Взаимодействие гамма-квантов с веществом

Существует три основных процесса взаимодействия g-квантов и вещества. Это: явление фотоэффекта, эффект Комптона и процесс образования пар электрон-позитрон.

 

Фотоэффект

Явление заключается в том, что g-квант, взаимодействующий с веществом, передает всю свою энергию электрону, который в свою очередь может принять участие в других процессах. Баланс энергии фотоэффекта описывается форму­лой Эйнштейна

hn = А + E_k,

где А - работа выхода атома, а Е_k - кинетическая энергия электрона.

Для g-квантов A<<hn, поэтому можно считать, что вся энергия g-квантов переходит в кинетическую энергию электрона. При этом число выбиваемых электронов уменьшается с ростом энергии γ-кванта (рис. 6.2, кривая 1).

 

Эффект Комптона

Эффект проявляется в рассеянии g-кванта на электроне. При этом рассеян­ный квант имеет большую длину волны, чем первичный g-квант. Изменение длины волны излучения при этом процессе определяется соотношением

,

где .

 

 

Величина l₀ – называется комптоновской длиной волны электрона.. Угол j есть угол рассевания. Разность энергий падающего и рассеянного g-квантов пе­реходит в кинетическую энергию электрона отдачи. Таким образом в явлении Комптона энергия g-квантов частично расходуется на выбивание электронов (электроны отдачи) и появление квантов света, которые в свою очередь приводят к фотоэффекту и эффекту Комптона. Количество электронов вещества участвующих в комптоновском рассеянии уменьшается с ростом энергии γ-квантов (рис. 6.2).

 

Образование пар

Процесс образования электрон-позитронных пар начинается с энергий g-квантов 1,02×10⁶ эВ (рис. 6.2). Эта величина есть удвоенное значение энергии покоя элек­трона или позитрона. Взаимодействие протекает в одной точке вблизи ядра или электрона, но не в вакууме, что связано с необходимостью одновременного вы­полнения законов сохранения энергии и количества движения.

Для g-излучения возникающего при радиоактивном распаде третий рас­смотренный механизм протекает малоэффективно, так как энергия g-квантов при радиоактивном распаде не превышает 3 МэВ.

Из всего сказанного следует, что полное поглощение гамма-квантов в веществе, приводящее к освобождению электронов, зависит от их энергии и порядкового номера вещества.

Из всего сказанного следует, что полное поглощение гамма-квантов в веществе, приводящее к освобождению электронов, зависит от их энергии и порядкового номера вещества.

 

Рис. 6.2. Спектр поглощения свинца, разложенный на три части:

1 – фотоэффект, 2 – эффект Комптона, 3 – рождение пар