3. Эффект Комптона

При прохождении  -излучения через вещество происходит ослабление интенсивности пучка γ-квантов, что является результатом их взаимодействия с атомами вещества. Взаимодействие гамма –квантов с веществом может быть следующим: Комптон эффект, фотоэффект, образование электрон-позитронных пар, упругое рассеяние.

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 E_γ появляется рассеянный фотон с энергией E'_γ< E_γ, а электрон, на котором произошло рассеяние, приобретает кинетическую энергию E_е = E_γ − 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 m_ec² = 0.511 МэВ − энергия покоя электрона, E_e − полная энергия электрона, E_γ 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/m_ec − комптоновская длина волны электрона;   - угол между направлениями импульсов  _γ и  '_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

.

4. Образование электрон-позитронных пар

При прохождении  -излучения через вещество происходит ослабление интенсивности пучка γ-квантов, что является результатом их взаимодействия с атомами вещества. Взаимодействие гамма –квантов с веществом может быть следующим: Комптон эффект, фотоэффект, образование электрон-позитронных пар, упругое рассеяние.

 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,

(9)

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 (2m_eс²  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. σ_np ~ Z².       Порог рождения пар в поле электрона равен 4m_eс². Это связано с тем, что энергию отдачи получает электрон, имеющий малую массу, и пренебречь ею уже нельзя.