Radioaktīvā starojuma veidi, galvenie gamma kvantu mijiedarbības procesi ar vielu. Gamma starojuma mijiedarbība ar vielu Gamma staru mijiedarbība ar matērijas fotoelektrisko efektu
Ir zināmi divpadsmit y-kvantu mijiedarbības veidi ar vielu. No tiem 0,05–5–1,5 MeV enerģijas diapazonā, kas raksturīgs ģeofizikā izmantotajiem izotopu avotiem, nozīmīgi ir trīs: fotoelektriskais efekts, Komptona efekts un pāru veidošanās.
Kvantu mijiedarbības ar vielu kopējais mikroskopiskais šķērsgriezums ir vienāds ar uzskaitīto procesu šķērsgriezumu summu:
Fotoelektriskais efekts (fotoelektriskā absorbcija) To sauc par tādu kvanta mijiedarbību ar atomu, kurā kvants tiek absorbēts un tā enerģija daļēji tiek iztērēta elektrona atdalīšanai un daļēji nodota pēdējam kinētiskās enerģijas veidā.
Atoms, kas fotoelektriskā efekta rezultātā ir zaudējis elektronu, atrodas nestabilā stāvoklī. Gandrīz acumirklī atbrīvoto apvalku aizpilda elektrons no attālāka līmeņa. Enerģijas pārpalikums, kas vienāds ar starpību starp šo līmeņu enerģijām, tiek atbrīvots raksturīgo kvantu veidā - kam ir noteikta enerģija konkrētam elementam - rentgena starojumam.
Komptona efekts ko sauc par y ~ kvantu elastīgo izkliedi uz atomu elektroniem. Rezultātā kvanti maina virzienu un daļu enerģijas nodod elektroniem. Attiecībā uz Eg>Ei atomu elektronus var uzskatīt par brīviem un miera stāvoklī. Viņu saite ar atomu praktiski neietekmē izkliedes likumus.
(Piem., ir gamma kvantu enerģija, Ei ir kopējā elektrona enerģija, Z ir elementa kārtas skaitlis).
Savienošanas efekts sastāv no elektrona un pozitrona veidošanās ar kvantu pie enerģijas, kas vienāda ar šo daļiņu pārējo enerģiju summu = 1,02 MeV.
Sadursmes ar vielas brīvo elektronu rezultātā pozitrons iznīcina gandrīz acumirklī. Šajā gadījumā veidojas divi g-kvanti ar enerģiju 0,51 MeV.
Gamma kvantu un neitronu avoti ir vissvarīgākie urbuma radioaktīvās mežizstrādes iekārtu elementi. Ja pētāmo daļiņu plūsmas blīvuma izmaiņas laikā ir saistītas tikai ar statistiskām svārstībām, avotu sauc par stacionāru. Ja izmaiņas izraisa ne tikai statistiskās svārstības, avotu sauc par nestacionāru. Parasti darbojas nestacionāri avoti
impulsa režīmā.
Svārstības- Fizikālā lieluma nejauša novirze no tā vidējās vērtības; cikliskās svārstības, nestabilitāte.
G-kvantu avoti ir metāla ampulas, kas satur, kā likums, (b-aktīvas zāles. B-sabrukšanas rezultātā rodas g-starojums. B-daļiņu starojums tiek dzēsts ampulas korpusā vai ar speciālu filtru palīdzība
trov. Zāļu veids, kas nosaka -g aktivitāti, starojuma enerģiju un citus avota parametrus, ir atkarīgs no risināmās problēmas veida (3. tabula). Ampulu avoti ir stacionāri.
Radiācijas detektori iedala ar gāzi pildītajos, scintilācijas un pusvadītājos. To darbības princips ir balstīts uz elektronu un jonu vai gaismas fotonu reģistrāciju, kas rodas starojuma mijiedarbībā ar vielu.
Ar gāzi pildīti detektori ir stikla vai metāla caurule, kas piepildīta ar inertu gāzi un kam ir divi elektrodi. Ja nav jonizējošā starojuma, starp elektrodiem neplūst strāva. Gamma kvanti tiek absorbēti gāzē, veidojoties elektroniem, neitroni - ar a-daļiņu un protonu veidošanos. Uzlādētas daļiņas jonizē gāzi, kā rezultātā rodas elektriskās strāvas impulsi.
Scintilācijas skaitītāji ir izgatavoti no optiski aktīvām vielām – scintilatoriem. Jonizējošajam starojumam mijiedarbojoties ar optiski aktīvu vielu, tiek ierosināti atomi un molekulas, no kurām tie izdalās, izstarojot fotonus. Reģistrējot kvantus, kā scintilatorus izmanto nātrija jodīda NaJ vai cēzija jodīda CsJ monokristālus, kas aktivizēti, lai palielinātu tallija T1 gaismas atdevi. Termisko neitronu reģistrācijai
tiek izmantoti litija jodīda kristāli, kas aktivēti ar eiropiju, bagātināti ar 6Li izotopu, vai kristāli, kuru pamatā ir cinka sulfīds, kas aktivēts ar sudrabu.
Pusvadītāju detektori ir balstīti uz brīvu lādiņu nesēju ģenerēšanu cietā vielā jonizējošā starojuma ietekmē. Daļiņu diapazons cietā vielā ir aptuveni 103 reizes mazāks nekā gāzē, un jonizācijas iespējamība
daudz augstāks.
Pusvadītāju detektors (SPD) ir pusvadītāja silīcija vai germānija materiāla kristāls ar maziem p- un n-reģioniem, kam raksturīga augsta piemaisījumu koncentrācija un starp tiem izvietots paplašināts bezpiemaisījumu apgabals L. Apgabala i platumu var palielināt līdz 8- 12 mm, kompensējot piemaisījumus ar litija joniem. Tāpēc esošie PPD parasti ir silīcija-litija vai germānija-litija. Jonizējot i reģionu,
ir strāvas impulss, kura stiprums ir proporcionāls enerģijai
jonizējošā daļiņa.
VPD galvenokārt izmanto kvantu reģistrēšanai. Salīdzinoši neliels darba apjoms noved pie tā, ka SPD efektivitāte ir zema - lielākā daļa kvantu iziet cauri, izvairoties no absorbcijas.
Jautājums
jfm fiziskie pamati - skatīt iepriekš (31. sākums). Plus vēl!
Detektori- skatīt iepriekš (31).
Elastīgā neitronu izkliede ir kodolreakcija, kurā nemainās kodola iekšējā enerģija un saglabājas sistēmas kinētiskās enerģijas summa pirms un pēc sadursmes.
Palēninājums turpinās līdz neitronu termiskajam līdzsvaram ar vidi, t.i., līdz to enerģija vidēji kļūst samērīga ar atomu un molekulu termiskās kustības enerģiju. Tāpēc šādus neitronus sauc par termiskiem.
Jautājums
Blīvums GGC
Blīvuma gamma-gamma mežizstrāde (GGK-P) tiek izmantota, lai noteiktu iežu blīvumu un novērtētu urbumu apvalka kvalitāti. Attiecīgi ir gamma-gamma blīvuma mērītāji un gamma-gamma cementa mērītāji.
