3. Закон послаблення інтенсивності гамма-квантів при проходженні через речовину

Нехай перпендикулярно до поверхні речовини (поглинача) падає вузький пучок γ–квантів з інтенсивністю A. Внаслідок взаємодії γ–квантів з речовиною частина з них втрачається з пучка за рахунок поглинання або розсіювання. Після проходження γ–квантів через поглинач товщиною dх інтенсивність пучка зменшиться на величину dA.

, (9)

де σ – повний ефективний переріз взаємодії гамма-квантів з атомами, n - число атомів в 1 см³ поглинача. Після інтегрування виразу (9) одержимо, так звану, експоненціальну формулу:

, (10)

де A(x) – інтенсивність γ–пучка після проходження поглинача товщиною x, А(0) – інтенсивність пучка до попадання на поглинач, μ – лінійний коефіцієнт поглинання γ–квантів.

Повний ефективний переріз взаємодії гамма-квантів з речовиною σ залежить від енергії γ–квантів, характеристик середовища і дорівнює сумі перерізів фотоефекту, ефекту Компотна та процесу утворення пар:

σ = σ_ф + σ_к+ σ_п. (11)

Добуток σ·n для певного поглинача називається лінійним коефіцієнтом послаблення (поглинання) і позначається символом μ.

Експоненціальна формула (10) справедлива тільки для монохроматичного вузького пучка гамма-квантів. У випадку широкого пучка і гамма–квантів різних енергій формула набуває складнішого виду:

. (12)

З експоненціальної формули можна зробити висновок, що для гамма-випромінювання не можна підібрати шар речовини, який би повністю поглинав γ–кванти, і тому часто для порівняння різних речовин користуються шаром напівпоглинання d_1/2, тобто такою товщиною поглинача, що зменшує інтенсивність пучка у 2 рази:

. (13)

На рис. 3 приведено графік залежності коефіцієнтів послаблення μ від енергії γ–квантів у свинцю (Pb) у інтервалі енергій 0–100 МеВ. Також вказано коефіцієнти послаблення μ_ф, μ_к, μ_п за рахунок фотоефекту, ефекту Комптона та процесу утворення пар для свинцю.

Рис. 3. Залежність коефіцієнтів поглинання γ–випромінювання

Від енергії Eg для свинцю.

У таблиці 2Д у додатку приведено значення повних коефіцієнтів поглинання гамма –квантів для різних речовин у залежності від енергії.

Експериментальна установка

Експериментальна установка складається з коліматора, пристрою, що служить для формування вузького пучка гамма–квантів, набору поглиначів із заліза, алюмінію, свинцю, сцинтиляційного спектрометра. На рис. 4 приведено схему установки.

Рис. 4.

1 - джерело γ–квантів, 2 – корпус коліматора, 3 – канал коліматора для формування вузького пучка γ–квантів, 4 – набір поглиначів, 5 – розсіяні γ–кванти, 6 – прямий пучок γ–квантів, 7–сцинтиляційний детектор – спектрометр, 8 – реєструючий прилад типу БР–1, який включає джерела живлення ФЕП, підсилювач та одноканальний амплітудний аналізатор з перерахунковим пристроєм.

Як видно з рис. 4 поглинаючі розміщуються поблизу вихідного отвору коліматора на максимально можливій відстані від детектора гамма-квантів. У такий спосіб ми забезпечуємо так звані „добрі” геометричні умови вимірів. Якщо поглиначі розмістити поблизу лічильника, розсіяні за рахунок ефекту Комптона гамма-квантів можуть попасти у лічильник і результати вимірів будуть одержані у „поганих” геометричих умовах. На рис. 4 показано приклад "добрих" геометричних умов експерименту, а на рис. 5 приклад „поганих”·

Рис. 5.