Взаимодействие гамма квантов с веществом фотоэффект. Полный линейный коэффициент ослабления гамма квантов в веществе. Выделение интервалов перфорации по локации муфт

Радиоактивность - способность некоторых атомных ядер самопроизвольно распадаться с испусканием б, в, г лучей, а иногда и других частиц. Гамма-лучи представляют собой электромагнитное излучение с малой длиной волны. Длина пробега г - квантов в горных породах достигает десятков сантиметров. Благодаря высокой проникающей способности они являются основным видом излучений, регистрируемых в методе естественной радиоактивности. Энергию частиц выражают в электрон-вольтах (эВ). Воздействие гамма-излучения на среду количественно оценивается в рентгенах. Из естественных радиоактивных элементов наиболее распространены уран U238, торий Тh232 и изотоп калия К40. Радиоактивность осадочных пород, как правило, находится в прямой зависимости от содержания глинистого материала. Песчаники, известняки и доломиты имеют малую радиоактивность, наименьшую радиоактивность имеют каменная соль, ангидриты и угли. Для измерения интенсивности естественного гамма-излучения по стволу скважины пользуются скважинным прибором, содержащим индикатор г- излучения. В качестве индикатора используют газоразрядные сцинтилляционные счетчики. Газоразрядные счетчики представляет собой баллон, в который помещены два электрода. Баллон наполнен смесью инертного газа с парами высокомолекулярного соединения, находящейся под низким давлением. Счетчик подключается к источнику постоянного тока высокого напряжения - порядка 900 вольт. Действие газоразрядного счетчика основано на том, что г-кванты, попадая в него, ионизируют молекулы газового наполнителя. Это приводит к возникновению разряда в счетчике, что создаст импульс тока в цепи его питания. Гамма-каротаж. При прохождении через вещество гамма-кванты взаимодействуют с электронами и ядрами атомов. Это приводит к ослаблению интенсивности г -излучения. Основными видами взаимодействия гамма-квантов с веществом являются образование электрон-позитронных пар, фотоэффект, эффект Комптона (г -квант передает часть своей энергии электрону и изменяет направление движения). Электрон выбрасывается из атома. После нескольких актов рассеяния энергия кванта уменьшатся до величины, при которой он поглощается за счет фотоэффекта. Фотоэффект сводится к тому, что г -квант передает всю свою энергию одному из электронов внутренней оболочки и поглощается, а электрон выбрасывается за пределы атома. На показания ГГК значительное влияние оказывает скважина. Она уменьшает плотность среды, окружающей зонд, и приводит к увеличению показании ГГК пропорционально диаметру. Для уменьшения влияния скважины приборы ГГС имеют прижимные устройства и экраны, защищающие индикатор от рассеянного г -излучения бурового раствора. Облучение породы и восприятие рассеянного г -излучения в этом случае осуществляется через небольшие отверстия в экранах, называемые коллиматорами. Характерной особенностью диаграмм метода рассеянного гамма излучения является не прямая, а обратная связь с плотностью, что обусловлено размером зонда. Если бы индикатор размещался вблизи источника, среда с повышенной плотностью отмечалась бы и высокой интенсивностью рассеянного г -излучения.

Взаимодействие у-квантов с веществом существенно отличается от взаимодействия а- и р-частиц. В то время как заряженные частицы передают свою энергию электронам атомов при многократных процессах соударения, у-кванты отдают всю или, по крайней мере, большую часть своей энергии при однократном взаимодействии. Однако это взаимодействие очень мало, так что у-кванты обладают большей проникающей способностью, чем заряженные частицы.

При прохождении через вещество у-кванты взаимодействуют с электронами и ядрами, в результате их интенсивность уменьшается. К потерям энергии у-излучения приводят процессы, связанные с фотоэффектом, комптоновским рассеянием электронов в веществе и образованием электрон-позитронных пар. Вклад каждого процесса в ослабление у-излучения зависит от энергии у-квантов ядерного излучения и параметра Z вещества-поглотителя.

