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InterazioneRadiazioneMateria

< Decadimento {$\beta$} e produzione dei {$\gamma$} | Indice | Rivelatore di raggi {$\gamma$} >


La radiazione elettromagnetica di alta energia, ossia i raggi {$\gamma$}, interagisce più debolmente con la materia che non gli elettroni. Per fermare completamente gli elettroni prodotti dalla sorgente bastano frazioni di decimo di millimetro di materiale plastico o di acqua. Invece per fermare i {$\gamma$}, di energie molto simili, occorre uno spessore di centimetri di Pb. Ciò significa che un fotone passa quasi indisturbato attraverso milioni di strati atomici e solo raramente urta contro gli elettroni più esterni degli atomi. Il fotone primario emesso dalla sorgente può subire tre distinte interazioni secondarie nelle vicinanze di un atomo:

  • può compiere un urto elastico con l'elettrone, uscendone con direnzione ed energia diverse (diffusione Compton)
  • può cedere tutta la sua energia ad un elettrone, che viene così strappato all'atomo ed emesso con notevole energia cinetica aggiuntiva, pari all'energia del fotone, {$h\nu$} meno l'energia di legame dell'elettrone stesso (effetto fotoelettrico).
  • può infine annichilarsi, cedendo tutta la sua energia a una coppia elettrone-positrone ({$e^+ e^-$}). Siccome la coppia viene prodotta (non esisteva prima), l'energia del fotone deve essere almeno equivalente alla massa dell'elettrone e del positrone ({$2m_ec^2\approx 1$} MeV) e di consenguenza la produzione di coppie non può avvenire con il {$\gamma$} del Cs 137 che ha energia troppo bassa (0.662 MeV).

Mentre il {$\gamma$} secondario, diffuso nel processo Compton, tenderà a sfuggire al materiale (la probabilità di fare un'altro urto è bassa, a meno che il materiale non sia molto spesso), gli elettroni secondari, prodotti in tutti e tre i fenomeni descritti sopra, vengono sicuramente intrappolati nel materiale e ricedono la loro energia in eccesso in vari processi terziari. Alcuni di questi possono essere radiativi, ossia prevedere la generazione di fotoni terziari, di energie molto più basse. Quando questo fenomeno è dominante si dice che il materiale è uno scintillatore, ossia produce scintille di luce al passare di particelle cariche (gli elettroni). In questo caso la somma dell'energia dei fotoni terziari uguaglia l'energia ceduta dall'elettrone.


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