P = E /c. p γ = E /c. (p) 2 = (p γ ) 2 + (p ) 2-2 p γ p cosθ E γ. (pc) (E γ ) (E ) 2E γ E cosθ E m c Eγ

Σχετικά έγγραφα
Ανακλώμενο ηλεκτρόνιο KE = E γ - E γ = E mc 2

P = E /c. p γ = E /c. (p) 2 = (p γ ) 2 + (p ) 2-2 p γ p cosθ E γ. (pc) (E γ ) (E ) 2E γ E cosθ E m c Eγ

Ακτινοβολία µετάπτωσης (Transition Radiation)

p T cosθ B Γ. Τσιπολίτης K - + p K - + p p slow high ionisation Κατά τον ιονισμό το εκπεμπόμενο μ e θα έχει κινητική ενέργεια : 0 T T max

p T cosθ B Γ. Τσιπολίτης K - + p K - + p p slow high ionisation Κατά τον ιονισμό το εκπεμπόμενο μ e θα έχει κινητική ενέργεια : 0 T T max

δ-ray με κινητική ενέργεια T e και ορμή p e παράγεται σε μια γωνία Θ q, p

ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ. Αλληλεπίδραση ιοντίζουσας ακτινοβολίας και ύλης.

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Ιατρική Φυσική. Π. Παπαγιάννης Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή Αθηνών Γραφείο

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

3. ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ KAI ΥΛΗ

ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ

ΑλληλεπίδρασηΦωτονίων καιύλης. ηµήτρηςεµφιετζόγλου Εργ. ΙατρικήςΦυσικής Παν/µιοΙωαννίνων

ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ ΚΑΙ ΥΛΗΣ

Η απορρόφηση των φωτονίων από την ύλη βασίζεται σε τρεις µηχανισµούς:

ΕΜΒΕΛΕΙΑ ΦΟΡΤΙΣΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ

ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ eclass: MED808 Π. Παπαγιάννης

Ιατρική Φυσική. Π. Παπαγιάννης Επίκ. Καθηγητής, Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή Αθηνών Γραφείο

Διάσπαση σωµατιδίων. = m C 2 + p 2 = m C 2 + E B 2! m B E C = (E B = (E C. p B. , p), p C. ,- p) = (m A , 0) p A = E B. + m C 2 + E B 2! m B.

Άσκηση 1. 1s 2s 2p (δ) 1s 3 2s 1. (ε) 1s 2 2s 1 2p 7 (στ) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 4s 2

Κεφάλαιο 37 Αρχική Κβαντική Θεωρία και Μοντέλα για το Άτομο. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Οι ακτίνες Χ είναι ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία µε λ [ m] (ή 0,01-10Å) και ενέργεια φωτονίων kev.

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΦΩΣ ;;; Σωματιδιακή εικόνα (I.Newton) Κυματική εικόνα (C.Huygens T. Young)

Μονάδες Η υπεριώδης ακτινοβολία. α. με πολύ μικρό μήκος κύματος δεν προκαλεί βλάβες στα κύτταρα του δέρματος. β. δεν προκαλεί φθορισμό.

Μελέτη της ακτινοβολίας γ µε τη βοήθεια απαριθµητή Geiger - Muller

Μονάδες Η υπεριώδης ακτινοβολία. α. με πολύ μικρό μήκος κύματος δεν προκαλεί βλάβες στα κύτταρα του δέρματος. β. δεν προκαλεί φθορισμό.

Πειραματική Ενότητα I ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΓΑΜΜΑ ME ΤΗΝ YΛH

Πηγές Πηγές Ταχέων Ηλεκτρονίων internal conversion internal conversion

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 1: Ανασκόπηση Σύγχρονης Φυσικής. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Παραγωγή ακτίνων Χ. V e = h ν = h c/λ λ min = h c/v e λ min (Å) 12400/V

ΑλληλεπίδρασηΦορτισµένων ΣωµατιδίωνκαιΎλης. ηµήτρηςεµφιετζόγλου Εργ. ΙατρικήςΦυσικής Παν/µιοΙωαννίνων

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ/Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ:

Ανιχνευτές σωματιδίων

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

Απορρόφηση ακτινοβολίας-β από την ύλη

# αλλ/σεων με e # αλλ/σεων με πυρήνες

Η ακτινοβολία γ παράγεται από διεγερμένους πυρήνες κατά τη μετάπτωσή τους σε χαμηλότερα ενεργειακά επίπεδα.

