5.3.3 Образование электрон-позитронной пары

Наряду с фотоэффектом и эффектом Комптона существует третий вид взаимодействия γ – 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 γ – квантов больше 1,02 Мэв (массы покоя обеих частиц). Вероятность этого эффекта пропорциональна Z² и при возрастании Eγ 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 γ – излучения с энергией 0,1 МэВ и снижается с увеличением энергии.

5.3.5 Ослабление гамма-излучения в веществе

При прохождении γ –лучей через вещество происходит потеря энергии за счет различных процессов: фотоэффекта, комптоновского рассеяния в результате чего их интенсивность постепенно падает. Понятие о пробеге γ – лучей имеет совершенно другое значение, чем в случае заряженных частиц. Поэтому здесь не существует понятия величины пробега.

С количественной стороны ослабление пучка фотонов описывается такой же формулой, как и для β – лучей, то есть подчиняется экспоненциальному закону.

, или , (5.15)

где - доля фотонов, которые остаются в пучке после прохождения слоя поглотителя толщиной d ( кг/м²);

μ′_γ(м^-1) линейный, а μ_γ (м²/кг) массовый коэффициенты ослабления γ – излучения, где .

Коэффициент ослабления представляет собой сумму коэффициентов фотоэлектрического поглощения μ_ф, комптоновского рассеяния μ_к и образования пары μ_р. Для массового коэффициента ослабления можно записать:

μ_м= μ_ф + μ _к + μ_р.

Таким образом, во всех трех процессах взаимодействия первичного фотона с веществом часть энергии преобразуется в кинетические энергии электронов и позитронов, а часть - в энергию вторичного фотонного излучения.

Поэтому коэффициент линейного ослабления потока фотонов можно записать в виде:

= _п + _s

_п - линейный коэффициент передачи энергии излучения. Он определяет долю энергии -излучения, переданную электронам и позитронам в слое вещества,_s - линейный коэффициент рассеяния, он определяет долю энергии -излучения, преобразованную в энергию вторичного-излучения.

Так как конечного пробега в веществе для γ – излучения не существует, проникающую способность γ – излучения характеризуют толщиной слоя половинного ослабления

µ´=или µ=

Изучая ослабление γ – квантов в зависимости от толщины поглотителя можно оценить энергию γ – квантов. Это очень неточный метод. В настоящее время для этой цели используют сцинтилляционную или полупроводниковую γ – спектрометрию.

Гамма – излучение за счет вторичных электронов вызывает ионизацию, которая обнаруживается также как и ионизация при β – излучении. За счет ионизации γ - излучение может вызвать и химические изменения в веществе, которые аналогичны изменениям, вызываемыми заряженными частицами.

Несмотря на разнообразие процессов взаимодействия γ – излучения с веществом вероятность их сравнительно мала. Поэтому γ – излучение слабо поглощается веществом. Так толщина слоя 220 г/см² ( 24 –х томный словарь) ослабляет интенсивность гамма-квантов в 10⁶ раз.

Таблица 5. 3. Линейные коэффициенты передачи п и линейные коэффициенты ослабления, в различных средах, см^-1

Энергия -квантов МэВ	Вода		Алюминий		Свинец
	п		п		п
0.1	0.0253	0.171	0.1002	0.444	24.494	60.0
0.2	0.0299	0.137	0.0742	0.323	6.645	11.8
0.5	0.0330	0.097	0.0775	0.228	1.022	1.72
1.0	0.0310	0.0706	0.0726	0.166	0.435	0.79
2.0	0.0260	0.0493	0.0613	0.117	0.218	0.51
5.0	0.0189	0.0302	0.0486	0.075	0.308	0.49
10.0	0.0154	0.0221	0.0451	0.062	0.372	0.60