Файл: Румянцев, С. В. Радиационная дефектоскопия.pdf

С повышением энергии излучения коэффициент комптоновского рассеяния уменьшается в меньшей степени, чем коэффи­ циент фотоэлектрического поглощения, и играет существенную роль вплоть до энергии порядка нескольких мегаэлектронвольт

(рис. 2.5).

Рис. 2.5. Кривее изменения линейных коэффициентов т, а, <т„, crs, ц и к для свинца в зависимости от энергии излучения Е.

последний начинает колебаться с частотой этой волны и излу­ чает энергию преимущественно вперед в виде рассеянной волны (классическое рассеяние). Энергия фотонов при этом не изме­ няется. Движение электронов в атоме взаимосвязано, поэтому излучение, рассеянное одним электроном, будет интерфериро­ вать с излучением, рассеянным другими электронами этого же

40

атома. Вероятность классического рассеяния значительно мень­ ше вероятности комптоновского рассеяния.

Комптоновское рассеяние является основным механизмом взаимодействия фотонов в широком энергетическом интервале рентгеновского и у-излучений. В свинце, например, взаимодейст-

Рис. 2.6. Угловое распределение фотонов рассеянного излучения в полярных координатах для различных энергии (а) и относительная интенсивность не­ когерентного рассеяния излучения в зависимости от угла рассеяния ф (б).

вие фотонов с энергией от 0,6 до 5 Мэе происходит в основном путем комптон-эффекта. В алюминии комптоновское рассеяние преобладает для фотонов с энергией от 0,05 до 15 Мэе.

Направление распространения рассеянных рентгеновских и у-фотонов зависит от энергии фотонов первичного излучения. На рис. 2.6, а приведена диаграмма, иллюстрирующая угловое распределение фотонов рассеянного излучения в полярных коор­ динатах для различных энергий фотонов в безразмерных еди-

41

ницах

покоя электрона, равной 0,51 Мэе. Длина радиуса вектора р ха­ рактеризует интенсивность излучения, рассеянного под данным углом ср. Классическому рассеянию соответствует кривая а=0. Из приведенной диаграммы следует, что с повышением энергии излучения уменьшается доля излучения, рассеянного под боль­ шим углом (>90°). Для жесткого (коротковолнового) излуче­ ния почти все рассеянное излучение распределяется в конусе с малым углом раствора в направлении распространения первич­ ного пучка излучения.

Таким образом, при прохождении рентгеновских и у-фотонов через вещество они могут рассеиваться под различными углами в интервале от 0 до 180°, в то время как вторичные электроны вылетают только под углом, не превышающим 90°.

На рис. 2.6, б приведены кривые, характеризующие относи­ тельную интенсивность /Ф//0 излучения, рассеянного под раз­ личными углами для моноэнергетического пучка у-излучения с энергиями фотонов 90, 500 и 2500 кэв (для сравнения пункти­ ром дана аналогичная кривая для процесса когерентного рас­ сеяния).

в. Эффект образования пар

Прц взаимодействии с веществом фотоны тормозного и у-из- лучений достаточно высокой энергии (не менее 1,02 Мэе) вы­ зывают одновременное появление электронов и позитронов [12— 14]. Процесс образования электронно-позитронных пар про­ исходит в поле атомного ядра или в поле электрона. Чем боль­ ше атомный номер поглощающего вещества и энергия фотона, тем более вероятно образование электрона и позитрона.

Относительное уменьшение интенсивности потока излучения за счет образования пар на единице пути в веществе характе­ ризуется линейным коэффициентом эффекта образования пар к (с.м-1). Этот коэффициент растет с повышением энергии из­ лучения и пропорционален квадрату атомного номера вещест­ ва поглотителя Z2. На рис. 2.5 приведена зависимость х от энер­ гии излучения для свинца. Коэффициент к начинает играть су­ щественную роль для свинца при энергии порядка 2,5 Мэе, а для легких элементов (алюминий) — при энергиях порядка

10Мэе.

Относительное уменьшение потока первичного излучения,

связанное с преобразованием энергии фотонов в пары позит­ рон — электрон в слое вещества с единичной поверхностной

42

плотностью, характеризуется массовым коэффициентом эффекта образования пар х/р.

Следует иметь в виду, что позитрон существует лишь очень

его через вещество непрерывно уменьшаются. Чем толще слой поглотителя, тем большее ослаб­

ление будет испытывать проходящее через него излучение, так как на его пути возрастает число атомов и электронов вещест­

прибором, расположенным за поглотителем (рис. 2.7, а). Чтобы получить узкий пучок, необходимо хорошо диафрагмировать как источник, так и регистрирующий прибор. Если рассеянные фото­ ны попадают в регистрирующий прибор, то пучок излучения яв­ ляется широким (см. рис. 2.7, б).

43'

г. Ослабление узкого пучка излучения

Изменение мощности экспозиционной дозы первичного узко­ го пучка рентгеновских или у-фотонов может быть описано для параллельного моноэнергетического излучения уравнением

где Ро— мощность экспозиционной дозы в точке детектирования в отсутствие поглотителя; Pi— мощность экспозиционной дозы излучения, прошедшего слой вещества толщиной /; р — линей­ ный коэффициент ослабления излучения.

В связи с тем, что ослабление рентгеновского и у-излучений обусловливается фотоэффектом, рассеянием и образованием пар, линейный коэффициент ослабления р представляет собой сумму соответствующих трех коэффициентов:

Для данной энергии рентгеновского и у-излучений увеличение атомного номера поглотителя приводит к увеличению коэффи­ циента ослабления. С повышением энергии излучения линейные коэффициенты фотоэлектрического поглощения т и комптоновского рассеяния о непрерывно убывают (см. рис. 2.5). Для рент­ геновского и у-излученпй с энергией ниже 1,02 Мэе х = 0. С по­ вышением энергии излучения коэффициент х возрастает и до­ стигает больших значений для тяжелых элементов и очень вы­ соких энергий излучения.

Линейный коэффициент ослабления р может иметь мини­ мальное значение для каждого элемента при соответствующем значении энергии излучения. Так, для алюминия минимальное значение р будет при энергии 15 Мэе, для свинца — при

2,6 Мэе.

Способность вещества поглощать рентгеновское и у-излуче-

рр

44