γ-sugárzás kölcsönhatása az anyaggal Nagy Sándor honlapjára Nagy Sándor: Nukleáris Címszavak Glosszáriumába, melyhez ez a lap is tartozik A Tékába, mely ehhez hasonló animációkhoz/szimulációkhoz vezet Nagy Sándor webhelyén

The original of the flash animation below has been created by David M. Harrison.
Translated and used by permission, courtesy of Prof. Harrison, copyright owner.

Az animáció kinagyítása: nagyító

A fenti animáció (valamint az alábbi ábra is) a γ-sugárzás három legfontosabb kölcsönhatását szemlélteti.

Fotoeffektus során a foton egy erősen kötött (leginkább egy K-) elektront tép ki egy atomból: γ + A → A+ + e. A folyamatban a foton megszűnik létezni, tehát a teljes energiája a kiszakadt elektroné (ill. részben az elektron által megrántott atomé) lesz. Az elektron kinetikus energiája ≈ az eredeti fotonenergia mínusz az elektron kötési energiája. A K-elektronok kitüntetett szerepét a jobb alsó ábra K-éle mutatja: ha a fotonenergia nem elég egy K-elektron kiütéséhez, akkor a hatáskeresztmetszet csaknem tizedére csökken, holott csak 2 elektron esett ki a játékból a Pb 82 elektronja közül.

A Compton-effektus lazán kötött elektronokkal való kölcsönhatás. A foton lényegében rugalmas szóródást szenved a meglökött elektronon: γ + e → γ' + e'. Vagyis a foton nem semmisül meg, csak irányt és energiát változtat. Az elektron mozgásiránya és energiája hasonló módon függ össze a fotonéval, mintha egy mozgó kisebb golyó (foton) eltalálna egy nagyobb nyugvó golyót (elektron).

A párképződés (PP: pair production) első pillantásra nem is sugár-anyag kölcsönhatásnak tűnik, hiszen a nettó egyenlete: γ → e + e+. Olyan, mintha nem is lenne szükség hozzá semmilyen közeghez, hiszen akár a vákuumban is végbe mehetne. Valójában a közeg valamely összetevője (pl. a bal alsó ábrán látható atommag ) csak passzív szereplője a folyamatnak: egy kis bemozdulás árán lehetővé teszi az energia- és impulzusmegmaradás teljesülését. Az animációban ezért nem is szerepel efféle “segítő”. Az animáció azt a tényt sem tükrözi, hogy az annihilációs fotonok 180°-os szöget zárnak be egymással. A két annihilációs foton egy-egy elektrontömegnyi energiát (0,51 MeV) visz el: ugyanis 2×0,51 MeV az energiaára az elektron-pozitron páros világrajöttének. Ebből következik, hogy 1 MeV alatti energiájú fotonok nem is képesek párkeltésre. Az annihilációt is figyelembe véve a párképződés során egy nagyenergiájú foton végeredményben két annihilációs fotonná konvertálódik (γ → 2γ'), míg az energiatöbblete, mely az elektron-pozitron páros kinetikus energiáját adja, az utóbbiak termalizálódása során sok-sok gerjesztést, ill. ionizációt hoz létre.

A jobb oldali ábra szerint nagy rendszámú abszorberben, mint a sugárárnyékolásban használt ólom, kis γ-energiáknál a fotoeffektus dominál a Compton-effektus felett. A párképződés be sem indul 1 MeV-ig. Nagy energiákon azonban a párképződés veszi át a vezetést. Az abszorber rendszámának növelése valamennyi (végbemehető) kölcsönhatás hatáskeresztmetszetét növeli, de más-más mértékben. Nagyjából a következő arányosságok állnak fent: σCZ1, σPPZ2, σFZ4. A fotoeffektus erős rendszámfüggése az egyik oka annak, hogy a gamma-spektroszkópiában a nagy rendszámú detektoranyagokat preferálják. Ezekben nemcsak nagyobb valószínűséggel áll meg a gamma-foton, de az energiameghatározás szempontjából fontos fotoeffektus sokkal valószínűbb, mint a kiértékelést zavaró Compton-effektus.


Vissza Nagy Sándor honlapjára. Releváns |tIt| kínálat: Nukleáris Glosszárium, Asimov Téka

Látogatószám 2013.02.21. óta:

traffic counter