38
Построить график, используя данные из таблицы, зависимости суммар-
ного счета от числа отсчетов, которые должны были бы получится в резуль-
тате простого суммирования числа импульсов от источников.
4.2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ ГАММА–ЛУЧЕЙ МЕТОДОМ
ПОГЛОЩЕНИЯ
4.2.1. Взаимодействие γ-излучения с веществом
Гамма–лучи – это электромагнитные излучения с малой длиной волны λ, со-
ответственно по закону λ=
с
/ν с большой частотой ν. Это излучение возникает при
разрядке ядра из одного возбужденного состояния в другое; γ-лучи являются
сильно проникающим излучением, диапазон энергий от нескольких килоэлек-
трон–вольт до десятков мегаэлектрон–вольт. Основным видом взаимодействия
γ-лучей с веществом относятся фотоэффект, эффект Комптона и образование
электронных пар.
а)
фотоэффект
Проникая в вещество, γ-лучи выбивают электрон с оболочки атома, электрон
покидает атом, имея кинетическую энергию
m
υ
2
/2=
h
ν-
E
i
, где
h
ν – энергия кванта;
E
i
– потенциал ионизации
i
- оболочки. Первоначальный γ-квант исчезает. Вероят-
ность фотоэффекта уменьшается с увеличением энергии γ-кванта (этот эффект
преобладает при энергии γ-кванта ниже 0,5–0,6 МэВ) и сильно зависит от заряда
ядра (~
Z
5
).
б)
эффект Комптона
γ-квант с энергией
h
ν сталкивается с электроном во внешней оболочке и пе-
редает ему часть своей энергии. Рассеянный γ-квант меняет свое направление
движения, его энергия (частота) уменьшается, т.е. взаимодействие γ-кванта и элек-
трона можно рассматривать как соударение двух частиц, где у одной частицы (γ-
кванта) энергия равна
h
ν, а импульс
h
ν/
с
. Энергия рассеянного γ-кванта равна
) cos 1(
/
1
2
ϕ −
ν+
ν
=ν′
mc h
h
h
, где φ-угол рассеяния γ-кванта,
m
–масса покоя элек-
трона. Видно, что в Комптон–процессе налетающий γ-квант исчезнуть не
может, его минимальная энергия при 180 (полное обращение назад) не равна
0. Вероятность Комптон–эффекта убывает с ростом энергии γ-квантов и рас-
тет при увеличении плотности вещества.
в)
образование пар электрон-позитрон
Согласно формуле
2
0
cmE
=
энергия покоя электрона (а также антиэлек-
трона-позитрона) равна 0,511 МэВ. Если энергия γ-кванта превышает значе-
ние 0,511 МэВ·2 = 1,022 МэВ, то при взаимодействии его с ядром возможно
образование пары электрон – позитрон. Исходя из законов сохранения им-
пульса и энергии, можно показать, что образование пары невозможно в пус-
том пространстве. Энергия и импульс распределяются между электроном,
позитроном и какой-либо третьей частицей. Сумма кинетических энергий
электрона и позитрона равна
2
0
2
cm h E
k
⋅ −ν=
. Первоначальный квант исчезает.
