Файл: 1.LEC IN RUS.pdf

«Взаимодействие гамма квантов с 

веществом» 

Лекция 7 

Процессы взаимодействия гамма квантов 

Связь между энергией γ-кванта и его длиной волны: 

22

10

10

2

2

2

2

6, 6 10

3 10

/

1, 24 10

(

)

(

)





















 





 













c

c

МэВ сек

см сек

см

p

pc

E

E МэВ

E МэВ

γ-

излучение -  электромагнитные волны, для которых

λ < а (а ~ 10

-8

 см)

. 

Нижний предел энергии 

γ

-

квантов получается

E = hν = hc/λ = 12 кэВ. 

Изменение интенсивности потока

dJ 

при прохождении фотонами 

слоя вещества

dx

пропорционально величине потока

J

на глубине 

этого слоя, толщине слоя

dx

, плотности атомов

n

, и эффективному 

сечению взаимодействия фотонов

σ:  dJ = σnJdx 

J = J

0 

exp(-σnx). 

1. Линейный коэффициент 

τ = nσ; [τ] = см

-1

 и J = J

0 

exp(-τx).

τ

-1

− толщина вещества 

[см]

, на которой поток фотонов ослабляется в 

e

 раз. 

2. Массовый коэффициент  

μ = τ/ρ = σn/ρ, где ρ (г/см

3

)

 [μ] = см

2

/г; J = J

0 

exp(-μxρ),  

xρ (г/см

2

)  

μ

-1

 − эта такая толщина вещества в 

г/см

2

, на которой поток ослабляется в 

e

 раз 

μ = ∑μ

i

и

 τ = ∑τ

i

Фотоэффект 

Фотоэффект – это процесс выбивания электрона 
из нейтрального атома, под действием  

γ

-

кванта  

(

)

атом

e

атом













Свободный электрон не поглощает 

γ

-

квант  





 

е

е

Если электрон свободный →

I

i

=0 

2

2

2

2

1

1 ;

;

;

2

1

1

я

e

e

e

я

e

я

p

m

c

T

m c

T

P

m













































i

я

e

h

I

T

T

h

- 

энергетич. спектр 

e 

близок к монохроматическому  

2

2

2

1

1 ;

;

1

1







































e

e

m

c

h

h

m c

c

Решение:   

2

1

1





 





β=0  

→  

T

e

=hν=0;  β=1 

– нет смысла для 

mc

2 

;

;

e

i

я

e

я

h

h

T

I

T

p

p

c





  





Характеристики сечения фотоэффекта 

Фотоэффект возможен, если энергия γ кванта больше 
потенциала ионизации 

E

γ

 > I

i

(

i: K, L, M

…-оболочки) 

Если 

Е

γ

 < I

k

, то выбивание электронов происходит 

только с внешних оболочек L, M.. 

Выбивание электронов с внутренних оболочек 
сопровождается монохроматическим рентгеновским 
характеристическим излучением, возникающим при 
переходе атомного электрона на освободившийся 
уровень. При этом может возникать целый каскад 
взаимосвязанных переходов.  

Передача энергии иона одному или нескольким орбитальным 
электронам, которые вылетают из атома  как 

электроны Оже

. 

Сечение фотоэффекта 

Если энергия 

γ

кванта меньше чем потенциал 

ионизации самой наружной оболочки, то 
сечение фотоэффекта  равно нулю. 

Другой предельный случай - если энергия 

γ

кванта очень большая (

Еγ >> I

)

, то можно 

считать что электрон свободен, а на свободных 
электронах  фотоэффект не возможен.  

На отрезке 

 I

M

 < γ < I

L

сечение на 

М

-

оболочке падает, поскольку 

уменьшается связанность электрона на этой оболочке по отношению к 
энергии гамма кванта, в то время как фотоэффект с 

L

-

оболочки еще 

энергетически запрещен. 

С ростом энергии сечение  асимптотически стремится к нулю.  

В области энергий потенциалов ионизаций оболочек 

(

Еγ =  I

i

) 

сечение 

претерпевает скачки