Общее сечение комптоновского рассеяния на Z-электронах атома

Zσ_c ~Z/ E_γ. (1.124)

Рождение электрон-позитронных пар при прохождении гамма-квантов в кулоновском поле ядра происходит, когда энергия γ-кванта Мэв. Для образовании электрон-позитронной пары в кулоновском поле электрона энергия γ-кванта должна быть больше Мэв.

Общая зависимость сечения образования электрон-позитронной пары в электрическом (кулоновском) поле ядра

σ_π ~ Z ² ln 2E _γ при 5 m_ec² << E_γ <<50 m_ec². (1.125)

Таким образом, качественная зависимость линейного коэффициента поглощения μ от концентрации частиц n, числа протонов Z в ядре атома вещества, энергии гамма-кванта E_γ имеет вид

μ(n, Z, E_γ) ~ n (Z⁵ E_γ^-7/2 + Z/ E_γ + Z ² ln 2E _γ). (1.126)

Явления, преобладающие при поглощении γ-квантов показаны в таблице 1.7

Табл.1.7

элемент	фотоэффект Eγ	комптоновское рассеяние Eγ	образование пар Eγ
Свинец Pb Z=82	До 500 кэв	500 кэв ÷5 Мэв	>5 Мэв
Железо Fe Z=26	До 120 кэв	120 кэв ÷9,5 Мэв	>9,5 Мэв
Алюминий Al Z=13	До 50 кэв	50 кэв ÷15 Мэв	>15 Мэв
Воздух Zэф=7,2	До 20 кэв	20 кэв ÷23 Мэв	>23 Мэв

При низких энергиях основной вклад в поглощение гамма-квантов вносит фотоэффект, при средних энергиях - комптоновское рассеяние, при высоких энергиях- рождение электрон-позитронных пар.

График суммарного линейного поглощения гамма-излучения в свинце Pb приведен на рис.1.19. Пунктиром показаны парциальные коэффициенты поглощения за счет фотоэффекта и комптон-эффекта – они падают, коэффициент за счет рождения пар растет с ростом энергии гамма-квантов.

Рис.1.19. Зависимость линейного коэффициента поглощения гамма-излучения в свинце, олове, меди, алюминии от относительной энергии гамма-квантов. – энергия покоя электрона.