GGK-P fiziskie pamati var noskaidrot, analizējot parādības, kas rodas, apstarojot vielu ar cietajiem y-kvantiem. Ar ģeometriju, kas realizēta urbuma apstākļos, avoti un detektori atrodas vienā pētāmā objekta pusē (94. att.). Tāpēc tikai izkaisītie
kvanti. Tāpēc gamma kvantu mijiedarbības veidu ar vielu regulē Camton efekts.
Komptona efekts ko sauc par y ~ kvantu elastīgo izkliedi uz atomu elektroniem.
Z vērtības attiecība, protonu skaits pret A-
identisku kodolu skaita samazināšanās ātrums laikā =0,5.
Savukārt pie Z / A = 0,5, pēc attiecības mk ir proporcionāls vielas tilpuma blīvumam d. Zemāk ir paskaidrojums..
akcijas un apzīmē ar mk
Kamptona efektam:
Nosacījuma Z/L = 0,5 izpilde nozīmē, ka barotnes tilpuma blīvums ir vienāds ar tā elektronu blīvumu 6e. Lielākajai daļai iežu, jo īpaši smilšakmeņu un karbonātu, BTW cietās fāzes blīvums ir praktiski vienāds ar tā elektronu blīvumu.
ziņas būt tv. Tajā pašā laikā šķidrajai fāzei (ūdens, eļļa un daži citi rezervuāra šķidrumi) Z/A=0,5 ūdeņraža iedarbības dēļ. Tāpēc šķidrajai fāzei blīvums dw un elektronu blīvums dev būtiski atšķiras. Piemēram, ūdenim:
Par porainiem ar ūdeni piesātinātiem akmeņiem var rakstīt:
Ja mēs atņemam vienu no otra un izmantojam vienādojumu 1, mēs iegūstam:
Tādējādi kļūda ūdeņraža satura ietekmes dēļ ir maza, aptuveni nemainīga, un to var ņemt vērā interpretācijas laikā.
Zondes
Ir vienas zondes (viens avots – viens detektors) un divu zondes (viens avots – divi detektori) blīvuma mērītāji. Pilns zondes garums Lz (zonde) ir attālums starp avota viduspunktiem un detektoru, zondes garums L ir attālums
gar zondes ārējo ģenerātoru starp kolimācijas caurumu tuvākajām malām. Zondes maksimālo garumu ierobežo no drošības viedokļa pieļaujamā avota darbība, minimālo garumu ierobežo ekrāna izmērs. Lielākajai daļai divu zondu ierīču mazajai zondei ir Lz = 15-25 cm (L = 10-18 cm), lielajai zondei ir Lz = 35-45 cm (L = 30-35 cm).
HGM ir mazs dziļums, un tāpēc to rādījumi parāda lielu
ietekmē māla kūka un alas. Tā paša iemesla dēļ tos nevar izmantot, lai noteiktu iežu parametrus korpusa akās.
Uzdevumi, kas atrisināti ar gamma-gamma blīvuma mērīšanas palīdzību:
dažāda blīvuma iežu atlase aku griezumos; derīgo izrakteņu satura noteikšana un kvantitatīvā noteikšana, kuru blīvums atšķiras no saimniekiežu blīvuma; porainības koeficienta noteikšana.
Īsi pakavēsimies pie katra no tiem. Gamma-gamma blīvuma mērīšana ļauj atdalīt iežus, kuru blīvums atšķiras par vairāk nekā 0,03-0,05 g/cm3. Tajā viennozīmīgi izšķir akmeņsāļus, anhidrītus, terigēnās un karbonātu sekcijās - naftas un gāzes rezervuārus, kam raksturīgs samazināts blīvums.
Ar gamma-gamma blīvuma mērījumu palīdzību iespējams noteikt ogļu šuvju dziļumu, biezumu un struktūru (d=1,2-1,8 g/cm3). To izmanto arī, lai izolētu minerālus, kuru blīvums atšķiras no saimniekiežu blīvuma. Pirmkārt, tas attiecas uz mangāna un hromīta rūdām d= 3,7-4,5 g/cm3). Korelācijas atkarības esamība starp ogļu pelnu saturu un to blīvumu, dzelzs kvarcītu blīvumu un to dzelzs saturu ļauj izmantot GGK-P
krājumu skaits.
Porainības koeficientu nosaka pēc formulas:
Atvasināts no 2. formulas) (iepriekš).
Jautājums
NEITRONU ŽURNĀLS
Aku mežizstrādes metodi, kuras pamatā ir iežu apstarošana ar vienmērīgu ātro neitronu plūsmu un termisko neitronu, epitermālo neitronu vai starojuma uztveršanas g-kvantu reģistrēšanu, sauc par neitronu reģistrēšanu (NC).
NK modifikācijas
Pastāv epitermiskā neitronu neitronu reģistrēšana (NNK-NT), termiskā neitronu neitronu reģistrēšana (NNK-T), integrētā neitronu gamma staru reģistrēšana (NGK) un spektrometriskā neitronu gamma staru reģistrēšana (SNGK).
urbuma instrumenti neitronu metodes ir aptuveni līdzīgas (att.).
Vispārīgā gadījumā tie satur: kāts / ar ampulas ātro neitronu avotu 2 (transportēšanas un uzglabāšanas laikā kāts ar avotu tiek ievietots aizsargtraukā); izņemot ūdeņradi saturoša materiāla detektora ekrāna moderatora 3 un svina ekrāna absorbētāja 4 tiešu apstarošanu; 5 neitronu vai 7 kvantu detektors; detektors 6 y-kvanti dabiskā starojuma; elektroniskā shēma 7. Tādējādi ierīces ir paredzētas vienlaicīgai NDT un GK.
Detektoru garums un ekrānu klātbūtne dziļurbuma rīkā noved pie
tas, ka detektors 4 atrodas aiz inversijas punkta. Tāpēc vidē ar lielu kon-
moderatoru koncentrācija, piemēram, poraini eļļu saturoši veidojumi, atšķiras ar
neitronu metožu diagrammas ar samazinātiem indikatoriem, un slāņi ir blīvi, zemi
porains - paaugstināts. Neitronu metožu zondes, detektori, kuros
novietots aiz inversijas punkta, sauc ārpus inversijas.
NC modifikācija galvenokārt ir atkarīga no detektora veida un to aptverošajiem filtriem. NNK-T mērierīcēs izmanto hēliju, retāk scintilāciju
devu skaitītāji. Reģistrētais skaitīšanas ātrums galvenokārt ir saistīts ar termisko neitronu plūsmu. NNK-NT mērīšanas iestatījumos skaitītājus ieskauj kadmija filtri, kas absorbē termiskos neitronus. NGK iekārtās tiek izmantoti scintilācijas, retāk ar gāzi pildīti detektori.
y-quanta, SNGK spektrometriskajā iekārtā - augstas kvalitātes proporcionālās scintilācijas detektori. Dažos gadījumos tiek izmantoti pusvadītāju detektori (SPD), kas nodrošina daudz augstāku enerģijas izšķirtspēju. Tomēr SPD ir nepieciešama dzesēšana, kas ievērojami sarežģī instrumentu un mērīšanas tehnoloģiju dizainu.
