Основи радіаційної фізики, дозиметрії і радіометрії

Крім того, при русі позитрона може відбутись анігіляція позитрона з електроном речовини. Анігіляція – це процес, зворотний до процесу народження пар

 .                                     (4.23)

З електрона і позитрона утворюються два гама-фотони, мінімальна енергія кожного з них дорівнює mc2 або 0,511МеВ. Цей процес особливо інтенсивно іде при малих енергіях позитронів. При малих енергіях позитронів ефективний переріз процесу анігіляції обернено пропорційний швидкості. Тому в більшості випадків позитрони спочатку сповільнюються в речовині внаслідок іонізаційних і радіаційних втрат, а

анігіляція відбувається в кінці пробігу.

 

§4. Взаємодія фотонного випромінювання з речовиною.

 

До фотонного іонізуючого випромінювання  відносяться рентгенівське і гама-випромінювання. Елементарною частинкою фотонного випромінювання є фотон, який має енергію і імпульс

 ,      ,                             (4.24)

де h – постійна Планка,   - частота випромінювання. Фотонне випромінювання  взаємодіє з зарядженими частинками речовини – електронами і ядрами. При порівняно невеликих енергіях більше значення має взаємодія фотонів з електронами речовини. Розрізняють такі види взаємодії фотонного випромінювання з електронами речовини: когерентне або томсон-релєївське розсіювання, комптонівське (некогерентне) розсіювання, фотоефект і процес народження пар електрон-позитрон.

Когерентне розсіювання.

Когерентне розсіювання має місце в системах, в яких є зв’язані електрони (наприклад, в атомах) при умові, що розміри цієї групи електронів малі в порівнянні з довжиною хвилі. Звідси видно, що таке розсіювання може мати місце лише при малих енергіях фотонів, коли довжина хвилі велика. Це явище спостерігається в оптиці. Для іонізуючого фотонного випромінювіння воно зустрічається дуже рідко і може спостерігатись лише при самих малих енергіях фотонів. При такому розсіюванні довжина хвилі і енергія фотона не змінюються, тому його ще називають пружним розсіюванням. Змінюється лише напрямок поширення випромінювання. Когерентний характер розсіювання означає, що фази хвиль, розсіяних різними електронами атома, співпадають. Тому при розсіюванні Z електронами атома амплітуда хвилі збільшується в Z разів, а інтенсивність розсіяного випромінювання в Z2 разів. Ефективний переріз когерентного розсіювання атомом

 ,                                              (4.25)

де  - константа (томсонівський переріз розсіювання,  =  барн)

 ,                                                      (4.26)

  - класичний радіус електрона

 .                                                 (4.27)

 

Комптонівське розсіювання.

Характерною ознакою комптонівського розсіювання є залежність довжини розсіяної хвилі від кута розсіювання. При збільшенні кута розсіювання довжина розсіяної хвилі збільшується. Комптонівське розсіювання є некогерентним. Фази випромінювання, розсіяного різними електронами, ніяк не зв’язані між собою, тому інтенсивність розсіяного випромінювання електронами атома пропорційна Z.

Комптонівське розсіювання можна розглядати як процес зіткнення фотона з вільним електроном (рис.6).

При такому зіткненні повинні виконуватись закони збереження енергії і імпульсу

 

 

                                           (4.28)

де   - енергія і імпульс падаючого фотона (зі штрихом – розсіяного),   - імпульс електрона після взаємодії, Ее – кінетична енергія електрона.

З законів збереження (28) можна знайти комптонівську зміну довжини хвилі

 ,                        (4.29)

де  - довжина хвилі випромінювання до розсіювання,   - довжина хвилі розсіяного випромінювання,  - кут розсіювання,   - постійна, яку називають комптонівською довжиною хвилі електрона

 .                                                          (4.30)

Довжина хвилі розсіяного фотона   більша довжини хвилі падаючого фотона  , бо падаючий фотон передає частину енергії електрону. В результаті цього енергія розсіяного фотона менша енергії падаючого фотона, а довжина хвилі більша.

При комптон-ефекті в речовині появляються швидкі електрони. Вони мають неперервний спектр енергій, який простягається від нуля до деякої максимальної енергії, яка називається енергією комптонівського краю  

 ,                                          (4.31)

де

 .                                                 (4.32)

Ефективний переріз комптонівського розсіювання гама-фотонів одним електроном, який пропорціональний імовірності взаємодії, залежить від енергії фотона. Ця залежність