край Комптона

Наибольшая энергия, которую фотон, рассеянный на электроне, может ему передать

В гамма-спектрометрии комптоновский край — это особенность измеренного спектра энергии гамма-излучения, которая возникает в результате комптоновского рассеяния в материале детектора. Он соответствует наибольшей энергии, которая может быть передана слабосвязанному электрону атома детектора падающим фотоном в процессе однократного рассеяния, и проявляется как гребень в измеренном спектре энергии гамма-излучения. Это явление измерения (означающее, что падающее излучение не обладает этой особенностью), которое особенно заметно в спектрах энергии гамма-излучения моноэнергетических фотонов.

Когда гамма-луч рассеивается в сцинтилляторе или полупроводниковом детекторе и рассеянный фотон покидает объем детектора, только часть падающей энергии осаждается в детекторе. ^[1] Эта часть зависит от угла рассеяния фотона, что приводит к спектру энергий, соответствующему всему диапазону возможных углов рассеяния. Самая высокая энергия, которая может быть оседает, соответствующая полному обратному рассеянию , называется краем Комптона . В математических терминах край Комптона является точкой перегиба высокоэнергетической стороны области Комптона. ^[2]

Фон

Спектр гамма-излучения радиоактивного источника Am-Be. Комптоновский континуум обусловлен эффектами рассеяния в материале детектора. Самая высокая энергия, которая может быть передана падающим фотоном в процессе единичного рассеяния, называется комптоновским краем. Фотопик после комптоновского края соответствует полному выделению энергии падающего гамма-излучения (через единичный процесс, такой как фотоэлектрический эффект , или последовательность различных процессов). Пики одиночного и двойного выхода соответствуют взаимодействиям, включающим рождение пар , где аннигиляционные фотоны выходят из объема детектора ^[1]

В процессе комптоновского рассеяния падающий фотон сталкивается со слабосвязанным электроном, что приводит к его освобождению из атомной оболочки. Энергия выходящего фотона, E' , определяется по формуле:

${\displaystyle E^{\prime }={\frac {E}{1+{\frac {E}{m_{\text{e}}c^{2}}}(1-\cos \theta )}}}$

• E — энергия падающего фотона.
• ${\displaystyle m_{\text{e}}}$масса электрона.
• с — скорость света.
• ${\displaystyle \theta }$— угол отклонения фотона.

(обратите внимание, что приведенная выше формула не учитывает энергию связи электрона, которая может играть существенную роль для низкоэнергетических гамма-лучей).

Энергия, переданная электрону, , меняется в зависимости от угла рассеяния фотона. При равном нулю передача энергии отсутствует, тогда как максимальная передача энергии происходит при равном 180 градусам (обратное рассеяние). ${\displaystyle E_{T}}$ ${\displaystyle \theta }$ ${\displaystyle \theta }$

${\displaystyle E_{T}=E-E^{\prime }}$^[2]

${\displaystyle E_{\text{ComptonEdge}}=E_{T}({\text{max}})=E\left(1-{\frac {1}{1+{\frac {2E}{m_{\text{e}}c^{2}}}}}\right)}$

В единичном акте рассеяния фотон не может передать больше энергии посредством этого процесса; таким образом, на этой энергии происходит резкое обрезание, что приводит к названию « край Комптона» . Если в спектре присутствует несколько фотопиков, каждый из них будет иметь свой собственный край Комптона. ^[2] Часть спектра между краем Комптона и фотопиком обусловлена ​​несколькими последующими процессами рассеяния Комптона.

Континуум энергий, соответствующий комптоновскому рассеянию электронов, известен как комптоновский континуум . ^[1]

Ссылки

1. Knoll, Glenn F. Обнаружение и измерение радиации 2000. John Wiley & Sons, Inc.
2. Prekeges, Jennifer (2010). Инструменты для ядерной медицины . Садбери, Массачусетс: Jones and Bartlett Publishers. стр. 42. ISBN 9781449611125.

Смотрите также

• Гамма-спектроскопия
• подавление Комптона