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 10/11/2013

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

Μάθημα 2 α) QUIZ. Ενεργός διατομή β) Μέγεθος του πυρήνα γ) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ eclass: PHYS215 Π. Παπαγιάννης

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΙΣΤΙΚΗΣ ΥΝΑΜΙΚΗΣ Έλλειµµα µάζας και ενέργεια σύνδεσης του πυρήνα του ατόµου A

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΥΤΕΡΑ 3 ΙΟΥΛΙΟΥ 2006 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ

Οι φυσικές διαδικασίες της Αστροφυσικής Υψηλών Ενεργειών

Μάθημα 18 Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με την ύλη.

Ιατρική Φυσική. Π. Παπαγιάννης Επίκ. Καθηγητής, Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή Αθηνών Γραφείο

Απώλεια Ενέργειας λόγω Ιονισμού

Μάθημα 2 α) QUIZ στην τάξη. Ενεργός διατομή β) Μέγεθος του πυρήνα γ) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

Αλληλεπίδραση των σωματιδίων με την ύλη

Μια εισαγωγή στις Ακτίνες Χ. Πηγές ακτίνων Χ Φάσματα ακτίνων Χ O νόμος του Moseley Εξασθένηση ακτινοβολίας ακτίνων Χ

ΠΡΟΤΥΠΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ

Α1. Πράσινο και κίτρινο φως προσπίπτουν ταυτόχρονα και µε την ίδια γωνία πρόσπτωσης σε γυάλινο πρίσµα. Ποιά από τις ακόλουθες προτάσεις είναι σωστή:

Φυσικά ή τεχνητά ραδιονουκλίδια

ΑΡΧΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Δ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 23 ΜΑΪΟΥ 2003 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

1. ΦΥΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ IONTIZOYΣΑΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ (ΑΚΤΙΝΕΣ Χ γ) Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής Παν/μιο Αθηνών

Α2. Στο πρότυπο του Bohr, ο λόγος της κινητικής προς τη δυναμική ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου είναι ίσος με: α. β. γ. δ.

ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΤΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΔΙΕΛΕΥΣΗ ΤΗΣ ΔΙΑΜΕΣΟΥ ΤΗΣ ΥΛΗΣ

ΑΤΟΜΙΚΑ ΠΡΟΤΥΠΑ. Θέμα B

Ο Πυρήνας του Ατόμου

Α2. Στο πρότυπο του Bohr, ο λόγος της κινητικής προς τη δυναμική ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου είναι ίσος με: α. β. γ. δ.

Ταχέα (μεγάλης ενέργειας) νετρόνια (fast neutrons): Τα ταχέα νετρόνια μπορούν να προκαλέσουν ελαστικές

Πρόοδος µαθήµατος «οµικής και Χηµικής Ανάλυσης Υλικών» Χρόνος εξέτασης: 3 ώρες

Μέγεθος, πυκνότητα και σχήμα των πυρήνων. Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Μάθημα 3α Ενεργός διατομή και μέση ελεύθερη διαδρομή

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ 2011

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 : AΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ

Niels Bohr ( ) ΘΕΜΑ Α

Κανονικη Εξεταστικη

Αντιδράσεις των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα, Καταιονισμοί.

λ Ε Πχ. Ένα σωματίδιο α έχει φορτίο +2 όταν επιταχυνθεί από μια διαφορά Για ακτίνες Χ ή ακτινοβολία γ έχουμε συχνότητα

Ακήσεις #1 Μήκος κύματος σωματιδίων, χρόνος ζωής και ραδιοχρονολόγηση, ενεργός διατομή, μέγεθος πυρήνων

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2013

Αλληλεπίδρασηφορτισµένων σωµατιδίωνµετηνύληκαιεφαρµογές

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

Γ ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΙ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Β )

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Yukawa: στην προσπάθεια να εξηγήσει τις δυνάμεις μεταξύ n-p στον πυρήνα

Διάλεξη 6: Φυσική Ραδιενέργεια και πυρηνικές αντιδράσεις

ιαγώνισµα Β Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κυριακή 5 Απρίλη 2015 Φως - Ατοµικά Φαινόµενα - Ακτίνες Χ

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 27 ΜΑΪΟΥ 2005 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ: ΦΥΣΙΚΗ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙ ΩΝ: ΕΞΙ (6)

Αλληλεπίδρασηφωτονίων (Χ, γ) µε τηνύληκαιεφαρµογές

Ο µετασχηµατισµός της ορµής και της ενέργειας. x y z x y z

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 3 ΙΟΥΛΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

γ-διάσπαση Διάλεξη 17η Πετρίδου Χαρά Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Περι - Φυσικής. ιαγώνισµα Β Τάξης Ενιαίου Λυκείου Κυριακή 5 Απρίλη 2015 Φως - Ατοµικά Φαινόµενα - Ακτίνες Χ. Θέµα Α. Ενδεικτικές Λύσεις

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. 1.