Svarīgs NDT iekārtas parametrs ir zondes garums Lz - attālums no avota vidus līdz detektora vidum (multizondes instrumentiem - līdz detektora sākumam).
Fiziskie pamati
Norādes par neitronu metodēm ir atkarīgas no iežu regulējošajām, absorbējošām un izstarojošajām īpašībām. Apskatīsim parametrus, kas nosaka šīs īpašības.
Neitronu moderācijas garums Ls. Redzams, ka palēninājuma garumu nosaka iežu porainības koeficients, t.i., ir saistīts ar tajos esošo ūdeņraža saturu; litoloģijas ietekme ir daudz mazāka. Priekš
Lielākajai daļai iežu veidojošo minerālu, kas nesatur kristalizācijas ūdeni, Ls vērtību atšķirības ir nenozīmīgas. Tajā pašā laikā tos izraisa ne tikai minerālos iekļauto elementu atšķirīgas aizkavēšanas īpašības, bet arī atšķirības blīvumos.
Akmeņos, kuru poras ir piesātinātas ar ūdeni, eļļu un gāzi, kopējo ūdeņraža saturu aprēķina pēc ūdeņraža indeksa (HI), kas ir vienāds ar ūdeņraža tilpuma koncentrācijas attiecību noteiktā vidē un tā koncentrāciju saldūdenī.
ūdeni normālos apstākļos. Šo parametru sauc arī par
ekvivalentais mitrums w. Par saldūdens ekvivalentu
mitrums ww=1. Eļļām wн ~ wв=1.
Tīriem, bezūdens akmeņiem, kas piesātināti ar ūdeni un eļļai ar ūdeni:
i., šādu iežu VI ir vienāds ar to porainību. Par gāzi wg Termisko neitronu vidējais kalpošanas laiks t. Palielinoties elementu saturam ar augstu absorbcijas šķērsgriezumu, t samazinās. Nenormāli zemas vērtības t raksturīgi hlorīdiem, zemi - dzelzs minerāliem, sulfātiem, kālija laukšpatiem, kāliju un dzelzi saturošiem mālu minerāliem. Termiskā neitronu difūzijas koeficients D galvenokārt ir atkarīgs no Termiskā neitronu difūzijas garums- Ld. Tā kā Ld vērtība ir D un t funkcija, tā ir atkarīga gan no barotnes regulējošajām, gan absorbējošām īpašībām. Palielinoties ūdeņraža saturam un elementu skaitam ar augstu absorbcijas šķērsgriezumu, Ld vērtība samazinās. Iežu emisijas spēja n ir vidējais g-kvantu skaits, kas rodas viena neitrona starojuma uztveršanas laikā. Migrācijas opcijas- termisko neitronu kopējo migrācijas garumu Ln to mērenības un difūzijas procesā un kopējo neitronu migrācijas garumu un starojuma uztveršanas gamma starojumu Lnv nosaka attiecības: pētījuma rādiuss HHM-NT ir mazāks nekā HHM-T un HHM-T - nekā NGM. Neitronu metodes ļauj atrisināt šādas problēmas: griezuma litoloģiskais dalījums; iežu porainības noteikšana; gāzes un šķidruma kontakta stāvokļa noteikšana. NNM-T un NGM metodes ļauj noteikt ūdens-eļļas kontakta vietu ar ievērojamu veidošanās ūdeņu sāļumu un nelielu platību. iekļūšanu, kā arī korpusa urbumos, pamatojoties uz novērojumiem par iespiešanās zona. Meklēšanā tiek izmantotas metodes HHM-NT un HHM-T ogļu šuves (ogles satur līdz 12% ūdeņraža) un iežu atdalīšanai ar augstu bora saturu. Jautājums Ar impulsa neitronu metodēm iezis tiek apstarotas īsu laiku ātras neitronu plūsmas (ilgums Δτ = 1–200 μs) pēc laika intervālos τ. Termisko neitronu vai gamma blīvuma reģistrēšana radiācijas uztveršanas kvanti tiek veikti pēc noteikta laika nav aizkaves τz. Ir impulsa neitronu gamma metode (PNGM) un im- impulsa neitronu-neitronu metode (PNM). Kļuvis plašāk izplatīts impulsa starojuma režīms tiek panākts, izmantojot maza izmēra akas paātrinātāji, kuros joni tiek paātrināti līdz lieliem ātrumiem magnētiskajā traukā lielas spriedzes lauks. Bombardējot īpašu mērķi, viņi izsita ātri neitroni ar enerģiju 14,1 MeV. Šī augstā enerģija nodrošina izpētes dziļums līdz 60-70 cm, kas ir vairāk nekā lietojot stacionāri avoti. Turklāt, kad strāva ir izslēgta, impulsa avots Niks neizstaro un tāpēc ir drošs. Ar to priekšrocības nebeidzas impulsu metodes. Ar OSI palēninājuma un difūzijas procesi notiek it kā secīgi laikā un to var pārbaudīt atsevišķi atkarībā no aizkaves laika reģistrācija. Reģistrētā starojuma intensitāte palēninājuma laikā (līdz 10 2 µs) raksturo ūdeņraža saturu iežu difūzijas laikā (10(2) 10(4) μs) ir absorbētāju koncentrācija. Ir svarīgi, lai termisko neitronu kalpošanas laiks akā būtu īsāks nekā akmeņos, un rezervuāros, kas piesātināti ar mineralizētu ūdeni, tas būtu īsāks nekā ar eļļu piesātinātos rezervuāros. Tas ļauj, piemērojot atbilstošo esošos kavējumus (vairāk nekā 800 µs), iegūstiet informāciju, kas nav atkarīga no ietekmes labi šķidrs un raksturo pildvielas veidu. Grīdas definīcija Eļļas un ūdens kontakta samazināšana ar impulsa neitronu metodēm ir iespējama ar sāls koncentrācija pārsniedz 30 g/l, savukārt stacionārajās metodēs šī vērtība ne mazāk kā 100 g/l. Principā OSI atrisina tās pašas problēmas kā stacionārās metodes, tomēr risinājuma efektivitāte ir augstāka. OSI trūkumi ietver sarežģītību aprīkojums un zems mežizstrādes ātrums. Skaties 35 37. Kodolmagnētiskā mežizstrāde Zemes dabiskajā laukā (NML). Fiziskās bāzes. Akmeņu magnētiskās īpašības. Kodolmagnetizācijas vektors. Gareniskā un šķērsvirziena relaksācija. FIZISKĀS BĀZES Kodolmagnētiskā mežizstrāde (NML) ir balstīta uz ūdeņraža šķidrumu kodolmagnētisko īpašību izpēti, kas aizpilda iežu poras. Ūdeņraža atomu kodoliem, kā arī citiem elementiem (fluoram, alumīnijam, ogleklim-13 u.c.) ir savs mehāniskais moments P (spin) un magnētiskais moments μ, kuru asis sakrīt. Spin (griešanās) raksturo savu kustību skaita mehānisko momentu, kāds piemīt elementārdaļiņām. Tas var ņemt tikai veselu vai pusveselu skaitļu vērtības (0; 0,5; 1; 1,5), kas izteiktas h/2π vienībās, kur h ir Planka konstante (6,6261 10-34 J Hz-1). Elektrona, pozitrona, protona un neitrona spini ir 0,5. Tas nozīmē, ka tie iegūst vērtību 0,5 h/2π. Ievietojot šādus kodolus pastāvīgā ārējā magnētiskajā laukā H, to magnētiskie momenti μ mēdz orientēties dotā lauka vektora virzienā, kas noved pie kodola magnetizācijas parādīšanās. Noņemot ārējo magnētisko lauku, iegūtā kodola magnetizācija tiek iznīcināta nejaušas vielas atomu un molekulu termiskās kustības dēļ. Tā kā tas notiek Zemes magnētiskajā laukā, kodoli orientējas pa šo lauku, precesējot (veicot slāpētas rotācijas) ap to kā gravitācijas lauka virsotne ar tā saukto Larmora frekvenci. kur Hz ir Zemes magnētiskā lauka stiprums (Hz≈40 A/m); γgyr \u003d μ / P - giromagnētiskā attiecība (precesējošo kodolu magnētiskā momenta μ attiecība pret to mehānisko momentu P). Vislielākā γgir vērtība ir raksturīga ūdeņradim. Tas ir iemesls spēcīgākajai kodolmagnētisma iedarbības izpausmei ūdeņradi. Visos citos iežu veidojošajos elementos šis efekts ir pārāk mazs, lai to varētu izmērīt caurumā. KMR galvenais uzdevums ir noteikt ūdeņraža kodolu protonu brīvās precesijas ietekmi zemes magnētiskajā laukā. Šim nolūkam akā tiek nolaists urbuma instruments, ieskaitot iegarenu taisnstūra spoli, slēdzi, kas pārmaiņus savieno spoles vadus vai nu ar līdzstrāvas avotu ar jaudu 2-3 A, vai ar pastiprinātāja izeju. Kad spole ir savienota ar strāvas avotu, vidē tiek izveidots polarizējošs konstants magnētiskais lauks. Kad spole ir savienota ar pastiprinātāju, tajā ūdeņraža kodolu precesijas iedarbībā inducētais EML tiek pastiprināts un pa kabeli tiek pārraidīts uz virsmu uz zemes iekārtu, kur tas tiek ierakstīts (79. att.). Izlaižot polarizācijas strāvu Ip pa polarizācijas spoli uz laiku tp (80. att., II, a), pētāmajā vidē veidojas pastāvīgs stiprības Hp magnētiskais lauks. Šī lauka vektors veido noteiktu leņķi ar Zemes lauka intensitātes vektoru Hz un ievērojami (apmēram par divām kārtām) pārsniedz to lielumā. Kodolmagnetizācijas vektors M, kas rodas šajā laikā t, ir orientēts pēc iegūtā vektora Hcp, kas ir divu intensitātes vektoru Hp un Hz summa (80. att., I, b). kur M0 ir kodola magnetizācijas vektors pie tп→∞; praktiski tp tiek pieņemts vienāds ar (3-5)T1 Pēc polarizējošās strāvas izslēgšanas (pakāpeniska samazināšana līdz atlikušās strāvas Ires vērtībai un pilnīga izslēgšana pēc laika tres) vidē iedarbojas tikai Zemes magnētiskais lauks, un kodola magnetizācijas vektors ap vektoru Hz apstrādā ar riņķi. frekvence ω (VI.1), pamazām atgriežoties sākotnējā izmērā (80. att., I, c). Kodolmagnetizācijas vektoru M attiecībā pret Hc var sadalīt divās komponentēs: gareniskajā Mll, kas sakrīt ar vektora Hc virzienu, un šķērsvirzienā M⊥, kas ir perpendikulāra Hc. M⊥ vektora iedarbībā spolē tiek inducēts elektrisks sinusoidāls signāls (mainīgs EMF) - brīvas precesijas signāls (FSP), kas atbilst FSP amplitūdai Et (V) brīdī t (s) kas pagājis kopš precesijas sākuma, kas eksponenciāli samazinās ar šķērseniskās relaksācijas laika konstanti T2 (80. att., II, c): Šķērsvirziena relaksācijas laiks T2 raksturo signāla samazināšanās ātrumu (T2 parasti uzskata par laiku, kurā sākotnējā amplitūda E0 samazinās aptuveni par koeficientu 2,7, E0 ir sākotnējā SSP amplitūda, kas ir proporcionāla kodola magnetizācijas vektoram M). Lai novērstu pāreju ietekmi, ko izraisa atlikušās strāvas izslēgšana, spoles pievienošanas brīdis pastiprinātājam tiek nobīdīts par nāves laika τ lielumu (sk. 80. att., II, d). Zondes spolē inducētais EMF tiek pastiprināts un pa kabeli tiek pārraidīts uz dienasgaismas virsmu, kur ierakstīšanas ierīce reģistrē EML amplitūdu Ut laikā t. Amplitūda Ut ir brīvās precesijas signāla apvalks: Ut = U0exp(-t/T2), kur U0 ir brīvās precesijas signāla sākotnējā amplitūda. Tā kā brīvās precesijas signāls samazinās eksponenciāli, pēc signāla sākuma pietiek ar divām tā amplitūdas vērtībām U1 un U2 vai U1 un U3, kas atdalītas ar dažiem laika intervāliem t1, t2 un t3 (35, 50 un 70 ms). precesija, lai ar ekstrapolāciju atjaunotu signāla amplitūdu U0, ko izmanto brīvā šķidruma indeksa noteikšanai: KMR iekārta ļauj vienlaicīgi automātiski reģistrēt divus vai trīs Kodolmagnētiskā mežizstrāde Zemes dabiskajā laukā (NML). Zonde, metode brīvā šķidruma indeksa (FFI) noteikšanai, metodes rādījumus ietekmējošie faktori, NML dziļums un apjoms. NML diagrammu interpretācija NML diagrammu interpretācija sastāv no brīvās precesijas signāla un gareniskās relaksācijas laika T1 vērtību noteikšanas. Šķērsvirziena relaksācijas laiks T2, ko izkropļo Zemes lauka neviendabīgums, netiek izmantots, lai pētītu urbuma griezumus. Balstoties uz NML diagrammu interpretāciju, iespējams atrisināt galvenās problēmas: rezervuāru identificēšana un to rezervuāru īpašību novērtēšana; rezervuāra piesātinājuma rakstura novērtējums un perspektīvas iegūt naftu, gāzi vai ūdeni no rezervuāra. Kolektoru izolācija Iežu rezervuāru īpašību izpēte tiek veikta saskaņā ar U0. Mērītā brīvās precesijas signāla vērtību ietekmē tikai tie ūdeņraža kodoli, kas ir daļa no molekulām, kuras var pārvietoties kolektora poru telpā. Pētījumi liecina, ka saistītais ūdens un cietie ogļūdeņraži (bitumens, kir, asfaltēni), kas satur zemas mobilitātes protonus, nav atzīmēti ar brīvas precesijas signālu KMR diagrammās. Tas ir saistīts ar faktu, ka mirušā laika τ klātbūtnes dēļ (sk. 80. att.) NMC tiek reģistrēti tikai tie