า พลังงานบีตา 0.016 หรือ 16% เปลี่ยนเป็นเบรมส์ชตราลุง

ตะกั่ว
Z=82จากสมการผลรังสี

แสดงว่า พลังงานบีตา 0.09 หรือ 9% เปลี่ยนเป็นเบรมส์ชตราลุง

จะเห็นได้ว่า พลังงานของบีตาที่เปลี่ยนไปเป็นเบรมส์ชตราลุงมีสูงสุดถึง 9% เมื่อชนกับตะกั่ว  ดังนั้นในการป้ปงกันการเกิดเบรมส์ชตราลุง จำเป็นต้องใช้วัสดุกั้นที่มีเลขเชิงมวลต่ำ แต่หากต้องการกำบังเบรมส์สตราลุง ต้องใช้วัสดุที่มีเลขเชิงมวลต่ำ

ฟิสิกส์อะตอม
ฟิสิกส์พลาสมา