Grafika interaktywna
Promieniowanie gamma
Grafika przedstawia widma promieniowania gamma o energii 500 keV i 5 MeV, zarejestrowane w półprzewodnikowym detektorze germanowym.
Widmo zawiera charakterystyczne elementy świadczące o zajściu kolejnych procesów oddziaływania promieniowania gamma z materią - pik pełnej absorpcji, ciągły rozkład zliczeń odpowiadający oddziaływaniu Comptona, pik o energii równej energii fotonu - 511 keV oraz -1022 keV, świadczący o kreacji pary elektron‑pozyton.
Zapoznaj się z grafiką prezentującą kształt widma energii zmierzonej w detektorze promieniowania jonizującego.
Multimedium bazowe przedstawia grafikę interaktywną na której widoczne są dwa wykresy, jeden nad drugim. Wykres górny przedstawia widmo promieniowania gamma w funkcji energii wyrażonej w megaelektronowoltach dla energii pięciuset kiloelektronowoltów. Oś pionowa wykresu skierowana jest w górę. Na osi pionowej zaznaczono wartości od zera do dziesięciu tysięcy oddziaływań promieniowania gamma z materią, co dwa tysiące. Oś pozioma układu skierowana jest w prawo. Na osi poziomej zaznaczono wartości od zera do sześciu dziesiątych megaelektronowolta, co jedną dziesiątą megaelektronowolta. W układzie widoczna jest funkcja narysowana niebieską linią. Funkcja zaczyna się w początku układu współrzędnych. Dla energii mniejszych niż cztery dziesiąte megaelektronowolta ilość aktów oddziaływania promieniowania gamma z materią nie przekracza piętnastu tysięcy . Do obszaru tego przyporządkowano cyfrę jeden. Po kliknięciu lewym przyciskiem myszy cyfry jeden pojawia się informacja, że w tym obszarze energii dominującym zjawiskiem jest rozproszenia Comptona. E wyniku rozproszenia Comptona foton oddaje część swojej energii do elektronów swobodnych lub słabo związanych z jądrem atomowym. Ilość przekazanej energii zależy od kąta rozproszenia Comptona. Dla energii z zakresu od około czterech dziesiątych do czterdziestu pięciu setnych megaelektronowolta funkcja przyjmuje wartość zera aktów oddziaływania promieniowania gamma z materią. Do obszaru tego przyporządkowano cyfrę dwa. Po kliknięciu lewym przyciskiem myszy cyfry dwa pojawia się informacja, że obszar odpowiadający rozproszeniu Comptona kończy się, gdy energia przekazana przez foton do elektronu jest równa energii fotonu. Dochodzi wtedy do rozproszenia wstecznego, czyli przekazu energii przez elektron do fotonu. Wartość energii, dla której kończy się obszar oddziaływania Comptona nosi nazwę krawędzi Comptona. Dla energii pięciu dziesiątych mega elektronowolta obserwowany jest pik funkcji, w którym osiąga ona wartość około dziesięciu tysięcy aktów oddziaływania promieniowania gamma z materią. Do tej części wykresu funkcji przyporządkowana została cyfra trzy. Po kliknięciu lewym przyciskiem myszy na cyfrę trzy, pojawia się informacja, że wzrost wartości funkcji jest wynikiem występowania zjawiska fotoelektrycznego wewnętrznego. W wyniku tego zjawiska cała energia fotonu przekazywana jest do elektronu. Wykres górny przedstawia widmo promieniowania gamma w funkcji energii wyrażonej w megaelektronowoltach dla energii pięciu megaelektronowoltów. Oś pionowa wykresu skierowana jest w górę. Na osi pionowej zaznaczono wartości od zera do siedmiu tysięcy oddziaływań promieniowania gamma z materią, co tysiąc. Oś pozioma układu skierowana jest w prawo. Na osi poziomej zaznaczono wartości od zera do pięciu megaelektronowoltów, jeden megaelektronowolt. W układzie widoczna jest funkcja narysowana niebieską linią. Funkcja zaczyna się w początku układu współrzędnych. Dla energii mniejszych niż cztery megaelektronowolty wartość funkcji jest prawie stała i nie przekracza sześciuset aktów oddziaływania . Dla energii czterech megaelektronowoltów na wykresie obserwowany jest pierwszy z trzech charakterystycznych pików. W pierwszym z pików wartość funkcji osiąga około pięciu tysięcy zliczonych aktów oddziaływania promieniowania gamma z materią. Pikowi temu przyporządkowano cyfrę sześć. Pik ten ma widoczny jest dla energii równej energii promieniowania gamma pomniejszonej o jeden i dwadzieścia dwie tysięczne megaelektronowolta. Pik ten związany jest z występowaniem zjawiska tworzenia para elektron myślnik pozyton. Powstała para posiada sumarycznie energię równą energii fotonu pomniejszoną o energię spoczynkową powstałych cząstek, czyli iloczyn ich mas i prędkości światła. Powstały pozyton po zatrzymaniu anihiluje z elektronem, co prowadzi do powstania dwóch kwantów promieniowania o energii pięciuset jedenastu kiloelektronowoltów. Drugi pik na wykresie funkcji obserwowany jest dla energii około czterech i pół megaelektronowolta. Dla tej wartości energii wartość funkcji osiąga prawie sześć tysięcy zliczonych oddziaływań promieniowania gamma z materią. Do piku tego przyporządkowano cyfrę pięć. Po kliknięciu lewym przyciskiem myszy cyfry pięć pojawia się informacja, że pik dla energii fotonu pięciuset jedenastu kiloelektronowoltów jest świadectwem zajścia procesu kreacji pary elektron myślnik pozyton. Powstała para posiada sumarycznie energię równą energii fotonu pomniejszoną o energię spoczynkową powstałych cząstek, czyli iloczyn ich mas i prędkości światła. Powstały pozyton po zatrzymaniu anihiluje z elektronem. Zjawisko anihilacji jest procesem odwrotnym do procesu kreacji par. Ostatni pik na wykresie funkcji obserwowany jest dla energii pięciu megaelektronowoltów. Dla tej energii wartość funkcji jest równa prawie sześć i pół tysiąca zliczeń aktów oddziaływania promieniowania gamma z materią. Do piku tego przyporządkowano cyfrę cztery. Po kliknięciu lewym przyciskiem myszy cyfry cztery pojawia się informacja, że pik o energii równej początkowej energii fotonu jest wynikiem wystąpienia zjawiska fotoelektrycznego, polegającego na przekazaniu przez foton całej energii do elektronu.
Pierwszy element grafiki przedstawia odpowiedź detektora na promieniowanie gamma o energii 0,5 MeV. Druga część jest odpowiedzią detektora na kwanty gamma o energii 5 MeV. Klikając w liczby od 1 do 6 dowiesz się, jaki proces odpowiada za powstanie kolejnych elementów widma. Zastanów się i odpowiedz na pytanie, jakie procesy odpowiadają za powstanie części widma zaznaczonych czerwoną ramką?