SSP, kuriem raksturīgs laiks T2 > 30 ms. U0 vērtība ir kalibrēta vienībās, ko sauc par brīvā šķidruma indeksu (FFI) un raksturo poru tilpumu (%), ko aizņem šķidrums, kas iesaistīts FSF veidošanā. Nosacīti tiek uzskatīts, ka brīvā šķidruma indekss atbilst efektīvās porainības koeficientam kur kw ir atlikušā ūdens piesātinājuma koeficients. Brīvā šķidruma indekss ir definēts kā sākotnējās SSP amplitūdas attiecība, kas reģistrēta iežu paraugam, kura poras ir piepildītas ar saldūdeni, un sākotnējo SSP amplitūdu, kas mērīta destilētam ūdenim, kas aizņem tādu pašu tilpumu kā iežu paraugs. Attiecīgi ISF svārstās no 0 līdz 100%. Lai noteiktu NML līkņu skalu ISF vienībās, iekārta tiek kalibrēta. ISF atkarības raksturu no brīvā ūdens satura neietekmē iežu litoloģiskās, strukturālās un citas īpašības. Tāpēc veidojumos, kas ir rezervuāru un nerezervuāru starpslāņu maiņa, tikai rezervuāru starpslāņi veicina ISF vērtību, un atlikušās atšķirības, kas nesatur brīvu šķidrumu, nerada signālu par brīvu precesiju. Līdz ar to efektīvā porainība kp.ef, kas noteikta neviendabīgam rezervuāram vai rezervuāra pakai, ļauj noteikt aplūkojamā objekta kopējo ietilpību. Attiecīgi kp.eff un objekta biezuma H reizinājums dod visu tajā esošo rezervuāra slāņu kopējo efektīvo ietilpību. Rezervuāros ar sašķeltu porainību, kas ir daļa no kopējās poru sistēmas, pāreja no ISF uz kp.ef tiek veikta tāpat kā granulētiem rezervuāriem. Rezervuāriem, kam raksturīga izolētu dobumu klātbūtne, kas nav savienota ar kopīgu poru sistēmu, kp.ef un ISF salīdzinājums nav derīgs, jo kopējais izolēto dobumu tilpums nav iekļauts efektīvajā porainībā, bet ir iekļauts ISF. Šajā gadījumā ir nepieciešams izslēgt izolēto alu tilpumu, kas tiek ņemti vērā saskaņā ar ISF līkni, bet neietekmē kp.eff. Homogēni ūdeņradi saturoši veidojumi, kuru biezumi ir vienādi vai lielāki par zondes garumu, uz NML līknēm iezīmēti ar simetriskiem maksimumiem, kas atrodas veidojuma vidusdaļā; slāņu robežas novilktas pa slīpo līniju vidu (82. att.). Ja rezervuāra biezums ir mazāks par zondes garumu, notiek ISF samazināšanās salīdzinājumā ar patiesajām vērtībām un maksimuma paplašināšanās; plānu slāņu robežu noteikšana pēc NML līknēm ir sarežģīta. Kā būtiskie (raksturīgie) lielumi (ISF)k tiek ņemti to vidējās vērtības. Iežu piesātinājuma rakstura noteikšana Šo noteikšanu veic no gareniskās relaksācijas laika T1. Lai mērītu T1, instruments tiek iestatīts noteiktā dziļumā intervālos, ko raksturo ISF līkne kā rezervuāri, kas satur brīvu šķidrumu. Garenvirziena relaksācijas laiku T1 var noteikt, izmantojot Utp, neņemot vērā vairākus faktorus, kas ietekmē SSP amplitūdu, - urbuma diametru, māla kūkas biezumu un akas telpisko orientāciju. T1 mērījums tiek veikts pētāmā veidojuma dziļumā divos veidos: spēcīgā laukā - T1s. n un vājā laukā - T1sl.p. Lai noteiktu T1. n tiek veikta virkne amplitūdu Utp (V) mērījumu dažādiem laikiem tp (s) un polarizējošajam magnētiskajam laukam Hp (A/m). Viens no mērījumiem tiek veikts ar pietiekami ilgu laiku tp→∞, kas nodrošina kodola magnetizācijas vektora M∞s.p līdzsvara stāvokli (in A/m) (sk. 81. att., II, a un b). Šis vektors atbilst amplitūdām U∞s.p un T1s. p var aprēķināt: Garenvirziena relaksācijas laiks vājā laukā T1c. n nosaka atlikušā polarizējošā lauka HOST ilgums. Lai to izdarītu, izmēra SSP amplitūdas fiksētā polarizācijas laikā tp, bet ar secīgi mainīgu darbības laiku tres un attiecīgi atlikušo strāvu Ires (sk. 80. att., II, c, d). Praksē, lai no mērījumu rezultātiem noteiktu T1, netiek izmantotas amplitūdu Utp un Utres tiešās atkarības no laikiem tp un tres. T1 vērtības tiek atrastas grafiski. Lai to izdarītu, no mērījumu rezultātiem aprēķina tā saukto gareniskās relaksācijas funkciju Fc vērtības. p(tp) un Fcl.p(tres), kuriem attiecīgi stiprā un vājā laukā ir šāda forma: kur U(tp) ir SSP amplitūda polarizācijas laikā tp; kur U(tres) ir SSP amplitūda atlikušās strāvas laikā; U(tres→∞) - SSP amplitūda pie tres→∞, nav tieši mērīta, bet aprēķināta pēc formulas U(tres→∞)=U0 (Ires/Ip). Fc funkcijas aprēķinātās vērtības. p(tp) vai Fcl.p(tres) atbilst reāliem tp un tost mērījumiem, un tos izmanto Т1 grafiskai noteikšanai. Šim nolūkam aprēķinātās funkcijas tiek attēlotas uz formas ar puslogaritmisku skalu (83. att.). Viendabīgā ar ūdeni piesātinātā vidē, kuras porām ir vienāds izmērs, garenvirziena relaksācijas funkcija pat saistītā ūdens klātbūtnē ir vienkomponenta. Daļēji logaritmiskā skalā šādai atkarībai ir taisna līnija ar nemainīgu T1 un funkcijas vērtībām aptuveni 0,37 (83. att., a). Šķidrumu ar dažādu T1 maisījuma klātbūtnē atkarība tiek attēlota kā līkne, kuru var sadalīt vairākās taisnās līnijās. Šīs līnijas tiek izmantotas, lai atrastu katra komponenta T1 (83. att., b). Iegūto līniju leņķa tangensa ir vienāda ar laiku T1. Kā redzams no piemēra, kas parādīts attēlā. 