Рассеяние излучения

При взаимодействии γ-квантов, имеющих энергию 0,01–3 МэВ, с веществом может происходить их рассеяние, то есть отклонение от их первоначального направления. Различают рассеяние двух видов: некогерентное, при котором квант изменяет свою энергию, и когерентное, при котором энергия кванта не изменяется.

Некогерентное рассеяние (так называемое комптоновское рассеяние) имеет место, когда энергия фотона велика в сравнении с энергией связи электрона, а также при взаимодействии со свободными или слабосвязанными электронами. Взаимодействие кванта с электроном можно рассматривать в этом случае как столкновение двух независимых частиц.

Когерентное рассеяние играет существенную роль в общем процессе рассеяния в области малых энергий фотонов (20–50 кэВ). При энергиях выше 100 кэВ некогерентное рассеяние становится преобладающим.

Большая часть когерентного рассеяния мало отклоняется от направления первичного излучения (до 15°), то есть в конечном итоге оно является частью проходящего через вещество излучения и не ослабляет первичный поток излучения в значительной степени.

Исходя из законов сохранения энергии и импульса взаимодействующих частиц, можно установить связь между углом некогерентного рассеяния θ и энергиями первичного E и рассеянного E_р квантов (E в МэВ):

Минимальной величины энергия рассеянного излучения достигает при угле рассеяния θ=180°:

При малых углах рассеяния энергия рассеянного излучения близка к энергии первичного излучения.

Когерентное рассеяние имеет место при небольших по сравнению с энергией связи электрона энергиях квантов. В этом случае при столкновении γ-кванта с электроном перераспределение энергии происходит не между квантом и электроном, а между квантом и атомом. Поскольку масса атома сравнительно велика, энергия фотона при таком рассеянии практически не меняется.

Для оценки количественных характеристик рассеяния используют массовые коэффициенты рассеяния, учитывающие количество атомов в единице массы вещества. Для некогерентного рассеяния с увеличением энергии

излучения массовый коэффициент рассеяния уменьшается, при этом он мало зависит от состава вещества, поскольку количество электронов в единице массы вещества незначительно отличается для различных элементов.

При когерентном рассеянии массовый коэффициент сильно зависит от энергии излучения и атомного номера. В табл. 6.8 приведены значения массовых коэффициентов когерентного ζ^к и некогерентного ζ^н рассеяния γ-излучения для различных элементов. По данным таблицы видно, что интенсивность рассеянного излучения различными рудами может значительно отличаться, особенно в области малых энергий. Метод измерения рассеянного γ-излучения называется гамма-отражательным.

Гамма-отражательный метод может быть применѐн для обогащения руд, содержащих тяжѐлые элементы, например железных, свинцово-цинковых, ртутных, хромовых.