Photoeffekt Comptoneffekt Paarbildung

Da ?-Strahlung nicht aus geladenen Teilchen besteht, sondern aus Photonen, mussen sie zunachst mit Materie wechselwirken um gemessen zu werden. Die Absorption der ?-Strahlung erfolgt in drei Prozessen.

Beim Photoeffekt wird die Energie eines ?-Quants vollstandig auf ein Elektron der Hulle ubertragen, das Photon wird absorbiert. Ein Teil der Energie des Photons wird benotigt um die Bindung des Elektrons vom Atomkern zu losen, der Rest wird in kinetische Energie des Elektrons umgewandelt.

Der Photoeffekt findet vorzugsweise an kernnahen Elektronen statt. Die kinetische Energie des Elektrons ist gleich der Energie des ?-Quants abzuglich der Auslosearbeit.

Die Wahrscheinlichkeit fur das Eintreten des Photoeffekts nimmt mit steigender Ordnungszahl zu und mit steigender Quantenenergie ab.

Bis zu 0, 5 MeV dominiert der Photoeffekt gegenuber den anderen Effekten.

Trifft ein ?-Quant auf ein Elektron, dessen Bindungsenergie im Vergleich zur Quantenenergie sehr klein ist, das also quasifrei ist, so gibt es einen Teil seiner Energie und seines Impulses an das Elektron ab und wird an diesem gestreut. Der Energie- bzw. Impulsubertrag ist maximal fur einen Streuwinkel von 180 (Ruckstreuung). Im Spektrum sieht man dies an der sog. Comptonkante. Die Wahrscheinlichkeit dafur, dass der Comptoneffekt eintritt steigt mit der Kernladungszahl und fallt mit zunehmender Quantenenergie. Die Wellenlangenanderung des gestreuten ?-Quants hangt vom Streuwinkel ab.

Die Comptonelektronen mit geringer Energie (kontinuierliches Spektrum) bilden das so genannte Comptongebirge. Die Wahrscheinlichkeit fur das Eintreten des Comptoneffekts nimmt mit wachsender Ordnungszahl zu. Der Comptoneffekt dominiert gegenuber den anderen Effekten im Bereich zwischen 0, 5 MeV und 5 MeV.

zu c) Paarbildung: Besitzt ein Elektron eine Energie grosser als 1, 02MeV, also mindestens die doppelte Ruheenergie eines Elektrons, so kann es im Coulombfeld eines Kerns in ein Elektron und dessen Antiteilchen, ein Positron, materialisieren. Die Energie, die uber die Ruheenergie dieser Teilchen hinausgeht, bekommen die Teilchen im Wesentlichen als kinetische Energie. Den Restbetrag der Energie erhalt das Teilchen, in dessen Feld die Paarbildung stattfindet. (Auch im Feld eines Elektrons ist Paarbildung moglich. Da dabei auch auf das Elektron ein Teil der Energie ubertragen wird, spricht man von Triplettbildung. ) Die Vereinigung von Positron mit einem Elektron wird als Paarvernichtung bezeichnet, wodurch zwei oder mehrere ? Quanten entstehen.

Auch bei der Paarbildung ist ein dritter Stosspartner notig, um keinen Widerspruch in der Energie-Impuls-Beziehung zu erhalten.

Erklarung: Im Bezugssystem in dem Elektron und Positron nach der Paarbildung einen Gesamtimpuls von Null besitzen, musste das ? Quant vor der Paarbildung ebenfalls einen Gesamtimpuls von Null besitzen. Da das ? Quant jedoch in jedem Bezugssystem die Lichtgeschwindigkeit hat und damit p? = 0 ist, entsteht her ein ...