5.3.2 Комптоновское рассеяние
При повышении энергии г – квантов (>0,6 МэВ) основное значение при прохождении г – квантов через вещество приобретает эффект Комптона, или комптоновское рассеяние. Комптоновским рассеянием называется упругое рассеяние фотонов на свободных электронах. Электрон можно считать свободным, если энергия г – квантов во много раз превышает энергию связи электрона.
В
результате комптон-эффекта вместо
первичного фотона с энергией Ег,
появляется рассеянный фотон с энергией
,
а электрон, на котором произошло
рассеяние, приобретает кинетическую
энергию
Ее- = Ег – Ег.
Процесс комптоновского рассеяния заключается в том, что фотон передает лишь часть своей энергии электрону, чаще всего внешнему, слабо связанному, а вместо первичного г – кванта появляется рассеянный г – квант с меньшей энергией.
Рассеянный г – квант Ег >>Е св.е
Комптоновский электрон
В противоположность фотоэффекту в
Ег = ħ·н ~2 МэВ
В идеальном случае комптоновское рассеяние происходит именно на свободных электронах. Строго говоря, таких электронов в веществе нет, однако при Ег >>Есв.е электрон можно считать практически свободным.
Процесс комптоновского рассеяния заключается в том, что фотон передает лишь часть своей энергии электрону, чаще всего внешнему, слабо связанному, а вместо первичного г – кванта появляется рассеянный г – квант с меньшей энергией.
Вероятность комптоновского рассеяния пропорциональна Z вещества поглотителя и убывает с ростом энергии фотонов, но медленнее, чем вероятность фотоэффекта. При комптоновском рассеянии преобладает направление вылета электронов отдачи вдоль первоначального направления движения г – кванта. Начиная с энергии 0,6 МэВ, комптоновское рассеяние, даже при прохождении через слои тяжелых элементов, преобладает над фотоэффектом. Явление Комптона также сопровождается ионизацией среды, в которой распространяется гамма – излучение.
5.3.3 Образование электрон-позитронной пары
Наряду с фотоэффектом и эффектом Комптона существует третий вид взаимодействия г – квантов с веществом - рождение электрон-позитронной пары.
Образование пары происходит при взаимодействии электромагнитного поля фотона с электрическим полем ядра. При этом фотон исчезает, а его энергия превращается в энергию покоя двух новых частиц электрона и позитрона. Этот процесс может происходить, если энергия г – квантов больше 1,02 Мэв (массы покоя обеих частиц). Вероятность этого эффекта пропорциональна Z2 и при возрастании Eг cначала быстро увеличивается, а затем скорость нарастания уменьшается.
5.3.4 Когерентное рассеяние
В случае когерентного рассеяния (бреговского, релеевского рассеяния) гамма –излучение поглощается и немедленно вновь испускается атомом без изменения энергии, но в другом направлении. Когерентно рассеяние излучение может давать интерференционные картины, поэтому этот процесс, как и рентгеновское излучение, используют для структурного анализа. Вероятность когерентного рассеяния увеличивается пропорционально квадрату атомного номера поглотителя и уменьшается с ростом энергии гамма- квантов. Например, в свинце доля когерентного рассеяния составляет 20% полного поглощения г – излучения с энергией 0,1 МэВ и снижается с увеличением энергии.