Вероятность потери энергии в процессе фотоэффекта и комптонов- ского рассеяния снижается с ростом энергии у-излучения, а вероятность образования электрон-позитронных пар растёт (начиная с энергии 1,02 МэВ) с повышением энергии у-кванта. Вероятность потери энергии у -квантов с ростом параметра Z пропорциональна Z - для комптоновского

рассеяния, Z 2 - для процессов образования электрон-позитронных пар и Z * - для процессов фотоэффекта. С ростом параметра Z и энергии у-излучения вероятность процессов увеличивается в ряду: фотоэффект - комптоновское рассеяние - возникновение электрон-позитронных пар.

Рис. 8. Различные механизмы взаимодействия у- излучения с веществом.

В области энергий до ю МэВ наиболее существенными процессами являются фотоэффект, эффект Комптона и образование электрон- позитронных пар. При энергии у-квантов больше ю МэВ превышается порог фотоядерных реакций и в результате взаимодействия фотонов с ядрами становятся возможны реакции типа (у,р), (у,п), (у,а). Сечения фотоядерных реакций в области энергий до юо МэВ составляют 1% полного сечения взаимодействия у-квантов с атомом. Фотоядерные реакции приходится учитывать в процессах преобразования фотонного излучения в веществе, так как вторичные заряженные частицы, такие как протоны и

а-частицы, могут создавать высокую плотность ионизации.

Рис. 9. Фотоэффект

Фотоэффект - явление, связанное с освобождением электронов твёрдого тела (или жидкости) под действием электромагнитного излучения.

При облучении вещества гамма- излучением, фотоэффектом называется такое взаимодействие у-кванта с атомом, при котором у-квант поглощается (исчезает), а из атома вырывается электрон. Одна часть энергии у- кванта Е ( расходуется на разрыв связи электрона с ядром 8е-, другая часть преобразуется в кинетическую энергию электрона Е е -

Таким образом, при фотоэффекте часть энергии первичного у-кванта преобразуется в энергию электронов (фотоэлектроны и электроны Оже), а часть выделяется в виде характеристического излучения.

После вылета фотоэлектрона в атомной оболочке образуется вакансия. Переход менее связанных электронов на вакантные уровни сопровождается выделением энергии, которая может передаваться одном}" из электронов верхних оболочек атома, что приводит к его вылету из атома (эффект Оже).

Фотоэффект происходит только тогда, когда энергия у-кванта больше энергии связи электрона в оболочке атома. Фотоэлектрон движется почти перпендикулярно направлению распространения поглощенного у-кванта. Фотоэлектрическое поглощение у-квантов увеличивается с ростом связанности электронов в атоме. Фотоэффект практически не наблюдается на слабо связанных электронах атома. При энергии у-кванта Е 1 >>е е - электроны можно считать свободными. Такой электрон не может поглощать у-квант. Это следует из законов сохранения энергии и импульса:

Из второго уравнения следует, что свободный электрон, поглотив у-квант, должен был бы двигаться со скоростью, в два раза большей скорости света, чего не может быть.

Фотоэффект в основном происходит на К- и L-оболочках атомов. Линейный коэффициент ослабления фотоэффекта резко уменьшается с увеличением энергии, и при энергиях свыше ю МэВ в свинце фотоэлектроны практически не возникают.

На слабо связанных атомных электронах происходит рассеяние у-квантов, называемое комптон-эффектом. Взаимодействие у-кванта с электроном в комптон-эффекте представляется как столкновение двух упругих шариков с массами ... _^и т е.