83, taisnas līnijas, kas attēlo Fc funkcijas. p(tp) vai Fcl.p(tres), tiek pārnesti paralēli paši sev tā, lai tie krustotos ar y asi punktā, kas vienāds ar vienu. Laiks T1, kas atbilst ordinātai 0,37, tiek skaitīts (ms) uz x ass. Lai aptuvenu novērtētu T1, ir pietiekami veikt mērījumus pie divām polarizācijas laika vērtībām. Ar precīzām noteikšanām tp vai tres vērtībām tiek veikti līdz 15 mērījumiem. Augsti caurlaidīgos veidojumos vislielākie relaksācijas laiki (vairāk nekā 1 s) ir novērojami ar ūdeni vai eļļu piesātinātos veidojumos, kas satur vieglo eļļu. Tomēr šo vērtību izkliede ir liela: papildus rezervuāra piesātinājuma raksturam T1 vērtību ietekmē arī tādi faktori kā rezervuāra īpatnējais virsmas laukums, tā hidrofilitāte vai hidrofobitāte, porainības veids, māls. saturs un šķidruma viskozitāte. Ar veidojuma eļļas un ūdens piesātinājuma atšķirību tiek ņemts vērā, ka augstas viskozitātes (sveķaini) eļļas komponenti zemās temperatūrās raksturojas ar strauji dilstošiem brīvas precesijas signāliem un tiek atzīmēti ar zemiem rādījumiem NML diagrammās. Saskaņā ar pieredzi, pētot produktīvos horizontus ar ievadītu saldūdeni, iespiešanās zonas laiks T1 ūdens nesējslāņos ir 200-600 ms, bet naftas un gāzes nesošos rezervuāros - 700-1000 ms. Turklāt naftu un gāzi nesošos veidojumus sakarā ar atlikušās naftas vai gāzes klātbūtni iebrukuma zonā raksturo divi gareniskās relaksācijas komponenti. Kodolmagnētiskā mežizstrāde ir paredzēta, lai identificētu veidojumus, kas satur mobilo šķidrumu, noteiktu to porainību un piesātinājuma raksturu. Apvienojot NML rezultātus ar citu aku mežizstrādes apsekojumu datiem, tiek paplašinātas un pilnveidotas iespējas kvantitatīvi novērtēt rezervuāru porainību, to efektīvo biezumu, piesātinājumu un komerciālo eļļu saturu. NML metodi izmanto arī naftas un bitumena iežu atdalīšanai. KMR metodes ierobežojumi ir saistīti ar to, ka nav iespējams izmērīt SSP vidē (dubļos, klintīs) ar paaugstinātu magnētisko jutību, iežos ar zemu efektīvo porainību (1,5–2%), tostarp ieplīsušos rezervuāros, ja tie ir daļa no lūzumi ir piepildīti ar dubļiem. Šī metode nav piemērojama ļoti viskozām eļļām - vairāk nekā 600 mPa·s, ja skalošanas šķidrumā ir brīvs šķidrums - ūdens vai eļļa, kas rada papildu SSP. Metodes trūkumi ir: mērījumu ilgums (KMR ierīces kustības ātrumu ierobežo polarizācijas laiks tp>3T1 un nedrīkst pārsniegt 250 m/h); pētījuma seklais dziļums (ap 0,2 m), kā rezultātā iespiešanās zonas ietekme uz KMR rādījumiem ir liela. Kodolmagnētiskā mežizstrāde ir piemērojama atklāto urbumu posmu izpētē. Līdzīga informācija. Mijiedarbībag
36 jautājums
Attēlos ir parādīts shematisks KMR pētījumos notiekošo procesu un kodola magnetizācijas vektoru attēlojums, kas rodas šajā gadījumā. 80. Ja nav ārēja mākslīgā magnētiskā lauka, ūdeņraža kodolu magnētiskie momenti μ ir orientēti Zemes magnētiskā lauka Hz virzienā, precesējot ap to (80. att., I, a).
Kodolmagnetizācijas vektors M netiek izveidots uzreiz pēc strāvas Ip ieslēgšanas, bet gan gareniskās relaksācijas laikā T1 (līdzsvara izveidošanās), kas raksturo kodola magnetizācijas pieauguma ātrumu pielietotā polarizācijas lauka virzienā (att.). 80, II, b):
izmaiņu reģistrēšanas līknes ar brīvās precesijas signāla amplitūdu U1, U2 un U3 dziļumu fiksētos laikos t1, t2 un t3 un tp un tres nemainīgās vērtības. Pamatojoties uz šiem datiem, tiek aprēķināta U0 vērtība, kas samazināta līdz brīdim, kad tiek izslēgta atlikušā polarizācijas strāva (vai tieši reģistrēta, izmantojot aprēķina ierīci). Līknes U1, U2, U3, U0, kas ierakstītas kā dziļuma funkcija, sauc par NML līknēm (81. att.).
Lai iegūtu patiesās vērtības (FIS) un pēc datiem (FIS)k, tiek veiktas korekcijas attiecībā uz akas ietekmi, dubļu kūku, akas telpisko orientāciju utt. Šim nolūkam tiek izmantotas atbilstošās paletes un nomogrammas. tiek konstruēti.
Galvenie mijiedarbības procesi g- kvanti ar vielu ir fotoelektriskais efekts, Komptona izkliede un pāru veidošanās. Šīs vai citas mijiedarbības varbūtība g- kvantus ar vielu raksturo mijiedarbības šķērsgriezums konkrētajam procesam. Parasti mijiedarbības šķērsgriezums g- kvanti ir izteikti barnos uz atomu ( s) vai Tomsona vienībās uz elektronu s m, attiecības starp kurām ir šāda forma:
kur Z- elementa kārtas numurs.
fotoelektriskais efekts. Fotoelektriskajā efektā enerģija g- uz vienu no saistītajiem atoma elektroniem tiek pārnests kvants, kas izlido no atoma ar kinētisko enerģiju, kas vienāda ar krītošā enerģijas starpību g- atoma apvalka kvantu un jonizācijas enerģija, uz kuras atradās elektrons. Fotoelektriskais efekts ir pilnīgas absorbcijas process g- kvanti. Fotoelektriskā efekta šķērsgriezums s f aug, palielinoties atomu skaitam kā Zn
(4
Komptona izkliede. Ja enerģija g- kvants ir daudz lielāks par elektrona saistīšanas enerģiju atomā, elektronam mijiedarbības procesā ar g- kvantu var uzskatīt par brīvu. Komptona efekts ir izkliedes process g- kvanti uz brīvajiem elektroniem, kā rezultātā gan kustības virziens, gan krītošā enerģija g- kvanti. Komptona izkliede notiek uz brīvajiem elektroniem, kā rezultātā fenomena galvenos raksturlielumus var noteikt vienam elektronam, bet šķērsgriezums atomam tiks iegūts, palielinoties viena elektrona šķērsgriezumam. iekšā Z vienreiz. Kopējais Compton mijiedarbības šķērsgriezums s c proporcionāls elementa atomu skaitam un samazinās salīdzinoši lēni, palielinoties enerģijai g- kvanti. Bieži vien tiek ņemts vērā vidējais relatīvais fotonu enerģijas zudums Komptona izkliedes procesā: q cp =((E -E ')/E ) cp, kur E ir krītošā fotona enerģija; E' ir izkliedētā fotona enerģija. Izmantojot šo vērtību, tiek noteikts šķērsgriezums
ko sauc par enerģijas absorbcijas šķērsgriezumu vai patieso absorbcijas šķērsgriezumu g- kvants Komptona efektā. Tomsona vienībās šo šķērsgriezumu var aprēķināt, izmantojot formulu:
kur E izteikts miera stāvoklī esoša elektrona enerģijas vienībās.
