Взаимодействие фотонных излучений с веществом

Энергия гамма-квантов, возникающих при радиоактивном распаде, колеблется от нескольких кило- до несколь­ких мегаэлектронвольт. Проходя через вещество гамма-кванты отдают ему эту энергию в результате взаимодействий:

· фотоэлектрического поглощения (фотоэффект),

· комптоновского рассеяния (комптонэффект),

· образования электронно-позитронных пар.

Относительная величина каждого из этих эффектов за­висит от атомного номера поглощающего материала и энергии фо­тона.

а – фотоэлектрическое поглощение б - комптоновский эффект

в - образование пар

Рис. 2.1. Виды взаимодействий гамма-излучения с веществом.

Фотоэффект

При фотоэлектрическом поглощении гамма-квант, сталкиваясь с прочно связанным электроном (чаще электронами К-слоя) в атомах облучаемого вещества, полностью передает ему свою энергию и сам исчезает, а электрон приобретает кинетическую энер­гию, равную энергии гамма-кванта минус энергия связи электрона в атоме. Таким образом, при фотоэффекте вся энергия первичного гамма-кванта преобразуется в кинетическую энергию фотоэлектро­нов, которые, ионизируют атомы и молекулы. На освободившееся место в орбите К-слоя перескакивает электрон L-слоя, на L-слой - электрон М-слоя и так далее с высвечиванием квантов характеристичес­кого рентгеновского излучения или видимого света.

Фотоэлектрическое поглощение преобладает тогда, когда энергия гамма-кванта не превышает 0,05 МэВ, а поглотитель представ­ляет собой вещество с большим атомным номером (например, сви­нец).

Фотоэффект невозможен на слабосвязанных и свободных электронах (не связанных с атомом), так как они не могут поглощать гам­ма-кванты. В воздухе, воде и биологических тканях фотоэлектрическое поглощение составляет 50 % при энергии гамма-квантов по­рядка 60 кэВ. При Е = 120 кэВ доля фотоэлектрического поглоще­ния составляет около 10 %, а начиная с 200 кэВ этим процессом мож­но пренебречь. В этом случае гамма-излучение ослабляется за счет комптоновского рассеяния.