Взаимодействието на фотони с въпрос
Взаимодействието на фотони с въпрос
абсорбция характеристика
Към γ-лъчение включва електромагнитни вълни, чиято дължина на вълната е много по-малко от interatomic разстояния, т.е. λ <а где а
10 -8 cm. По този начин, по-ниска енергийна граница на γ-кванти получени Е = hν = HC / λ = 12 КЕВ.
Подобно заредени частици, фотони абсорбира от потока вещество дължи главно на електромагнитното взаимодействие. Въпреки това, този механизъм за усвояване по същество е по-различно. Това е поради две причини:
- фотоните нямат никаква електрически заряд и поради това не са засегнати от Кулон сили с голям обсег. Ето защо, когато фотоните преминават през материята е сравнително рядко се натъкват на електрони и ядра, но когато се сблъскат, като правило, рязко се отклони от пътя си, т.е. практически елиминира от светлина;
- фотони имат нула маса и поради това не могат да имат скорост, различна от скоростта на светлината. Това означава, че те не могат да се забави в средата. Те или се абсорбират или разпръснати, най-вече чрез големи ъгли.
Фигура 18. Илюстрация на получаване на кривата на абсорбция
При преминаване лъч фотони през материала в резултат на сблъсъци постепенно намалява интензивността на този лъч.
Ние намираме на закона, според които е налице отслабване, т.е. крива абсорбция фотон в материала.
Да предположим, че върху плоска целевата повърхност перпендикулярна на потока на фотони попада в J0 -1 cm -2. и нека х целевата дебелина (см) е толкова малка, че има само един единствен взаимодействие (ric.18). Промяна на интензивността на този поток чрез преминаване фотони DJ DX вещество слой J пропорционална на потока на дълбочина на този слой, дебелина на слоя DX, N плътността на атомите. и ефективно фотон взаимодействие напречно сечение на сигма
Разтворът на това уравнение дава кривата на абсорбция
Обикновено усвояването фотон в дадено вещество свързан две понятия.
- коефициент на линейно поглъщане τ = п σ; [Τ] = cm -1 и J = J0 ехр (- τx).
Така τ -1 - Това вещество такава дебелина в см, при което поток фотон е атенюиран във времето напр. - Коефициентът на абсорбция маса μ = τ / ρ = σ п / ρ, където ρ (г / см 3) - плътността на веществото;
[Μ] = см2 / г; J = J0 ехр (- μxρ). и xρ (г / см 2) - дебелината на вещество, измерено в масови единици. В същото значение: ц -1 - тази дебелина такова вещество в г / см 2, при което потокът се намалява във времето д
Коефициентът на поглъщане на γ напълно характеризира преминаването през материята. Това зависи от свойствата на средата, както и енергията на фотона. Ако приемането се дължи на редица различни процеси, всеки от които съответства на μi τi на коефициента на поглъщане. Общият коефициент на поглъщане
Photon материал абсорбция главно възниква д предвид три процеса: I) фотоелектричния ефект; 2) Compton ефект, и 3) електрон-позитрон производство на двойка в областта на ядрото на Кулон.
фотоефект
Фотоелектрически ефект е процес, при който един атом поглъща фотон и отделя електрон. В този процес, фотон взаимодейства с електрон свързан в атом и прехвърля енергия. Electron получава енергия kineticheokuyu Онези, и се оставя на атома, а атомът е в възбудено състояние. Следователно, фотоелектричния ефект винаги е придружена с характерна рентгенова атом или емисии на Auger електрони. Когато действието на шнека се прехвърля директно към атом от енергията на възбуждане на един от своите електрони, които в резултат на отцепващ се атом.
Законите на икономия на енергия и импулс в фотоелектричния ефект могат да бъдат представени като:
къде. - кинетичната енергия на ядрото на откат; Ji - на йонизация енергията на аз-ти черупката на атом; , Тъй като обикновено з ν >> Ji + T I. енергията на фотоелектроните Te ≈ hν и следователно спектъра енергия на фотоелектроните е близо до монохроматичен.
От законите на запазване на енергията и инерцията, която фотоелектричния ефект не може да се случи по един свободен електрон. Ние ще го докаже ", а напротив": Да предположим, че такъв процес е възможно. Тогава законите за опазване ще изглеждат по следния начин:
Следователно, ние получаваме уравнението 1 - р = √ 1 - β 2. който има две корени β = 0 и β = 1. Първият от тях отговаря Te = hν = 0, а другият няма физическо значение за частици с маса, различна от нула.
Дори и по-ясно е доказателството търси нерелативистката случай: hν = мен срещу 2/2 и hν / с = ме ст. Разтвор на системата води до експресия на V = 2в, който не може да бъде.
По този начин, свободен електрон не може да абсорбира фотона. За фотоелектричния ефект е значително свързване на електрона с атома, към който част се прехвърля в фотон импулс. Фотоелектричния ефект е възможно само в рамките свързан електрон. Колкото по-ниска енергия на електрона и атом в сравнение с фотонна енергия, по-малко вероятно фотоелектричния ефект. Този факт определя всички основни свойства на фотоелектричния ефект:
а) на напречното сечение с фотонна енергия - σf (hν). б) съотношението на фотоелектричния ефект на вероятността от различни електронен слой, в) зависимостта на напречното сечение на Z среда.
Фиг. 19. Зависимостта на ефективно напречно сечение на фотоелектричния ефект върху енергията на фотона
а) На Фиг. 19 показва зависимостта на ефективното сечение на фотоелектричния ефект върху енергията на фотона. Ако енергията на фотон е голяма в сравнение със свързването на енергия в атом, тогава сечението на фотоелектричния ефект σf бързо намалява с увеличаване на фотонна енергия на електрона. при (Hν) -1. б) Формулите за напречното сечение на фотоелектричния ефект в K-електрони, получени чрез методите на квантовата електродинамика и потвърдено от експеримент, са от вида: Връзки раздели на фотоелектричния ефект върху различни мембрани се получават както следва: Ето защо, при изчисляване на общия напречното сечение на фотоелектричния ефект обикновено се използва съотношение: в) от същата формула се вижда σf силна зависимост от Z среда: σf Z. Това е разбираемо, тъй като в светлината елементи са свързани електрони Кулон сили слабите ядро, от тежки. Най-тежките вещества фотоефекта е основната причина за усвояването на безалкохолни фотони. COS 2 φ спрямо посоката на електрическия вектор на инцидент електромагнитна вълна. Освен това, ъгловото разпределение на фотоелектроните зависи по същество от енергията. В не-релативистично случай, тези, < Фигура 20. Ъгловото разпределение на фотоелектроните:
J аз <
Както низходящ hν, т.е. увеличаване електрон свързване J к / hν разрез на увеличенията на процеса бързо, докато на фотонна енергия става равна на енергия J к. когато hν
hν
Ъгловата разпределението на фотоелектроните се получава чрез изчисляване на формулата за секцията диференциална кръст. От това следва, че на фотоелектроните се разпределят симетрично според закона
и - HV