Радиационные Взаимодействия

Работа любого детектора излучения, в основном, зависит от способа, по которому регистрируемое излучение взаимодействует с веществом датчика. Понимание работы детектора определенного типа основано на знании фундаментальных механизмов, с помощью которых излучение различных типов взаимодействует с веществом и теряет энергию в детекторе. По этой тематике есть множество работ; классический текст Evans,¹ - это только одна из них, послужившая стандартным пособием более чем на несколько десятилетий.

Для дальнейших обсуждений удобно выделить четыре основных категории излучения, введенных в Главе 1 в виде следующей схемы:

Заряженные частицы Незаряженные частицы (излучение)

Тяжелые заряженные частицы <= Нейтроны (характерное расстояние 10 -5 м) (характерная длина 10 -1 м)

Быстрые электроны <= Рентгеновские- и гамма - лучи (характерное расстояние 10 -3 m) (характерная длина 10 -1 m)

Названия в левой колонке представляют заряженные частицы излучения, которые, из-за своего электрического заряда, непрерывно взаимодействуют благодаря кулоновским силам с электронами среды, через которую они проходят. Излучение в правой колонке - является незаряженным, и, поэтому, не подвергается кулоновскому взаимодействию. Вместо кулоновского взаимодействия это излучение должно сначала подвергнуться "catastrophic" разрушающему взаимодействию (обычно с участием ядра атома), которое радикально изменяет свойства падающего излучения при единичном столкновении. Во всех случаях взаимодействие приводит к полной или частичной передаче энергии падающего излучения электронам или ядрам атомов, или заряженной частице продуктов ядерных реакций. Если взаимодействие не происходит внутри детектора, излучение, не имеющее заряда (например, нейтроны или гамма - кванты), может пройти полностью через объем детектора, даже не зарегистрировавшись.

Знаки «следовательно», показанные в строчках диаграммы, иллюстрируют результаты таких "catastrophic" разрушающих взаимодействий. Рентген- или гамма- лучи, с участием процессов, описываемых в этой главе, могут передать всю или часть энергии электронам среды. Возникающие вторичные электроны – это то же самое, что и излучение быстрых электронов (бета-частиц), которое обсуждалось в Главе 1. Приборы, разработанные для детектирования гамма-лучей, сделаны так, чтобы способствовать такому взаимодействию и полностью останавливать получающиеся вторичные электроны так, чтобы вся их энергия вносила вклад в выходной сигнал. В другой строке диаграммы – нейтроны. Они взаимодействуют таким образом, что производят вторичные тяжелые заряженные частицы, которые, в этом случае, являются причиной появления выходного сигнала.

Также, в диаграмме перечислены порядки величин для характерного расстояния проникновения, или средней длины пробега частиц (свободного пробега) в твердых телах для типичной энергии излучения каждой из категорий.