у с 2

Эффект Комптона - упругое рассеяние электромагнитного излучения малых длин волн (рентгеновского и у~ изл У чения) на свободных электронах, сопровождающееся увеличением длины волны Л. Этот эффект противоречии i классической теории, согласно которой при таком рассеянии А не должна меняться. Эффект Комптона подтвердил правильность квантовых представлений об электромагнитном излучении как о потоке фотонов. Его можно рассматривать как упругое столкновение двух частиц: фотона и электрона, при котором фотон передает электрону часть своей энергии (и импульса), вследствие чего его частота уменьшается, а Л увеличивается.

Эффект Комптона обратный - упругое рассеяние на электронах высокой энергии, приводящее к увеличению энергии (частоты) фотонов (уменьшению длины волны).

Комптоновская длина волны - величина, имеющая размерность длины и указывающая область проявления релятивистских квантовых эффектов. Для частицы массы т комптоновская длина волны Ao=h/mc, где h - постоянная Планка, с - скорость света. Для электрона Ло=3>86’Ю" и см, для протона Ло=2,Ю10Ч см.

Оже-эффект - эффект автоионизации атома, протекающий в два этапа: 1) образование вакансии (удаление электрона) в одной из внутренних оболочек атома при его облучении (например, быстрыми электронами); 2) заполнение этой вакансии электроном одной из вышележащих оболочек этого же атома и одновременный вылет другого электрона (оже-электрона) с этой или с ещё более высоколежащей оболочки. По энергии оже-электронов можно установить электронную структуру участвующих в оже-эффекте атомов.

В случае эффекта Комптона часть энергии у-кванта преобразуется в кинетическую энергию электронов отдачи, а часть энергии уносит рассеянный фотон. Вероятность рассеяния у-квантов в случае эффекта Комптона зависит от плотности атомных электронов n e ~Z. Рассеяние у-квантов происходит главным образом на слабосвязанных электронах внешних оболочек атомов. При этом линейный коэффициент ослабления комптон- эффекта пропорционален отношению Z/E r Поэтому с увеличением энергии доля рассеянных у-квантов уменьшается.

Комптоновское рассеяние можно описать законами классической физики. Энергия у-кванта

Так как угол рассеяния в может иметь различные значения, то энергия, передаваемая электрону, будет также различной. Электроны, выбиваемые в процессе эффекта Комптона, имеют поэтому сплошной энергетический спектр.

В случае тяжёлых ядер комптон-эффект начинает преобладать над фотоэффектом в области энергий Е (> 24-3 МэВ (в свинце комптон-эффект преобладает над фотоэффектом при энергиях выше 0,5 МэВ). Комптон- эффект слабее зависит от энергии Е ( по сравнению с фотоэффектом. Поэтому им можно пренебречь лишь в области энергий Е у >ю МэВ, где становится существенным эффект образования электрон-позитронных пар (при энергиях выше 50 МэВ комптон-эффектом всегда можно пренебречь).

Гамма-квант в поле ядра может образовать пару частиц: электрон и позитрон (рис. и). Вся энергия у-кванта преобразуется в энергию покоя электрона и позитрона 2т е с 2 и их кинетические энергии Е е - и Е е+ .

Рождение пар - обратный аннигиляции процесс, в котором возникают пары частица-античастица.

Аннигиляция - реакция превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных. Типичной является аннигиляция электрон-позитронной пары. При низких энергиях сталкивающихся электрона и позитрона, а также при аннигиляции их связанного состояния - позитрония - реакция аннигиляции даёт два или три фотона, в зависимости от ориентации спинов электрона и позитрона. При энергиях порядка нескольких МэВ становится возможной и многофотонная аннигиляция электрон- позитронной пары. При энергиях порядка сотен МэВ в процессе аннигиляции электрон-позитронной пары рождаются в основном адроны. Известна также аннигиляция протон-антипротонной и нейтрон-антинейтронной пар.

