80496 skanuj0007 (321)

269

Ćwiczenie 34

zachodzi dla silnie związanych elektronów wewnętrznych, wówczas nadmiar pędu przejmuje jądro atomowe. W związku z tym prawdopodobieństwo wystąpienia zjawiska fotoelektrycznego bardzo silnie zależy od liczby atomowej Z absorbenta (w przybliżeniu ~ Z⁵) oraz szybko maleje ze wzrostem energii kwantu. Zależność Z⁵ powoduje, że z łatwo dostępnych materiałów najlepszym absorbentem promieniowania rentgenowskiego i promieniowania y jest ołów.

Zjawisko Comptona polega na rozpraszaniu kwantów na elektronach swobodnych:

Y + e_s-*y'+e_R

gdzie:

e_s - elektron swobodny, e_R - elektron rozproszony, y' - kwant rozproszony.

W zjawisku Comptona zostaje zachowana energia i pęd. W oparciu o te dwie zasady zachowania można wyznaczyć wartość straty energii kwantu oraz energię rozproszonego elektronu. Zjawisko Comptona zachodzi z największą wydajnością dla elektronów walencyjnych. Elektrony walencyjne, czyli związane na powłokach zewnętrznych, można traktować jako swobodne, gdyż ich energia wiązania jest bardzo mała w porównaniu z energią kwantu y. Prawdopodobieństwo wystąpienia efektu Comptona jest w przybliżeniu proporcjonalne do liczby atomowej Z i maleje ze wzrostem energii kwantu. Dla energii z zakresu 0,5-5 MeV udział zjawiska Comptona w całkowitej absorpcji promieniowania y jest dominujący.

Zjawisko tworzenia par polega na całkowitej absorpcji fotonu (kwantu y) i pojawieniu się pary elektron - pozyton (e~, e⁺):

y e~ + e⁺

Dla tej reakcji nie mogą być równocześnie spełnione prawa zachowania energii i pędu (pęd kwantu y jest zawsze większy od pędu pary e⁺, e~), stąd proces tworzenia pary zachodzi w silnym polu elektrycznym jądra, które przejmuje nadmiar pędu. Zjawisko tworzenia par zachodzi powyżej energii progowej równej 1,02 MeV, gdyż energia kwantu y musi być wyższa od energii spoczynkowej pary elektron - pozyton:

E_y>2'm‘C²

gdzie: m - masa spoczynkowa elektronu.

Dla ilościowego opisu zjawiska pochłaniania promieniowania y wygodnie jest wprowadzić pojęcie warstwy półchłonnej d_l/2. Przy tej grubości warstwy pochłaniającej promieniowanie intensywność strumienia padającego promieniowania zmniejsza się o połowę. Zgodnie ze wzorem (34.2) dla grubości warstwy absorbenta równej grubości warstwy półchłonnej otrzymuje się następujący związek pomiędzy d_m i liniowym współczynnikiem pochłaniania k: