 |
Относительный вклад каждого из трех первичных, конкурирующих между собой, процессов зависит как от энергии фотона, так и от заряда ядер (Z) поглощающего материала. На рис. 3.19 показаны области энергий фотонов, в которых доминирует тот или иной первичный процесс. Фотопоглощение преобладает при прохождении низкоэнергетических g–квантов через вещество с относительно большим Z. В частности, характеристическое рентгеновское излучение, имеющее, как правило, небольшую энергию (EX < EK), поглощается по механизму фотоэффекта. Комптоновское рассеяние является основным видом потерь энергии для фотонов высоких и средних энергий в большинстве материалов, а при небольших Z – и для мягких g–квантов. Вероятность образования пар сравнительно велика лишь для фотонов с энергией более 4000 кэВ а в диапазоне 1022<Eγ<2000 кэВ во много раз меньше вероятности комптоновского рассеяния.
С увеличением Z потери энергии будут возрастать, особенно резко в области преобладания фотоэффекта. Зависимость сечений t, s и c от энергии фотонов, на примере одного из элементов, представлена на рис. 3.20.
  |
Экспоненциальный закон ослабления потока g-квантов.
Описанные выше процессы приводят к ослаблению потока γ-излучения: уменьшение числа γ-квантов из параллельного пучка, падающего перпендикулярно поверхности поглотителя, подчиняется экспоненциальному закону
N l = N0 exp(-m/ l) (3.23),
где N0 и N l – числа γ-квантов, падающих на поглотитель и прошедших сквозь него, соответственно, l – толщина поглотителя в см, m/- коэффициент ослабления в см-1.
Коэффициент ослабления m/ зависит от энергии γ-квантов и химического состава поглотителя (на рис. 3.21 представлена зависимость коэффициента m/ от энергии фотонов на примере NaI - кристалла сцинтилляционного детектора). Он характеризует полную вероятность взаимодействия фотонного излучения с веществом и равен сумме коэффициентов ослабления за счет фотопоглощения (t/), комптоновского рассеяния (s/) и образования пар (c/):
m/ = (t + s + c)·10-24 · na = t/ + s/ + c/ (3.24),
где t, s, c - сечения основных процессов потерь энергии (в см2), na – число атомов в 1 см3 облучаемого материала.
Массовый коэффициент ослабления (размерность [m] = см2/г)
m = m// r = (t + s + c)·10-24 (NA/A) (3.25),
где r - плотность материала в г/см3, NA – постоянная Авогадро, A- атомная масса
На рис. 3.22 представлена зависимость от энергии массового коэффициента поглощения g–излучения в алюминии и свинце. Необходимо отметить, что значение m для различных материалов примерно одинаково только в области средних энергий, где явно доминирует комптоновское рассеяние. В области низких энергий, где преобладает фотоэффект, зависимость m от Z очень велика.
 |
Экспоненциальный закон ослабления потока квантов выполняется при любой толщине поглотителя (рис. 3.23.). Следовательно, при бесконечно большой толщине (x ® ∞) Fx имеет бесконечно малое, но не нулевое значение (Fx ® 0, но Fx ¹ 0). Толщина защитного экрана, обеспечивающего безопасные условия работы, рассчитывается по заданной кратности ослабления потока.
 |