Вопрос 8
Взаимодействие рентгеновского и гамма излучения с веществом происходят посредством трех основных процессов: фотоэлектрического поглощения (фотоэффекта), рассеяния и эффекта образования пар.
18.3.1. Фотоэффект. (см. так же 14.1.1.)
При фотоэффекте рентгеновский или гамма-квант передает всю энергию электрону атома. При этом, если электрон получает энергию, большую, чем энергия связи его в атоме, то он вылетает из атома. Этот электрон называется фотоэлектроном. При потере атомами фотоэлектронов освободившиеся места в электронных оболочках в дальнейшем заполняются электронами с внешних оболочек. Переход электронов на более близкую к ядру оболочку сопровождается испусканием кванта характеристического излучения, которое можно зарегистрировать, например, фотоэмульсией.
США патент 3 580 745: Способ и устройство для маркировки банок в контейнере путем облучения чувствительной эмульсией. Перед упаковкой в транспортировочный картонный контейнер торец каждой банки покрывают чувствительной к облучению эмульсией. Банки, упакованные в контейнер облучают рентгеновскими или гамма-лучами. При этом, покрытие эмульсией торцы банок облучаются через экран с прорезями, имеющими форму маркировочных обозначений (например цены). Таким образом, маркировка упакованных в картонный контейнер банок осуществляется без вскрытия этого контейнера и последующей индивидуальной маркировки каждой банки.
При малых энергиях квантов (Е 0,5 Мэв) фотоэлектроны вылетают преимущественно в направлениях, перпендикулярных направлению распространения излучения. Чем выше энергия квантов, тем ближе к их первоначальному направлению движение выбрасываемых фотоэлектронов. Процесс образования фотоэлектронов приводит к ионизации облучаемого вещества, что находит большее применение для интенсификации различных технологических процессов.
А.с. 241 010: Способ получения поликарбонилфторида полимеризацией тиокарбонилфторида, отличающийся тем, что с целью упрощения процесса и получения более чистого полимера, полимеризацию осуществляют под действием гамма излучения Со 60.
А.с. 375 295: Способ получения алкилгалогенидов германия взаимодействием четырехгалоидного германия с триалкалгерманием при нагревании, отличающийся тем, что с целью увеличения выхода и чистоты целевого продукта, процесс ведут пригамма облучении.
18.3.2. Рассеяние рентгеновского и гамма излучения.
Различают два основных процесса рассеяния: комптоновское или кекогерентное (Комптон эффект) и корентное рассеяние.
При Комптон-эффекте происходит упругое соударение первичного кванта со свободным электроном вещества. комптоновское рассеяние представляет собой взаимодействие кванта с электроном, при котором, в отличии от фотоэффекта, квант передает электрону не всю энергию, а только ее часть, отклоняясь при этом от своего первоначального направления в некоторый угол а электрон, получивший некоторое количество энергии, начинает двигаться под углом к направлению движения рентгеновского или гамма-кванта. В результате Комптон-эффекта появляется рассеянный квант большей длиной волны, изменившей первоначальное направление, и электрон отдачи (комптоновский электрон), получивший часть энергии кванта. Комптоновские электроны характеризуются непрерывным спектром от ничтожно малых значений до максимальной величины (если они выбрасываются в направлении движения кванта).
18.3.3. В случае, если энергия кванта сравнима с энергией связи электрона в атоме, происходит когерентное рассеяние квантов. При этом, когда электромагнитная волна встречается с электроном, последний начинает колебаться с частотой этой волны и излучает: энергию в виде рассеянной волны. Энергия кванта при этом не изменяется. Движение электронов в атоме взаимосвязано, поэтому излучение, рассеянное одним электроном, будет интерферировать с излучением, рассеянным другими электронами этого же атома. Рассеянные гамма кванты несут информацию о структуре облучаемого вещества, поэтому рассеянное излучение можно использовать для различных измерительных целей.
А.с. 120 675: Способ определения угла смачивания и поверхностного или межфазового натяжения непрозрачных систем при высоких температурах фотографирование контура, которое осуществляется в пучках мягких гамма лучей полученных от радиоактивных изотопов, например иридия 192, тулия 170 или европия 154 или 156.
18.3.4. Эффект образования пар.
При взаимодействии с атомами ядра кванты рентгеновского и гамма излучения достаточно высокой энергии (не менее 1,02 Мэв) вызывают одновременное появление электронов и позитронов. Процесс образования электронно-позитронных пар происходит в поле атомного ядра или поле электрона. Позитрон существует лишь очень короткий промежуток времени; вслед за образованием пары наблюдается явление аннигиляции - исчезновение позитрона и какого либо электрона среды, сопровождаемое излучением двух квантов с энергией 0,51 Мэв.