Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого

Президента России Б.Н. Ельцина»

Физико-технологический институт

Кафедра радиохимии и прикладной экологии

Лабораторная работа №1.2

Взаимодействие γ – излучения с веществом

Преподаватель		Недобух Т.А.
Студенты		Хитрых А.В. Сапунов А.Г.
Группа		Фт – 320016

Екатеринбург

2025г.

Цель работы: Изучить зависимости массового коэффициента ослабления и слоя половинного ослабления от энергии γ-излучения и вида поглотителя.

Задачи:

1. Измерить фон сцинтилляционного детектора

2. Измерить скорость счёта γ-излучения

3. Построить кривых ослабления, обработать полученные зависимости, рассчитать массовые коэффициенты ослабления для γ-излучения.

Теоретическая часть

Различают три основных механизма взаимодействия электромагнитного излучения (том числе и гамма-излучение) с веществом: фотоэффект, эффект Комптона и образование квантом электромагнитного поля в электрическом поле атома пары электрон + позитрон.

При фотоэффекте вся энергия фотона hν поглощается атомом и затем передается связанному электрону, который вылетает с 14 энергией Е_e = Е_ф – Е_с (Е_ф – первоначальная энергия фотона, Е_с – энергия связи электрона). Процесс фотоэффекта невозможен при взаимодействии фотона со свободным (не связанным с атомом) электроном. Этот процесс особенно существен для "тяжелых" веществ, где он преимущественно протекает даже при высоких энергиях гамма-квантов. В "легких" веществах фотоэффект становится заметен только при небольших энергиях гамма-квантов. В общем случае с ростом энергии фотонов вклад этого эффекта быстро убывает и при значениях Е_ф порядка нескольких МэВ более вероятным процессом становится упругое рассеяние фотонов свободными электронами (или слабосвязанными, если можно пренебречь влиянием связи атомных электронов с ядром). В этом случае взаимодействие фотона и электрона можно описать просто как столкновение двух частиц. Это наблюдается при так называемом эффекте Комптона. Фотон при столкновении с электроном передает ему часть своей энергии и отклоняется при этом на некоторый угол от своего первоначального направления. Электрон, получив импульс, приходит в движение под углом, отличным от 0, к тому же направлению. Вероятность эффекта Комптона пропорциональна Z/Е_ф и медленно уменьшается с ростом Е_ф = hν₀. Если энергия фотонов гамма- или рентгеновского излучения превысит 2m₀с² (здесь m₀ – масса покоя электрона, с – скорость света в вакууме), то в этом случае в поле ядра возможно образование пары электрон-позитрон. Вероятность процесса образования пар пропорциональна Z²·ln2·Е_ф. Возникновение электрон-позитронной пары возможно только при соблюдении неравенства Е_ф ≥ 2m₀с² = 1,02 МэВ. Позитрон, возникший в паре с электроном, может испустить тормозной фотон, а после замедления с большой вероятностью будет аннигилировать в веществе (взаимодействуя с электроном) с испусканием двух фотонов, энергия которых равна 0,511 МэВ, если аннигиляция происходит в состоянии покоя. Если вторичный фотон сам имеет энергию, превышающую 2m₀с², то процесс повторяется снова и т.д.