Для появления пары частиц закон сохранения энергии требует, чтобы энергия, затраченная в этом процессе, превышала удвоенную массу частицы: Е р =2тс 2 . Минимальная энергия Ер> необходимая для рождения пары данного типа, называется порогом рождения пар. Кроме того, для рождения пары необходимо выполнение других законов сохранения. Так, законом сохранения импульса запрещено рождение в вакууме электрон- позитронной пары одним фотоном, поскольку единичный фотон в любой системе отсчёта несёт конечный импульс, а электрон-позитронная пара в своей системе центра масс обладает нулевым импульсом. В поле ядра импульс и энергия у-кванта распределяются между электроном, позитроном и ядром без нарушений законов сохранения энергии и импульса. Масса ядра несравненно больше массы электрона и позитрона, поэтому ядро получает пренебрежимо малую долю энергии, а вся энергия у-кванта передаётся электрону и позитрону.

Рис. 11.

В случае образования электрон- позитронных пар баланс энергии имеет следующий вид (закон сохранения энергии):

где Е е - и Е е+ кинетические энергии электрона и позитрона.

Линейный коэффициент ослабления излучения по механизму образования пар пропорционален Z 2 / E r Этот эффект заметен в тяжёлых веществах при больших энергиях. Коэффициент становится отличным от нуля при пороговой энергии?,=1.02 МэВ. В области энергий Е. { >ю МэВ основную роль в ослаблении пучка у-квантов играет эффект образования пар, при этом основное поглощение у-квантов происходит в поле ядра.

Во всех трёх процессах взаимодействия первичного фотона с веществом часть энергии преобразуется в кинетические энергии электронов и позитронов, а часть - в энергию вторичного фотонного излучения.

Рассмотрим ослабление параллельного моноэнергетического пучка у-квантов в плоской мишени. Пусть на поверхность мишени перпендикулярно к ней падает поток у-квантов J 0 . Ослабление пучка радиации в веществе вызывается поглощением и рассеянием у-квантов. Рассеянный у- квант теряет часть своей энергии при столкновении с электронами и меняет направление своего распространения. На расстоянии х от внешней поверхности поток у-квантов ослабляется до величины J(x). В тонком слое мишени толщиной ch: из потока уводится dJ у-квантов. Величина d/ пропорциональна потоку J(x) на поверхности слоя и толщине слоя dx:

Знак минус в правой части уравнения показывает, что в слое поток уменьшается на d/ у-квантов. Перепишем уравнение в виде:

Коэффициент пропорциональности ц называют полным линейным коэффициентом ослабления излучения. Он имеет размерность см -1 и численно равен доле моноэнергетических у-квантов, выбывающих из параллельного пучка на единице пути излучения в веществе.

Поглощение у-квантов так же, как p-частиц, происходит по экспоненциальному закону:

однако для поглощения у-квантов этот закон соблюдается более строго.

В этом уравнении р= т+ е + т - линейный коэффициент ослабления в случае фотоэффекта, е - линейный коэффициент ослабления для комптон-эффекта, х - линейный коэффициент ослабления в случае эффекта образования пар. Численные значения т, о и х табулированы.

Линейный коэффициент фотопоглощения можно записать в виде:

где т е - характеризует часть коэффициента поглощения, приводящую к преобразованию первичной энергии фотона в кинетическую энергию электрона. T s - характеризует преобразование энергии первичных фотонов в энергию характеристического излучения.

Линейный коэффициент фотоэлектрического поглощения пропорционален отношению:

Величина т резко уменьшается с ростом энергии и при Е (> ю МэВ фотоэлектроны практически не образуются.

В случае эффекта Комптона часть энергии у-кванта преобразуется в кинетическую энергию электронов отдачи, а часть энергии уносит рассеянный фотон. Аналогично фотоэффекту" линейный коэффициент комптонов- ского взаимодействия можно представить в виде:

где е е и?$ имеют тот же смысл, что т е и т я в случае фотоэффекта.

Вероятность рассеяния у-квантов в случае эффекта Комптона зависит от плотности атомных электронов п е - Z. Линейный коэффициент ком-

птоновского рассеяния г - Z/E. r Поэтому с увеличением энергии число рассеянных у-квантов уменьшается.

