Ионизирующее излучение и его взаимодействие с веществом
Взаимодействие гамма-излучения с веществом
Рентгеновское и гамма-излучение
Энергия |
1 кэВ…100 МэВ |
Длина волны |
1 … 10-5 нм |
Взаимодействие фотонов с веществом
Фотоэлектри- |
|
Рассеяние |
|
Образование |
|
Фотоядерные |
ческий эффект |
|
|
e- - е+ пар |
|
реакции |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Свободными |
|
Связанными |
|
В поле |
|
В поле |
электронами |
|
электронами |
|
ядра |
|
электрона |
|
|
|
|
|
|
|
Комптоновское Когерентное Некогерентное (Рэлеевское)
Томсоновское
2
Схема фотоэлектрического эффекта
Процесс, при котором энергия налетающего фотона полностью поглощается одним из атомарных электронов.
Поглощение фотона |
Вылет фотоэлектрона |
g 
KLM
N
KLM
N
•Поглощение гамма-кванта свободным электроном невозможно: не могут быть одновременно выполнены законы сохранения энергии и импульса
•Связь электрона принципиально важна: чем он сильнее связан с атомом, тем более вероятным является его участие в фотопоглощении
3
Сечение фотоэффекта
Гайтлер ():
Заутер ():
4
Вклады отдельных оболочек
Вклады внутренних оболочек урана
90% |
U |
|
|
|
|
|
|
80% |
|
|
|
70% |
|
|
K |
|
|
L1 |
|
|
|
|
|
60% |
|
|
L2 |
|
|
L3 |
|
|
|
|
|
50% |
|
|
M1 |
|
|
M2 |
|
|
|
|
|
40% |
|
|
M3 |
|
|
M4 |
|
30% |
|
|
M5 |
|
|
L |
|
|
|
|
M |
20% |
|
|
|
10% |
|
|
|
0% |
|
|
|
1.0E+03 |
1.0E+04 |
1.0E+05 |
1.0E+06 |
E, эВ
К -обол очки |
|
Доля К-оболочки |
|
|
|
||||||
|
|
|
(на К-крае) |
|
|
|
|
||||
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оля |
0.95 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.85 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.700 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
5
Z - з а в и с и м о с т и
Зависимость сечения фотоэффекта от атомного номера
пе н ь |
|
|
|
Средние и |
С т е |
5.5 |
|
|
|
|
|
|
тяжелые |
|
|
5.0 |
|
|
атомы: |
|
|
|
|
|
|
4.5 |
|
|
|
|
4.0 |
|
1-92 |
|
|
|
|
|
|
|
3.5 |
|
1-13 |
|
|
|
40-92 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3.0 |
1.0E+00 |
1.0E+01 |
1.0E+02 |
|
1.0E-01 |
|||
|
|
|
Энергия, МэВ |
|
6
Угловое распределение фотоэлектронов
Лоренц- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фактор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Угловое распределение фотоэлектронов |
|
||||||||
10 |
|
|
|
|
|
|
|
МэВ |
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
||
8 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
0.5 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
0.05 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
0.01 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
0 |
|||||||||
7 |
* Sauter F. (1931), “Uber den atomaren Photoeffekt in der K-Schale nach der relati ¨ vistischen Wellenmechanik Diracs”, Ann. Phys. 11, 454–488. |
Релаксация атома после фотоэффекта
Вылет фотоэлектрона
KL |
|
MN |
|
Релаксация |
|
Радиационные переходы: |
Безрадиационные переходы: |
Характеристическое излучение |
Электроны Оже |
|
- |
KLM
N
KLM
N
KLM
N
8
Взаимодействие фотонов с веществом
Фотоэлектри- |
|
Рассеяние |
|
Образование |
|
Фотоядерные |
ческий эффект |
|
|
e- - е+ пар |
|
реакции |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Свободными |
|
Связанными |
|
|
|
|
|
|
В поле |
|
В поле |
||
электронами |
|
электронами |
|
ядра |
|
электрона |
|
|
|
|
|
|
|
Комптоновское Когерентное Некогерентное (Рэлеевское)
Томсоновское
9
Рассеяние на свободном электроне. Эффект Комптона
Рассеянный фотон
• Сохранение энергии
Налетающий фотон |
• Сохранение импульса |
Свободный электрон
Электрон отдачи
10