Υπολογιστική Τομογραφία ακτίνων Χ

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 21 ΜΑΪΟΥ 2008 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ: ΦΥΣΙΚΗ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙ ΩΝ: ΕΞΙ (6)

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΚΑΙ ΟΡΙΣΜΟΙ ΤΗΣ ΡΑ ΙΟΧΗΜΕΙΑΣ

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΙΑΤΡΙΚΗ ΚΑΙ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ SPECT

Αλληλεπιδράσεις ακτινοβολίας-χ και ύλης. Ακτινολογία Ι - 2

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΥΡΗΝΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 20 ΜΑΪΟΥ 2015 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

Transcript:

Σκέδαση Compton Το φαινόμενο Compton περιγράφει ργρ τη σκέδαση ενός φωτονίου από ένα ελεύθερο ατομικό ηλεκτρόνιο: γ + e γ + e. To φωτόνιο δεν εξαφανίζεται μετά τη σκέδαση αλλά αλλάζει κατεύθυνση και ενέργεια. Το φωτόνιο μεταφέρει μέρος της ενέργειας του στο ηλεκτρόνιο το οποίο μετά τη σκέδαση ονομάζεται «ανακλώμενο ηλεκτρόνιο» (recoil electron). Εισερχόμενο φωτόνιο E Σκεδαζόμενο φωτόνιο E Ανακλώμενο ηλεκτρόνιο KE = E - E = E mc p γ = E /c P = E /c p H ενέργεια του σκεδαζόμενου φωτονίου ως συνάρτηση της γωνίας σκέδασης είναι: ιατήρηση ορμής και ενέργειας: (p) = (p γ ) + (p ) - p γ p cosθ = + - = 4 ' E γ (pc) (E γ ) (E ) E γ E cosθ E m c Eγ E Επίσης, Τ = E - E = E mc γ 1 mc (1 cos θ ) 1

Σκέδαση Compton κινητική ενέργεια, Τ, Τ ανακλώμενου ηλεκτρονίου: ' 1 T Eγ Eγ Eγ 1 Eγ 1 (1cos θ ) Τ=Ε γ -Ε γ πάντα μικρότερη της Ε γ mc Τ Μέγιστη όταν Ε γ =ελάχιστη (θ=180 ο ) Compton Edge T Ελάχιστη όταν Ε γ =μέγιστη (θ=0 ο ) Αν το σκεδαζόμενο φωτόνιο διαφύγει χωρίς απώλεια ενέργειας συνεχές φάσμα ενέργειας (Compton plateau) οι ακτίνες-γ μπορούν να σκεδαστούν περισσότερες φορές εναποθέτουν ενέργεια Αν το σκεδαζόμενο φωτόνιο υποστεί φωτοηλεκτρικό φαινόμενο όλη η ενέργεια εναποτίθεται (full-energy peak). Compton plateau Compton edge E γ E T mc E γ max E 1 γ mc Eγ =0.511 MeV Eγ=1. MeV Compton edge Eγ =.76 76 MV MeV

Σκέδαση Compton Η γωνιακή κατανομή των σκεδαζόμενων φωτονίων σχέση Klein-Nishina. Η διαφορική ενεργός διατομή έχει τη μορφή: d σ 1 1cos θ (1 cos ) 1 a Zr θ e dω 1 a (1cos θ ) (1cos θ )1 a(1 cos θ ) όπου α E / mc & r κλασική ακτίνα ηλεκτρονίου γ e ιάγραμμα σε πολικές συντεταγμένες του αριθμού των φωτονίων σκεδάζονται σε γωνία θ. Φαίνονται οι ισο-ενεργειακές γραμμές ως συνάρτηση της αρχικής ενέργειας των εισερχομένων φωτονίων. Για μεγάλες ενέργειες φωτονίου παρατηρούμε ότι σκεδάζονται προς τα μπρος. 3

Σκέδαση Compton ολική ενεργός διατομή - συντελεστής απορρόφησης Compton NA NA Α NA σ ρ Zf E ρ f E ρ f E A A διότι A Z μέχρι A.6 Z (εκτός του υδρογόνου) γ γ γ η πιθανότητα να συμβεί το Compton είναι ανεξάρτητη του ατομικού αριθμού του υλικού. E γ Z 4