Рис. 12. Кривая ослабления у-излучения в веществе: а - обычный масштаб; б - логарифмический масштаб.

Если через х обозначить линейный коэффициент эффекта образования пар, то часть коэффициента Хе> характеризующая преобразование энергии первичного фотона в кинетическую энергию электрона и позитрона, определяется соотношением:

Линейный коэффициент эффекта образования пар у= Z 2 E r

В области энергий?.,>10 МэВ основную роль в ослаблении пучка у-квантов играет эффект образования пар.

Таким образом, во всех трёх процессах взаимодействия первичного фотона с веществом часть энергии преобразуется в кинетические энергии электронов и позитронов, а часть - в энергию вторичного фотонного излучения.

Вещества с одинаковыми эффективными порядковыми номерами имеют равные массовые коэффициенты ослабления. Так, массовые коэффициенты ослабления воды, кислорода, азота, воздуха, углерода и живой

ткани мало отличаются друг от друга, так как их эффективные порядковые номера близки по величине.

Рис. 13. Зависимость толщины слоя свинца, при которой интенсивность у-излучения уменьшается наполовину, от энергии у- излучения.

Среднее расстояние, проходимое фотоном в веществе до взаимодействия с ним, называется средней длиной свободного пробега и равно i/ц. Проникающая способность улучвй характеризуется толщиной слоя поглотителя (в г/см 2), при которой интенсивность излучения уменьшается наполовину. Эту величину называют толщиной слоя полупоглощения, Ai/ 2 =o,693/p. При семикратной (по отношению к слою полупоглощения) толщине барьера интенсивность уменьшается до 1% от первоначального значения, при десятикратной - до 0,1%.

Полный линейный коэффициент ослабления зависит от плотности, порядкового номера вещества, а также от энергии у- квантов:

Вклад каждого из трёх процессов (фотоэффект, комптон-эффект и образование пар) в общий процесс поглощения излучения веществом зависит от энергии у-квантов и порядкового номера поглотителя.

Рис. 14. Относительная роль трех эффектов поглощения фотонов: а - область преобладания фотоэлектрического эффекта; б - область преобладания комптоновского эффекта; в - область преобладания эффекта образования пар.

На рис. 14 показаны области энергии у-квантов, в которых преобладает тот или иной процесс поглощения фотонов. В точках левой кривой комптон-эффект равен фотоэффекту, в точках правой кривой комптон-эффект равен эффекту" образования пар. Фотоэлектрическое поглощение - основной процесс уменьшения интенсивности у-излучения в тяжёлых элементах при малой энергии Y _KBaHT0B - При прохождении у-лучей любых энергий через лёгкие вещества основным видом взаимодействия будет комптоновское рассеяние. Образование пар составляет значительную долю в суммарном коэффициенте ослабления для жёсткого у-излучения и тяжёлых поглощающих веществ.

Энергетические зависимости коэффициентов поглощения т, о и х от энергии у-излучения для алюминия и свинца представлены на рис. 15. С ростом энергии коэффициент т резко уменьшается, величина коэффициента а снижается, но медленнее, чем т, коэффициент образования пар растет с повышением энергии, начиная с 1,02 МэВ. С ростом атомного номера вещества поглотителя фотоэффект возрастает пропорционально Z*, комптон-эффект - пропорционально Z, эффект образования пар - пропорционально Z 2 .

Рис. 15.

Табл. 3. Интервалы энергий фотонов, в которых один из процессов взаимодействия является преобладающим.

В свинце полный линейный коэффициент ослабления с увеличением энергии сначала уменьшается, принимая минимальное значение при энергии з МэВ, а затем увеличивается. Такой ход кривой объясняется тем, что при низких энергиях (

Полный линейный коэффициент ослабления у-излучения часто подразделяют на две составляющие:

где ц е = т + у, p s = ? - линейный коэффициент рассеяния.

