Линейный и массовый коэффициент ослабления

Закон ослабления узкого пучка γ-квантов можно записать в виде

(1.118)

где (см²/г) - массовый коэффициент поглощения, (г/см²) - массовая длина.

Иногда удобно считать поглощение γ-квантов в слоях половинного ослабления.

Слой половинного ослабления это толщина вещества, при которой интенсивность излучения падает в 2 раза.

, (1.119)

действительно , тогда и .

Взаимодействие γ-квантов с веществом

Поглощение γ-излучения веществом идет в основном за счет трех процессов: фотоэффекта на электронной оболочке атома, комптоновского упругого рассеяния γ-квантов электронами и рождения электрон-позитронных пар в кулоновском поле ядра. Полный коэффициент поглощения γ-квантов в веществе равен соответственно сумме коэффициентов поглощения за счет этих процессов

(1.120)

Если n=N/V [1/ см ³] –число атомов в 1 см ³ среды, а σ-сечения перечисленных процессов отнесенные на 1 атом среды, то

(1.121)

для фотоэффекта и рождения пар рассеивающими центрами являются атомы, а для комптон-эффекта рассеивающие центры -это Z электронов в атоме (например, для урана Z=92).

Фотоэффек т-процесс взаимодействия γ-кванта с электроном связанным с атомом, при котором электрону передается вся энергия γ-кванта. При этом электрон вылетает за пределы атома с энергией

(1.122)

где - энергия γ-кванта, A_i –работа ионизации i-ой оболочки атома(i= K,L,M) при энергиях γ-квантов превышающих энергию связи К -электронов. основной вклад (~80%) в сечение фотоэффекта вносит К -оболочка. Освободившееся место заполняется электронами с расположенных выше оболочек. Этот процесс сопровождается испусканием рентгеновского излучения или испусканием электронов Оже. Следует отметить, что свободный электрон не может поглотить γ-квант.

Фотоэффект является главным механизмом поглощения мягкого γ-излучения в тяжелых веществах. Качественная зависимость сечения фотоэффекта следующая,см рис.1.19.

σ_fK ~ Z⁵ E_γ^-7/2 (1.123)

Комптон-эффект – упругое рассеяние γ-квантов на свободных слабосвязанных электронах, которое сопровождается увеличением длины волны рассеянного γ-излучения. при комптоновском рассеянии происходит преобразование падающего пучка γ-квантов с энергией в рассеянный пучок с энергией зависящей от угла рассеяния относительно направления первоначального кванта.