Παράδειγμα Να υπολογιστεί η ενέργεια ενός φωτονίου ου αρχικής ενέργειας Ε γ = 1 MeV το οποίο σκεδάζεται μέσω Compton σε γωνία 90 ο. mc =0.511 MeV για ηλεκτρόνιο, σε γωνία cosθ=0 E ' γ Eγ 1 MeV E 1 (1 / 0.511) γ 1 (1cos θ ) mc 0.338 MeV Εισερχόμενο φωτόνιο E KE = E - E = E mc Σκεδαζόμενο φωτόνιο E 5

Σκέδαση Thomson & Rayleigh Η επίδραση του ηλεκτρομαγνητικού η πεδίου της ακτινοβολίας-γ επάνω στο ηλεκτρόνιο έχει ως αποτέλεσμα την ταλάντωση του ηλεκτρόνιου για χαμηλές ενέργειες του φωτονίου. εισερχόμενο φωτόνιο Ε i Ένταση προσπίπτοντος ΗΜ πεδίου Ε i Ένταση σκεδαζόμενου ΗΜ πεδίου Ε j σκεδαζόμενο φωτόνιο Η ενεργειακή ροή στη μονάδα του χρόνου δίνεται από το άνυσμα Pointing W=ExH <W>=<E >ε ο c. Η σκεδασθείσα ενέργεια σε χρόνο dt μέσα από επιφάνεια ds σε απόσταση r από το ηλεκτρόνιο δίνεται: E ε cdsdt E ε cr d dt Εj j o j o Ω Θεωρώντας ένα ηλεκτρόνιο τότε η ίδια ενέργεια ισοδυναμεί με την εισερχόμενη επί την διαφορική ενεργό διατομή που σκεδάζεται στη γωνία dω: E j Ei εocdσdt dσ rdω E ι 6

Σκέδαση Thomson & Rayleigh άτομα με πολλά e Σκέδαση Thomson σκέδαση Rayleigh φωτόνια πάνω σε ελεύθερα ηλεκτρόνια χωρίς αλλαγή του μήκους κύματος. σ Τ 8ππ r 3 e Σκέδαση Rayleigh θεμελιώδης στην περίθλαση ακτινών-χ από κρυστάλλους. Και στις δυο σκεδάσεις δεν μεταφέρεται ενέργεια στο υλικό. Τα άτομα του υλικού δεν διεγείρονται, δεν ιονίζονται. Αλλάζει μόνο η διεύθυνση του φωτονίου. Για πολύ μεγάλες ενέργειες Χ & ακτινών-γ οι Thomson, Rayleigh είναι αμελητέες. Η σκέδαση Compton θεωρείται ως ΑΣΥΜΦΩΝΗ διαδικασία σκέδασης, όπου όλα τα ατομικά ηλεκτρόνια δρουν ανεξάρτητα. η ατομική ενεργός διατομή Compton είναι ίση με Ζ φορές την Klein-Nishina ενεργό διατομή. 7

ίδυμη Γένεση Μετατροπή ενός φωτονίου σ ένα ζεύγος e + e -. To φαινόμενο συμβαίνει μόνο στην περιοχή ενός πυρήνα ή e. Χρειάζεται το πεδίο Coulomb του πυρήνα και απαιτείται μια ελάχιστη ενέργεια : mc e Eγ mc e αλλ ά mnucleus me Eγ mc e m nucleus Επίσης μπορούμε να έχουμε δίδυμη γένεση και στην περιοχή του πεδίου Coulomb ενός ηλεκτρονίου με ενέργεια κατωφλίου: E γ 4 mc - - + - (γ+e e +e +e ) e (γ+nucleus ' + - nucleus +e +e) 8

ίδυμη Γένεση E = 511 kev Positron e + E = 511 kev Εισερχόμενο φωτόνιο E Electron e - KE(ζεύγους) = E -mc - Απώλεια ενέργειας στο υλικό Το ποζιτρόνιο χάνει την ενέργεια του και έλκει ένα ηλεκτρόνιο και εξαϋλώνεται σε δυο φωτόνια που το καθένα έχει ενέργεια 0.511 ΜeV H μέση ελεύθερη διαδρομή δ (mean free path) ενός φωτονίου για τη δημιουργία ενός ζεύγους e + -e - σχετίζεται με το «μήκος ακτινοβολίας» (radiation length) X o ηλεκτρονίων: λ ζεύγους 9 Xo 7 9