Коэффициент [Хс называют коэффициентом истинного поглощения или коэффициентом электронного преобразования. Он определяет долю энергии у-излучения, переданную электронам и позитронам в слое вещества. Линейный коэффициент рассеяния, p s , определяет долю энергии у-излучения, преобразованную в энергию вторичного у-излучения.

Используя линейный коэффициент поглощения, легко рассчитать энергию излучения Е, поглощенную в единице объёма вещества. Если поток моноэнергетических у-квантов с энергией Е у равен Ф, то:

Если точечный источник у-излучения находится в вакууме, то плотность потока у-излучения J будет меняться с изменением расстояния R до источника по закону:

Если точечный источник у-излучения помещен в вещество, то на ослабление плотности потока моноэнергетических у-квантов влияет и взаимодействие с веществом, и увеличение расстояния:

Это соотношение не учитывает вклад в интенсивность рассеянного излучения. Рассеянные у-кванты после многократных столкновений с электронами могут выйти из вещества. В некую точку, расположенную после защитного слоя, попадают как первичные, так и рассеянные у-кванты. Тогда гпптнпшрнир (qqI ППННММЯРТ Run -

Величина В называется фактором накопления. Она обычно определяется экспериментально.

Фактор накопления излучения - величина, показывающая во сколько раз данная характеристика поля для рассеянного и нерассеянного излучения больше, чел* только для нерассеянного. Зависит от характеристик источника, (геометрии, углового распределения и энергетического состава), характеристик защиты (геометрии и толщины защиты, атомного номера материала среды), взаимного расположения источника, защиты и детектора и т.д.

Пути пробега у-квантов в воздухе измеряются сотнями метров, в твёрдом веществе - десятками сантиметров и даже метрами. Проникающая способность у-излучения увеличивается с ростом энергии у-квантов и уменьшается с увеличением плотности вещества-поглотителя.

Наряду с рассмотренными выше видами взаимодействия у-квантов с веществом при высоких энергиях могут происходить также ядерные реакции, главным образом (у,п) реакции. Эти реакции имеют небольшие сечения и практически не влияют на интенсивность у-излучения.

Считается, что ядерный гамма-квант - это квант электромагнитного излучения с энергией, лежащей в диапазоне 10 КэВ - 10 МэВ, испускаемый ядром. Гамма-квант можно рассматривать как частицу без массы и заряда, перемещающуюся со скоростью света. Несмотря на отсутствие заряда, гамма-кванты способны взаимодействовать с веществом, главным образом с электронами в атомах. Существуют три вида взаимодействия гамма-квантов с электронами: фотоэффект, комптоновское рассеяние и образование электрон-позитронных пар.

Фотоэффект - взаимодействие, при котором энергия гамма-кванта полностью (исключая энергию связи электрона в атоме) переходит в кинетическую энергию электрона. При этом гамма-квант исчезает, а электрон теряет свою энергию на ионизацию атомов, образуя определенное количество свободных зарядов. Существенным является тот факт, что именно вся энергия гамма-кванта (за исключением очень малой ее части) переходит к электрону, а потом преобразуется в энергию свободных зарядов. Количество свободных зарядов пропорционально энергии электрона, а, стало быть, и гамма-кванта. Поэтому, измерив заряд, образовавшийся в веществе, можно определить энергию гамма-кванта.

К сожалению, с двумя другими типами взаимодействий дело обстоит гораздо сложнее. При комптоновском рассеянии гамма-кванта на электроне гамма-квант передает лишь часть своей энергии электрону и при этом не исчезает. Таким образом, получаются гамма-квант меньшей энергии и электрон. Часть энергии, передаваемая гамма-квантом электрону, зависит от углов разлета гамма-кванта и электрона после взаимодействия.

Это означает, что знание энергии электрона после комптоновского рассеяния не дает никакой информации о начальной энергии гамма-кванта.

