2) внутренняя конверсия
3) фотоэлектрический эффект
4) ядерный фотоэффект (+)
Ядерный фотоэффект, или фотодезинтеграция, представляет собой поглощение γ-кванта атомным ядром с последующим испусканием одного или нескольких нуклонов — нейтрона, протона, реже нескольких частиц. Энергия фотона передаётся ядру, переводит его в возбужденное состояние и расходуется на преодоление энергии связи нуклона; если энергия γ-кванта превышает порог реакции, избыток формирует кинетическую энергию вылетающей частицы. Обобщённо процесс описывают реакцией AZX + γ → A−1ZX + n или A−1Z−1Y + p.
Именно поэтому испускание нуклонов из ядер под действием γ-излучения соответствует ядерному фотоэффекту. Порог реакции определяется энергией связи частицы в данном ядре и обычно составляет несколько мегаэлектронвольт; вероятность взаимодействия может возрастать в области гигантского дипольного резонанса. Процесс имеет значение для радиационной защиты и медицинской физики при работе с высокоэнергетическими фотонными пучками, поскольку фотодезинтеграция некоторых материалов сопровождается образованием фотонейтронов и наведённой радиоактивности.
| Процесс | Объект взаимодействия | Основной механизм | Результат | Порог по энергии | Пример значения для медицинской физики |
|---|---|---|---|---|---|
| Ядерный фотоэффект | Атомное ядро | Поглощение γ-кванта ядром с преодолением энергии связи | Испускание нейтрона, протона или другого фрагмента; дочернее ядро | Определяется энергией отделения частицы, обычно несколько МэВ | Фотонейтроны при высокоэнергетической лучевой терапии |
| Фотоэлектрический эффект | Электронная оболочка атома | Полное поглощение фотона атомным электроном | Фотоэлектрон, характеристическое рентгеновское излучение или оже-электрон | Необходима энергия выше энергии связи электрона на оболочке | Зависимость контраста и поглощения рентгеновского излучения от атомного номера |
| Комптоновское рассеяние | Слабо связанный или свободный электрон | Неупругое рассеяние фотона с передачей части энергии электрону | Рассеянный фотон и электрон отдачи | Жёсткого порога нет | Ведущий механизм взаимодействия фотонов в широком диапазоне энергий в мягких тканях |
| Внутренняя конверсия | Возбуждённое атомное ядро и электронная оболочка | Энергия ядерного перехода передаётся электрону без испускания γ-кванта | Конверсионный электрон; последующее характеристическое излучение или оже-электроны | Энергия перехода должна превышать энергию связи электрона | Конкурирующий канал ядерной релаксации, а не реакция поглощения внешнего γ-кванта |
| Парная конверсия | Электромагнитное поле ядра | Преобразование энергии γ-кванта в электрон-позитронную пару | Электрон, позитрон и аннигиляционные γ-кванты | Не менее 1,022 МэВ | Учитывается при взаимодействии высокоэнергетических фотонов в веществе |
| Ядерная реакция с заряженной частицей | Ядро и налетающая частица | Передача энергии и импульса при столкновении, а не поглощении γ-кванта | Изменение состава или возбуждение ядра, возможное испускание частиц | Зависит от кулоновского барьера и энергетики реакции | Отличается от фотодезинтеграции отсутствием первичного γ-кванта как инициатора |
Ключевой диагностический признак рассматриваемого процесса — изменение состава ядра после поглощения γ-кванта и появление ядерного фрагмента. В отличие от фотоэлектрического эффекта и комптоновского рассеяния, взаимодействие происходит на уровне ядра, а не электронной оболочки. Испущенный нейтрон может активировать окружающие материалы, тогда как протон и α-частица быстро теряют энергию в веществе и создают локальную ионизацию. Поэтому при проектировании защиты высокоэнергетических установок учитывают не только ослабление фотонного пучка, но и возможное нейтронное поле.