ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электромагнитное излучение из "Введение в радиационную химию" В отличие от заряженных частиц, непрерывно теряющих свою-энергию в веществе малыми порциями, фотоны и электромагнитное излучение отдают относительно большее количество энергии при каждом акте взаимодействия с веществом. В зависимости от своей энергии 7-кванты, взаимодействуя с веществом, проходят в нем различные расстояния часть из них, не изменяя направления и энергии, проникает в более глубокие слои. Поэтому поглотитель, уменьшая число первоначально падающих квантов излучения, снижает также интенсивность излучения. Под интенсивностью (число фотонов, умноженное на их среднюю энергию) понимается рассчитанная на единицу площади поперечного сечения эмментар-ной сферы энергия ионизирующего излучения, проникающего в единицу времени в объем этой с ры. Интенсивность выражается в эргах на квадратный сантиметр в секунду. [c.47] Полный коэффициент поглощения представляет собой сумму коэффициентов поглощения, соответствующих различным механизмам взаимодействия электромагнитного излучения с веществом при данной энергии излучения. Такими механизмами в основном являются фотоэффект, эффект Комптона, образование пар, когерентное рассеяние и фотоядерные реакции. Первые три процесса наиболее важны, и вклад каждого из них очень сильно зависит от энергии у-фотонов и атомного номера поглотителя. [c.48] При низких энергиях падающих фотонов электроны выбиваются из атомов преимущественно под прямыми углами к направлению движения фотона, но с увеличением энергии электроны начинают выбиваться главным образом в направлении движения фотонов. Поскольку должны выполняться законы сохранения энергии и момента количества движения, то атом, с оболочки которого вырван электрон, также получает некоторый импульс (атомы отдачи). Таким образом, фотоэффект невозможен на свободных электронах. [c.48] Фотоэффект наиболее вероятен для веществ с высокими (большими) атомньши номерами при низкой энергии фотонов. Электронный коэффициент поглощения изменяется от элемента к элементу почти пропорционально 2 , а для данного элемента быстро уменьшается с возрастанием энергии фотонов. Фотоэлектрическое поглощение заметно увеличится, если энергия фотона возрастет выше значения энергии связи электронов на /(-оболочке. Поэтому кривые изменения коэффициента поглощения для фотоэффекта в зависимости от энергии падающих фотонов имеют отчетливые изломы при соответствующих энергиях связи (см. далее, рис. 3.7). [c.49] Она может меняться от нуля до максимального значения, которое рассчитывается по формулам (3.17) и (3.18) для 0 = 180°. Наиболее вероятные значения энергии электрона лежат вблизи нуля и максимума, причем последнее преобладает, когда энергия падающих фотонов высока. Направление движения электрона отдачи чаще очень близко к направлению падающих фотонов. Причем это выполняется с большей вероятностью, когда энергия падающих фотонов высока. [c.50] Вероятность рассеяния фотона с определенной энергией или на определенные углы и вероятность комптоновского взаимодействия в целом были вычислены с помощью методов квантовой механики Клейном и Нишиной [11]. [c.50] Отношение истинного коэффициента и коэффициента рассеяния изменяется с энергией падающих фотонов (рис. 3.4). [c.50] Комптоновское взаимодействие преобладает для фотонов с энергией между 1 и 5 Мэв в веществах с высокими атомными номерами (высокие 2) и в более широком интервале энергий у материалов с низкими Например, в воде эффект Комптона является наиболее важным механизмом поглощения при энергиях падающих фотонов приблизительно от 30 кэв до 20 Мэв (рис. 3.5). Кривые углового распределения энергии для комптоновского эффекта опубликованы Нелмсом [12]. [c.52] Образовавшийся позитрон далее замедляется, как обычный электрон, и взаимодействует с электроном (при этом обе частицы исчезают), давая два у-кванта с энергией 0,51 Мэв каждый, испускаемые в противоположных направлениях — излучение аннигиляции. [c.52] Образования пар не наблюдается, если энергия фотонов меньше 1,02 Мэв (т. е. 2 т с ). Для фотонов большей энергии электронный коэффициент поглощения или поперечное сечение возрастает с увеличением энергии фотонов, а при данной энергии почти пропорционален атомному номеру (2) поглотителя. Поскольку атомное поперечное сечение равно электронному, умноженному на 2, формулы (3.14) и (3.15), то атомное поперечное сечение будет изменяться пропорционально 2 . [c.52] Релеевское рассеяние наиболее вероятно при малых энергиях фотонов (меньше 0,1 Мзв) в материалах с высокими значениями 2. [c.53] В кристаллах довольно интенсивное когерентное рассеяние может быть только в определенных направлениях при интерференции волн рассеянных фотонов. Это явление лежит в основе изучения структуры кристаллов с помощью дифракции рентгеновского излучения. [c.54] Максимальное значение сечения п, 7)-реакции для природного свинца достигается при энергии фотонов, равной 13,7 Мэв (пороговая энергия 7,9 Мэв). Однако даже в этом случае оно составляет только 4,3% поперечных сечений эффекта Комптона и образования пар [13]. [c.54] На рис. 3.5 и 3.7 показаны изменения парциальных атомных коэффициентов поглощения для воды и свинца при разных энергиях фотонов. Эти два рисунка весьма характерны для крайних случаев для вещества с малым (см. рис. 3.5) и больщим значениями Ъ (см. рис. 3.7). [c.55] На рис. 3.8 схематически изображено устройство для определения коэффициента поглощения узкого пучка фотонов. Сечение первичного пучка лимитируется коллиматором. В идеальном случае интенсивность излучения, определяемая детектором в данных условиях, соответствует интенсивности фотонов, прошедших слои вещества поглотителя без какого-либо рассеяния в нем. Как видно из рисунка, рассеянное излучение не попадает в детектор. При этих условиях интенсивность пучка после поглотителя / связана с интенсивностью падающего излучения выражением (3.13). [c.55] Вероятность взаимодействия фотона с атомом мало зависит от ближайшего окружения атома. Поэтому коэффициенты поглощения атомов различных элементов можно рассматривать раздельно. Следовательно, для получения коэффициента поглощения сложного вещества надо складывать соответствующие коэффициенты поглощения каждого элемента, помножив их на долю содержания данного элемента в общей смеси. [c.55] НОЙ энергии фотонов, электронный коэффициент поглощения имеет одинаковые значения для воды, кислорода и водорода. Таким же путем можно рассчитать электронный коэффициент поглощения любых процессов торможения излучения веществом. [c.56] Коэффициенты поглощения смеси различных соединений определяются этим же методом, по вкладу коэффициентов поглощения элементов смеси или отдельных соединений, входящих в данную систему. Коэффициенты рассеяния (см. стр. 59) можно получить таким же путем, как и общие коэффициенты поглощения. [c.57] Вернуться к основной статье