Enerģijas vērtībām g- kvanti E g =0,5 MeV, Compton sadaļa s c apgriezti Piemēram,, t.i. Komptona izkliedes varbūtība samazinās lēnāk nekā fotoelektriskā efekta iespējamība. Tāpēc Compton efekts ir dominējošais mijiedarbības process plašā enerģijas diapazonā. Pat tādiem smagiem elementiem kā svins Compton efekta šķērsgriezums veido lielāko daļu no kopējā absorbcijas šķērsgriezuma diapazonā no 0,5 līdz 5 MeV. Tāpēc praksē diezgan bieži mijiedarbība g- kvantus ar matēriju var uzskatīt par Komptona izkliedi.
Savienošana pārī. Kodolu elektriskajā laukā pie enerģijas g- kvants, kas divreiz pārsniedz elektronu miera enerģiju ( 2m e c 2 =1,0022 MeV, kur es ir elektrona miera masa; Ar ir gaismas ātrums vakuumā), var notikt elektronu-pozitronu pāra veidošanās process, kurā visa krītošā enerģija g- kvants tiek pārnests uz izveidotajām daļiņām un kodolu, kura laukā notika pāra veidošanās. Process noved pie pilnīgas absorbcijas g- kvants. Tā enerģijas slieksnis ir 1,022 MeV, pēc kura pāra ražošanas šķērsgriezums lēnām palielinās. Pie enerģijām g- kvanti, kas pārsniedz 4 MeV, procesa šķērsgriezums kļūst aptuveni proporcionāls lnE g . Tas ir arī proporcionāls elementa kārtas skaitlim. Katra pāra veidošanās procesu pavada sekundārais g- starojums divu fotonu veidā ar tādu pašu enerģiju, kas vienāda ar E g \u003d m e c 2 \u003d 0,511 MeV palēninātā pozitrona un elektrona iznīcināšanas dēļ. Iznīcinošais starojums tiek absorbēts tā rašanās vietā.
Tādējādi kopējā mijiedarbība g- kvantus ar vielu raksturo kopējais šķērsgriezums, kas ir fotoelektriskā efekta, Komptona izkliedes un pāru veidošanās šķērsgriezumu summa s n:
(5.13),
un enerģijas absorbcija ir kopējais enerģijas absorbcijas šķērsgriezums:
5.1.att.. Kopējā mijiedarbības šķērsgriezuma un tā atsevišķo komponentu atkarība no g-kvantu enerģijas skābekļa (a) un svina (b): 1 - Komptona izkliede; 2 - fotoelektriskais efekts; 3 - pilna sadaļa; 4 - pāru veidošana.
5.1. attēlā parādīta kopējā šķērsgriezuma un tā atsevišķo komponentu atkarība no skābekļa un svina enerģijas. Aprēķinot mijiedarbību g- kvanti ar vielu parasti izmanto makroskopiskus mijiedarbības raksturlielumus g- starojums mikroskopiskā šķērsgriezuma un atomu koncentrācijas reizinājuma veidā: masas mijiedarbības koeficients, kas ietver atomu koncentrāciju uz gramu vielas, un lineārās mijiedarbības koeficients, kas ietver atomu koncentrāciju uz vienību. vielas tilpums (1 cm 3). Masas vājināšanās koeficients g- starojums, cm2/g:
kur M- atomu masa; s- sekcija, klēts. Jo Z/M aptuveni vienāds ar 0,5 visiem elementiem, izņemot ūdeņradi, masas vājināšanās koeficients g- starojuma vērtība ir aptuveni vienāda visiem elementiem enerģētiskajā reģionā, kur dominējošais process ir Komptona efekts.
Lineārais vājinājuma koeficients g- starojums, 1/cm:
kur r- vidējs blīvums, g/cm 3 .
Enerģijas absorbcijas koeficienti tiek noteikti līdzīgig- starojums Wa un m a. Lineārās un masas mijiedarbības koeficientu vērtībasg- kvanti ar dažādiem materiāliem ir doti .Gamma staru mijiedarbību ar vielu var pavadīt fotoelektriskais efekts, Komptona izkliede un elektronu-pozitronu pāru veidošanās. Ietekmes veids ir atkarīgs no gamma kvanta enerģijas: = һυ- , kur һ ir Planka konstante; υ - starojuma frekvence; E ir attiecīgā atoma apvalka jonizācijas enerģija (no atoma izmestā elektrona saistīšanās enerģija).
Fotoelektriskais efekts rodas pie salīdzinoši zemām enerģijām un rodas uz atoma iekšējiem elektroniem, galvenokārt uz K-apvalka elektroniem. Šajā gadījumā visa gamma-kvanta enerģija tiek pārnesta uz orbitālo elektronu un tas tiek izsists no orbītas.
Izmesto elektronu sauc par fotoelektronu. Tas ir tas, kurš var izraisīt citu atomu jonizāciju. Tā atslāņošanās rezultātā atomā parādās brīvs līmenis, kuru aizpilda viens no ārējiem elektroniem. Šajā gadījumā tiek izstarots vai nu sekundārais mīkstais raksturīgais starojums (fluorescējošais starojums), vai arī enerģija tiek pārnesta uz vienu no elektroniem, kas atstāj atomu. Fluorescējošais starojums tiek novērots materiālos ar lielu atomu skaitu. Fotoelektriskā efekta iespējamība palielinās, palielinoties materiāla atomu skaitam, un samazinās, palielinoties fotonu enerģijai.
Komptona izkliede ir fotonu starojuma mijiedarbības process ar vielu, kurā fotons elastīgas sadursmes rezultātā ar orbitālo elektronu zaudē daļu savas enerģijas un maina sākotnējās kustības virzienu, un atsitiena elektrons (Compton e) tiek izsists no atoma. Šajā gadījumā izkliedētā gamma starojuma frekvence un līdz ar to arī enerģija būs mazāka.
Komptona elektrona enerģija ir vienāda ar: Е = һυ- һ
kur һυ ir primārā fotona enerģija; h ir izkliedētā fotona enerģija.
Šāds process visvairāk raksturīgs fotoniem, kuru enerģija ievērojami pārsniedz elektronu saistīšanas enerģiju atomā, tāpēc izkliede notiek tikai uz ārējiem (valences) elektroniem.
Beta starojuma mijiedarbība ar vielu
Beta daļiņu iziešanu caur vielu pavada elastīgas un neelastīgas sadursmes ar palēninās vides kodoliem un elektroniem.