Образование электрон -позитронных пар происходит, если энергия гамма-кванта превышает 1.022 Мэв. При этом образуются электрон и позитрон, а гамма-квант исчезает. Электрон затем теряет свою энергию в среде, а позитрон аннигилирует, испуская два гамма-кванта с энергией 0.511 Мэв. В свою очередь, вылетевшие гамма-кванты участвуют в процессах фотопоглощения и комптоновского рассеяния. При образовании пар, таким образом, тоже нельзя получить информацию об энергии первичного гамма-кванта.

Идеальный детектор должен преобразовывать всю энергию гамма-кванта в электрический импульс, величина которого прямо пропорциональна энергии кванта, поэтому из всех трех процессов взаимодействия гамма-квантов с веществом наиболее информативным является фотоэффект.

Для получения хороших результатов при измерении активности необходимо сделать число взаимодействий, проходящих по каналу фотоэффекта, максимальным, уменьшив число остальных двух видов, которые мешают регистрации. Поскольку вероятность фотоэффекта в зависимости от среднего заряда атомов вещества (Z) увеличивается пропорционально (Z4) - (Z5) степени, то необходимо использовать в детекторах вещества с максимальным Z.

Конечно, все процессы взаимодействия могут иметь место даже для одного гамма-кванта. Например, образовав пару, гамма-квант исчез, позитрон аннигилировал, произведя два гамма-кванта по 0.511 МэВ, из которых один комптоновски рассеялся, а другой поглотился но фотоэффекту. Если энергия гамма-кванта менее 100 КэВ, то главным процессом является фотоэффект, при энергии больше 100 КэВ доля рассеянных гамма-квантов увеличивается, а при энергии, большей 1.022 МэВ, начинает вносить вклад образование пар.

На рисунке Рис.1.6.1 представлены вероятности всех процессов в зависимости от энергии гамма-квантов для NaI - кристалла, используемого в сцинтилляционных детекторах.

Итак, для того, чтобы определить энергию гамма-кванта, необходимо измерить заряд, образующийся в детекторе при полном поглощении гамма-кванта.

Взаимодействие гамма - квантов с веществом коренным образом отличается от взаимодействия заряженных частиц.

Прежде всего, для гамма - квантов неприменимо понятие замедления. Скорость их не зависит от энергии и равна примерно 300000 км/с. Кроме того, они не имеют заряда и поэтому не испытывают замедляющего кулоновского взаимодействия.

Тем не менее, для г - квантов эффективное взаимодействие может проявляться уже на расстоянии десятых долей ангстрема (1А = 10 -8 см). Такое взаимодействие происходит при прямом столкновении г - кванта с атомным электроном или ядром. Гамма - квант своим электромагнитным полем может провзаимодействовать, с электрическими зарядами этих частиц и передать им при этом полностью или частично свою энергию.

Рис. 7.2.

Удельная ионизация, создаваемая гамма-квантами, приблизительно в 5·10 4 раза меньше удельной ионизации альфа-частиц и в 50 раз меньше удельной ионизации бета-частиц. Соответственно и проникающая способность гамма-излучений больше. Взаимодействия фотонов с веществом могут быть классифицированы по двум основным признакам:

• 1) по типу частицы, с которой взаимодействует фотон (атом, электрон, атомное ядро),
• 2) по характеру взаимодействия (поглощение, рассеяние, образование пар).

В области энергий от 0,5 до сотен МэВ главную роль в потере энергии г - квантов играют 4 процесса, вызывающие ослабление интенсивности г - излучения: когерентное рассеяние, фотоэффект, комптоновское рассеяние и образование электронно-позитронных пар (рис.5.2).

Остановимся подробнее на рассмотрении основных процессов, сопровождающих прохождение гамма- излучения через вещество.

Cлайд 1

Cлайд 2

Cлайд 3

Cлайд 4

Cлайд 5

Cлайд 6

Cлайд 7

Cлайд 8

Cлайд 9