Образование электронно-позитронных пар

При энергиях фотонов 1,022 МэВ и более последние могут взаимодействовать с ядрами атомов. Фотон исчезает с возникновением пары элементарных частиц - электрона и позитрона.

Возникновение такой пары частиц возможно только при энергиях гамма-квантов, не меньших, чем энергия, эквивалентная массе обеих частиц - электрона и позитрона. Поскольку массы электрона и позитрона одинаковы, то для их образования без сообщения им дополнительной кинетической энергии энергия гамма-кван­та должна удовлетворять соотношению взаимосвязи массы и энер­гии: если энергия гамма-квантов больше 1,022 МэВ, то избыток ее передается частицам. Тогда кинетическая энергия образующихся частиц равна разности между энергией фотона и удвоенной энергии покоя электрона.

Образовавшаяся электронно-позитронная пара в дальнейшем исчезает (аннигилирует), превращаясь в два вторичных гамма-кванта с энергией, равной энергетическому эквиваленту массы покоя час­тиц (0,511 МэВ). Вторичные гамма-кванты способны вызвать лишь комптон-эффект и в конечном счете фотоэффект, т. е. терять энер­гию только при соударениях с электронами. Вероятность процесса образования пар увеличивается с возрастанием энергии гамма-кван­тов и плотности поглотителя.

Гамма-лучи высоких энергий (более 8 МэВ) могут взаимодействовать с ядрами атомов (ядерный эффект). Вероятность такого эффекта весьма мала, и этот вид взаимодействия практически не ослабляет излучений в веществе.

Если в среде возникают быстрые электроны и позитроны, что может возникнуть в случаях рождения пар электрон-позитрон и при бета-позитронном распаде, то возникает связанная система:

е^- + е⁺ = Ps – позитроний.

Различают:

· парапозитроний - спины обеих частичек направлены противоположно, продолжительность жизни – 1,25·10^-10 секунды, вследствие его распада возникают два гамма-фотона;

· ортопозитроний - спины обеих частичек сходятся, продолжительность жизни – 1,4·10^-7 секунды и вследствие его распада образуются три фотона.

При их взаимодействии с веществом возникают фотоэлектроны и электроны отдачи, что сопровождается тысячами актов ионизации.

Следовательно, чем больше энергия фотонов, тем более массивна ионизация вещества, тем значительнее повреждение биологического объекта.