Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Взаимодействие гамма-квантов с веществом.

Читайте также:
  1. C 231 П (Взаимодействие токов. Закон Б-С-Л)
  2. I. Сближение и дистантное взаимодействие половых клеток
  3. S234 П Сингл (сила Ампера, взаимодействие токов)
  4. А. Взаимодействие альфа- и бета-излучения с веществом.
  5. Б. Взаимодействие гамма-излучения с веществом.
  6. Благоприятное взаимодействие между травами и садово-огородными культурами
  7. Взаимодействие

К γ-излучению относят электромагнитные волны, испускаемые при ядерных превращениях или аннигиляции частиц. В квантовой теории это излучение представляет собой поток частиц, называемых γ-квантами. Нижний предел энергии γ-квантов имеет порядок десятков килоэлектронвольт (кэВ). Естественного верхнего предела энергии нет.

В основе поглощения g-излучения веществом лежит электромагнитное взаимодействие.

При прохождении пучка γ-квантов через вещество они вступают во взаимодействие с атомами и вызывают ряд явлений, при этом γ-квант или поглощается целиком, или теряет часть своей энергии, изменяя направление распространения. Реализация того или иного механизма взаимодействия g-квантов с веществом носит вероятностный характер и зависит как от свойств самого g-излучения (его энергии), так и от свойств вещества (например, его плотности и элементного состава).

Известно большое число различных взаимодействий γ-излучения с веществом. Практический же интерес представляют следующие три процесса: фотоэлектрическое поглощение γ-кванта (фотоэффект), рассеяние γ-кванта на электронах (комптон-эффект) и рождение γ-квантом электрон-позитронных пар (эффект образования пар).

Фотоэффект. Если энергия γ-кванта больше энергии связи электрона оболочки атома, происходит фотоэффект. Это явление состоит в том, что фотон целиком поглощается атомом, а один из электронов атомной оболочки выбрасывается за пределы атома. Используя закон сохранения энергии, можно определить кинетическую энергию фотоэлектрона Eе:

Eе = Eγ - Ii - En,

где Ii − ионизационный потенциал оболочки атома, из которой выбивается электрон; En − энергия отдачи ядра, Eγ − энергия гамма-кванта. Величина энергии отдачи ядра обычно мала, поэтому ею можно пренебречь. Тогда энергия фотоэлектрона определится соотношением Eе = Eγ − Ii, где i = K, L, M,... − индекс электронной оболочки. Зависимость сечения фотоэффекта от атомного номера Z вещества поглотителя сильное: σph ~ Z5. Фотоэффект является главным процессом, ответственным за поглощение -квантов в области малых энергий. В области энергий Eγ< 0.5 МэВ величина эффективного сечения фотоэффекта очень резко спадает с ростом энергии гамма-квантов: .

Комптон-эффект − это рассеяние -квантов на свободных электронах. Электрон можно считать свободным, если энергия -квантов во много раз превышает энергию связи электрона. В результате комптон-эффекта вместо первичного фотона с энергией Eγ появляется рассеянный фотон с энергией E'γ< Eγ, а электрон, на котором произошло рассеяние, приобретает кинетическую энергию Eе = Eγ − E'γ. На рис. 11 показана схема рассеяния γ-квантов на электроне. Пользуясь законами сохранения импульса и энергии можно записать

γ= 'γ+ e,meс2 + Eγ = E'γ + Eе,  

где mec2 = 0.511 МэВ − энергия покоя электрона, Ee − полная энергия электрона, Eγ и E'γ − энергии падающего и рассеянного -квантов. Можно показать, что изменение длины волны γ-кванта при комптоновском рассеянии дается выражением

λ'−λ=λ0(1 − cos ),  

где λ'и λ − длины волн первичного и рассеянного -кванта; λ0 = h/mec − комптоновская длина волны электрона; - угол между направлениями импульсов γи 'γ падающего и рассеянного
γ-квантов.
Изменение длины волны при комптоновском рассеянии не зависит от λ и определяется лишь углом рассеяния γ-кванта. Кинетическая энергия электрона определяется соотношением

.
Эффективное сечение комптоновского рассеяния, рассчитанное на один атом σ1C , пропорционально атомному номеру (или числу электронов в атоме) Z. Поэтому σ1C = Z·σC.

Образование пары электрон–позитрон. Можно показать, что одиночный квант любой энергии не может в вакууме превратиться в электрон-позитронную пару, так как при этом не выполняются одновременно законы сохранения энергии и импульса. Процесс образования пар происходит лишь в кулоновском поле частицы, получающей часть энергии и импульса.
Образование пар в поле ядра может иметь место, если энергия кванта удовлетворяет соотношению

Eγ > 2mec2 + Eя,

где первый член справа соответствует энергии покоя пары электрон-позитрон, а второй − энергия отдачи ядра. Так как энергия отдачи ядра сравнительно мала, то энергия, определяемая первым членом, является порогом рождения пар (2meс2 1.022 МэВ). В основном образование е+е-пар происходит в кулоновском поле ядер атомов и эффективное сечение этого процесса пропорционально квадрату заряда ядра Z2, т.е. σnp ~ Z2.
Порог рождения пар в поле электрона равен 4meс2. Это связано с тем, что энергию отдачи получает электрон, имеющий малую массу, и пренебречь ею уже нельзя. Образование пар в поле электрона характеризуется сравнительно малым сечением.

 


Дата добавления: 2015-07-15; просмотров: 148 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Изготовление мишеней | Замедление нейтронов | Камера Вильсона. Принцип работы | Галактические космические лучи | Солнечные космические лучи | Проблемы солнечных нейтрино | Принцип действия циклотрона | Принцип действия бетатрона | Компоненты нейтронного монитора | Устройство мюонного телескопа |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Реакторы. Типы реакторов| Ионизационный метод регистрации излучения

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.007 сек.)