Energieabgabe von y-Quanten

Wie wir aus den hervorgegangenen Kapiteln wissen, handelt es sich bei γ - Strahlung um elektromagnetische Strahlung. Im Bereich der Quantenphysik haben wir auch schon zwei Prozesse kennengelernt, bei dem elektromagnetische Strahlung mit Materie in Wechselwirkung tritt. Hier führen wir nun die drei wesentlichen Prozesse auf und erklären, was dabei passiert:

Hinweis: Alle Prozesse können stattfinden, wenn y-Quanten als Röntgenstrahlung, Bremsstrahlung oder beim radioaktiven Zerfall eine Rolle spielen.

• Photoeffekt: Beim Photoeffekt gibt ein y-Quant (übrigens auch Photon genannt) seine gesamte Energie an ein Elektron an, um so zum Beispiel ein Elektron aus einem Material herauszulösen. Für die Energie E_e des Elektrons gilt dabei E_e = E_y - E_B, wobei E_B die Bindungsenergie des Elektrons (oft auch als Austrittsarbeit bezeichnet) ist.
• Compton-Effekt: Beim Compton-Effekt übergibt das Photon nicht die gesamte Energie an ein Elektron, denn es wird nur an einem Elektron gestreut. Dabei bekomt das Elektron zwar auch Energie ab, das y-Quant fliegt allerdings auch mit einer geringeren Energie (also einer größeren Wellenlänge) weiter. Die Größe der übertragenen Energie hängt dabei vom Streuungswinkel ab.
• Paarerzeugung: Ist die Energie des y-Quant größer als die zweifache Ruheenergie des Elektrons (E = 2 * m_ec²) ist die Paarerzeugung möglich. Dabei reagiert ein y-Quant zu einem Positron und ein Elektron, was allerdings aufgrund von Energie- und Impulserhaltung nur im Coulomb-Feld eines Atomkerns möglich ist.

Beziehung zwischen diesen Effekten: Diese Effekte treten meistens nicht gleichzetig auf, sondern sind Energieabhängig. Der Photoeffekt tritt demnach bereits bei kleineren Energien auf, der Compton-Effekt bei mittleren Energien und die Paarerzeugung erst bei Energien ab 1,02 MeV (zweifache Ruheenergie des Elektrons).

Die Absorbtion von γ - Strahlung untersucht man im Weiteren auch in Abhängigkeit von verschiedenen Schichtdicken d der Absorbermaterialien. Diese Beziehung kann auch über eine e-Funktion der Form n(d) = n₀ e^-k*d, k bezeichnet man dabei als ^{Schächungskoeffizient} und über die ^{Halbwertsdicke} d_HW charakterisiert man das Absorbermaterial.