ίδυμη Γένεση H πιθανότητα να συμβεί η δίδυμη γένεση, ονομάζεται συντελεστής παραγωγής ζεύγους (pair production coefficient) είναι μια πολύπλοκη συνάρτηση της ενέργειας Ε γ, και του ατομικού αριθμού Ζ. Μπορεί να γραφτεί στη μορφή: 1 κ ( m ) NZ f ( E γ,ζ) κ είναι η πιθανότητα να συμβεί η παραγωγή ζεύγους ανά μονάδα μήκους και f() μια συνάρτηση που μεταβάλλεται με την ενέργεια του φωτονίου και πολύ λίγο με τον ατομικό αριθμό. κ αυξάνει με (ατομικό αριθμό, ενέργεια) και έχει κατώφλι 1.0 MeV. Από τους 3 συντελεστές είναι ο μόνος που αυξάνει με την ενέργεια. f 1.0 ΜeV E Z 10

Εξαΰλωση Ποζιτρονίου τα ποζιτρόνια όταν διαπερνούν την ύλη εξαϋλώνονται με τα ηλεκτρόνια και δημιουργούν φωτόνια: e e γ γ Σε μεγάλες ενέργειες, το ποζιτρόνιο θα χάσει την ενέργεια του μέσω ιονισμού και ακτινοβολίας πέδησης μέχρι να αποκτήσει χαμηλή ενέργεια ώστε να εξαϋλωθεί. e + και e - μπορούν να δημιουργήσουν μια προσωρινή δέσμια κατάσταση (positronium), παρόμοια αυτής του ατόμου του υδρογόνου. Ενεργειακά επίπεδα positronium E e e 13.6 ev n Ενεργειακά επίπεδα ατόμου Η E p e 13.6 ev n 11

Αλληλεπίδραση φωτονίων Ενεργός διατομή για την αλληλεπίδραση λ φωτονίων ως συνάρτηση της ενέργειας για C & Pb με τις επιμέρους συνεισφορές των διαφορετικών διαδικασιών. s pe = Atomic photo-effect (electron ejection, photon absorption) s Rayleigh = Coherent scattering (Rayleigh scattering-atom neither ionised nor excited) s Compton = Incoherent scattering (Compton scattering off an electron) k n = Pair production, nuclear field k e = Pair production, electron field 1

Αλληλεπίδραση φωτονίων Η ολική πιθανότητα αλλ/σης μ ανά μονάδα μήκους καλείται και γραμμικός συντελεστής απορρόφησης (linear attenuation coefficient) ισούται με το άθροισμα των τριών πιθανοτήτων ή ενεργών διατομών για τα αντίστοιχα 3 φαινόμενα: μ (cm - 1 )=τ τ + σ + κ Ο συντελεστής σε cm /g θα έχουμε τον μαζικό συντελεστή εξασθένησης: μ (cm /g)= μ (cm - 1 )/ρ (g/cm 3 ) 13

Παράδειγμα Για μια ακτίνα γ ενέργειας 140 kev, o μαζικός συντελεστής εξασθένησης για το Η είναι μ Η =0.6 cm /g και για το Ο είναι μ Ο =0.14 cm /g. Ποια είναι η μέση ελεύθερη διαδρομή του αυτού του φωτονίου στο νερό; w H =/18 και w O =16/18 16 cm cm μ w μ 0.6 0.14 0.153 c i i i 18 18 g g 1 1 λ 6.5 cm μρ 0.153 1 14

Παράδειγμα Να υπολογιστεί το πάχος ενός φύλλου μολύβδου ( 08 Pb) που εξασθενεί μια δέσμη φωτονίων ενέργειας 66 kev που προέρχεται από μια ραδιενεργό πηγή 137 Cs κατά ένα παράγοντα 10. Η πυκνότητα του Pb είναι ρ=11.3 g/cm 3. 40 Από το διάγραμμα: η ολική ενεργός διατομή της αλλ/σης στο Pb σ=40b/atom ο γραμμικός συντελεστής εξασθένησης θα είναι: 3 N A 610 11.3 40 1.3 cm 1 μ Nρσ ρσ A 08 Ο αριθμός των φωτονίων που επιβιώνουν σε απόσταση x: μx 1 I ln o I Ioe x μ I 1 x ln10 1.77 cm 1.3 15

Παράδειγμα Ένα πάχος mm ενός φύλλου μολύβδου ( 08 Pb) πυκνότητας ρ=11.3 ρ g/cm 3 εξασθενεί μια δέσμη φωτονίων κατά ένα παράγοντα 8.4. Να υπολογιστεί η ενέργεια των φωτονίων. N A ρσx I μx A A o I Ioe I Ioe σ ln xna ρ I 08 σ ln(8.4) 3.6 b/atom 3 0. 6.0310 11.3 3.6 16