Interazione dei gamma I fotoni, a differenza delle particelle cariche, interagiscono con la materia attraverso dei processi «catastrofici», nei quali perdono.

Presentazione sul tema: "Interazione dei gamma I fotoni, a differenza delle particelle cariche, interagiscono con la materia attraverso dei processi «catastrofici», nei quali perdono."— Transcript della presentazione:

1 Interazione dei gamma I fotoni, a differenza delle particelle cariche, interagiscono con la materia attraverso dei processi «catastrofici», nei quali perdono una frazione consistente della loro energia, modificando profondamente il loro stato iniziale: Effetto fotoelettrico Effetto Compton Produzione di coppie e+e- I fotoni che conservano esattamente il loro stato iniziale sono quelli che non hanno interagito!

2 Interazione dei gamma I(x) = I0 exp(-μx) μ = N σtot
Sezioni d’urto di interazione: molto minori di quelle relative ai processi con particelle cariche. L’attenuazione del numero di fotoni incidenti in un materiale segue in prima approssimazione una legge esponenziale: I(x) = I0 exp(-μx) I0 = Intensità iniziale del fascio I = Intensità del fascio dopo uno spessore x μ = Coefficiente di assorbimento, proporzionale alla densità di atomi N e alla sezione d’urto totale per atomo μ = N σtot

3 Interazione dei gamma σtot = σphot + Z σComp + σcoppie
La sezione d’urto totale è la somma di quelle relative ai 3 processi possibili σtot = σphot + Z σComp + σcoppie

4 Interazione dei gamma Alluminio
Sezioni d’urto dei vari processi di interazione dei gamma in funzione dell’energia. Alluminio

5 Interazione dei gamma Piombo
Sezioni d’urto dei vari processi di interazione dei gamma in funzione dell’energia. Piombo

6 Interazione dei gamma Coefficiente di assorbimento in funzione dell’energia

7 Interazione dei gamma Kmax = h ν - W0
Effetto fotoelettrico: Emissione di elettroni con energia cinetica massima data da: Kmax = h ν - W0 W0 = Lavoro di estrazione (pochi eV) Sostanzialmente elettroni con energia pari a quella del fotone Sezione d’urto ≈ Z5 / Eγ 7/2

8 Interazione dei gamma Sezione d’urto per effetto fotoelettrico, calcolata per il Pb. Il processo fotoelettrico è importante a basse energie, mentre decresce velocemente con l’energia del fotone.

9 Interazione dei gamma h ν’ = h ν / [ 1 + γ (1 – cos θ ) ]
Effetto Compton: Nel processo Compton il fotone trasferisce parte della sua energia/impulso ad un elettrone. Nello stato finale si ha un elettrone e un fotone diffuso, con conservazione dell’energia e dell’impulso. L’energia del fotone diffuso dipende dall’angolo: h ν’ = h ν / [ 1 + γ (1 – cos θ ) ] dove γ = h ν / me c2

10 Interazione dei gamma La sezione d’urto Compton è data dal contributo di 2 termini. La sezione d’urto per effetto Compton prevale a energie intermedie e decresce all’aumentare dell’energia del fotone.

11 Interazione dei gamma T(e+) + T(e-) = hν – 2 mc 2
Nel processo di creazione di coppie viene creata una coppia elettrone-positrone, con energia pari a T(e+) + T(e-) = hν – 2 mc 2 La sezione d’urto per il processo di creazione di coppie è proporzionale a Z2 e cresce con l’energia.

12 Interazione dei gamma Sezione d’urto per creazione di coppie per il Piombo, in funzione dell’energia del fotone.

13 Interazione dei gamma Sommario:
A bassa energia (dell’ordine del MeV), i fotoni interagiscono in prevalenza mediante effetto fotoelettrico All’aumentare dell’energia (1-10 MeV) tende a prevalere l’effetto Compton, che produce elettrone e fotone diffuso Ad alte energie (>10 MeV) il processo prevalente è quello della produzione di coppie elettrone-positrone. Come interagiscono poi i prodotti secondari di questi processi (elettroni, positroni, fotoni) ? A loro volta, se hanno energia sufficiente, gli elettroni/positroni per radiazione di frenamento e i fotoni per produzione di coppie..

14 Interazione dei gamma Si produrrà in definitiva una CASCATA ELETTROMAGNETICA