Beta daļiņu elastīgā izkliede uz kodoliem ir ticamāka un notiek pie salīdzinoši zemām elektronu enerģijām. Beta daļiņu elastīgā izkliede uz elektroniem ir Z reizes mazāka (Z ir kodola lādiņa vērtība) mazāka nekā uz kodoliem. Teorētiski iespējama arī kristāla režģa atomu kodolu nobīde.
Ja beta daļiņu enerģija ir lielāka par elektrona ar kodolu saistīšanas enerģiju (līdz - 1 MeV), galvenais enerģijas zuduma mehānisms ir saistīto elektronu neelastīgā izkliede, kas izraisa atomu jonizāciju un ierosmi.
Pie lielām elektronu enerģijām galvenais enerģijas zuduma mehānisms ir starojuma bremzēšana, kuras laikā notiek bremzstrahlung.
Tādējādi beta daļiņu mijiedarbības procesiem ar vidi ir raksturīgs starojuma palēninājums un salīdzinoši liels enerģijas zudums vai būtiska to kustības virziena maiņa elementārā aktā. Šīs mijiedarbības rezultātā beta daļiņu staru kūļa intensitāte samazinās gandrīz eksponenciāli, palielinoties absorbējošā slāņa x biezumam.
Beta daļiņu ceļš vielā parasti ir lauzta līnija, un tādas pašas enerģijas beta daļiņu ceļš ir ievērojami izplatījies. Tas ir saistīts ar faktu, ka beta daļiņu masa ir ārkārtīgi maza, tāpēc kodolu elastīgās izkliedes varbūtība ir lielāka nekā smagajām daļiņām. Tātad beta daļiņām nav precīza iespiešanās dziļuma, jo tām ir nepārtraukts enerģijas spektrs. Aptuvenas beta daļiņu diapazona aplēses tiek izmantotas aptuvenās formulas. Viens no tiem: Rav/Rair=ρair/ρav
kur Rav ir ceļa garums vidē; Rair - skrējiena garums gaisā; ρair un ρav ir attiecīgi gaisa un vides blīvums; E ir beta daļiņu enerģija.
Gamma starojums raksturo intensitāte, kas tiek saprasts kā enerģijas produktsγ -kvanti pēc to skaita, kas krīt katru sekundi uz virsmas vienību, kas ir normāls gamma kvantu plūsmai.
Tāpat kā jebkura veida elektromagnētiskajam starojumam, γ-starojuma intensitāte no punktveida avota samazinās apgriezti proporcionāli attāluma kvadrātam no starojuma avota (ja vidē nav papildu absorbcijas). To nosaka starojuma plūsmas tīri ģeometriskās īpašības, t.i. tā novirze no attāluma no punktveida starojuma avota. Patiesībā šāda vājināšanās tiks novērota absolūtā vakuumā.
Gamma starojums ir ļoti caurlaidīgs starojums. Bet, izejot cauri jebkurai vielai, šī viela to absorbēs. Šī absorbcija var notikt γ-starojuma mijiedarbības dēļ ar atomiem, elektroniem un vielas kodoliem, kas izpaužas šādu efektu veidā:
· fotoelektriskais efekts- sastāv no elektronu izsitīšanas no atomu iekšējiem elektronu apvalkiem ar γ-kvantu (visbiežāk no Uz-apvalks), kas noved pie tā jonizācijas un brīva elektrona parādīšanās. Šis efekts valda, ja γ-kvantu enerģija ir mazāka par 0,5 MeV;
· komptona efekts, kas sastāv no tā, ka γ-kvants ierosina elektronu atoma ārējā apvalkā, nododot tam daļu savas enerģijas, kā rezultātā tā enerģija samazinās un mainās virziens (Komptona izkliede);
· pāru veidošana - ja γ-kvants lido tieši tuvu kodolam un tā enerģija pārsniedz 1,022 MeV, tad var izveidoties elektronu-pozitronu pāris;
· fotonukleārās reakcijas, kurā gamma kvanti, ko absorbē kodols, to ierosina, nododot tam savu enerģiju, un ja šī enerģija ir lielāka par neitrona, protona vai alfa daļiņas saistīšanas enerģiju, tad šīs daļiņas var atstāt kodolu. Uz skaldāmajiem kodoliem (235 U, 239 Pu utt.), ja gamma kvanta enerģija ir lielāka par kodola skaldīšanas slieksni, notiks tā skaldīšanās.
Visu šo mijiedarbību dēļ, kad gamma starojums iet caur absorbētāju, tā intensitāte samazinās saskaņā ar likumu:
kur es 0, es ir γ-starojuma intensitāte pirms un pēc izlaišanas caur absorbētāju;
μ ir lineārais vājinājuma koeficients;
d ir absorbētāja biezums.
Uz att. 3.1. attēlā parādīts vienkāršs vājināšanas eksperimenta dizains. Kad gamma starojums ar intensitāti es 0 iekrīt absorbētāja biezumā d, intensitāte es starojumu, kas izgājis caur absorbētāju, apraksta ar eksponenciālo izteiksmi (3.1.).
Rīsi. 3.1. Gamma starojuma vājināšanās pamatlikums
Pārraidītā starojuma intensitāte es ir gamma starojuma enerģijas, absorbētāja sastāva un biezuma funkcija. Attieksme Es/I 0 sauc par gamma starojuma caurlaidību. 3.2. attēlā parādīta eksponenciālā vājināšanās trīs dažādām gamma staru enerģijām. No attēla var redzēt, ka caurlaidība palielinās, palielinoties gamma starojuma enerģijai, un samazinās, palielinoties absorbētāja biezumam. Koeficientu μ vienādojumā (3.1.) sauc par lineāro vājinājuma koeficientu.
Lineārais vājinājuma koeficientsμ ir atkarīgs no γ staru enerģijas un absorbējošā materiāla īpašībām. Tā izmērs ir m -1, un tas ir skaitliski vienāds ar monoenerģētisko gamma kvantu daļu, kas atstāj paralēlo staru kūli uz vielā esošā starojuma ceļa vienību. Lineārais vājinājuma koeficients ir atkarīgs no vielas blīvuma un sērijas numura, kā arī no gamma staru enerģijas. Piemēram, svinam ir augsts blīvums un augsts atomu skaits, un tas pārraida daudz mazāku daļu no krītošā gamma starojuma nekā alumīnija vai tāda paša biezuma tērauda.
Rīsi. 3.2. Gamma staru caurlaidības atkarība no svina absorbētāja biezuma
Gamma starojuma lineārā vājinājuma koeficienta vērtības no 60 Co avota dažādiem materiāliem ir parādītas 3.1. tabulā, bet to atkarība no γ-kvantu enerģijas - 3.2. tabulā.
Tiek saukts absorbējošā slāņa biezums, kas nepieciešams, lai samazinātu starojuma intensitāti uz pusi pusbiezums d 1/2.
No absorbcijas likuma (3.1.) izriet, ka pusbiezums ir vienāds ar
3.1. tabula
γ-starojuma materiālu Co-60 lineārais vājinājuma koeficients μ
3.2. tabula
Materiālu lineārā vājinājuma koeficienta μ atkarība
uz γ-kvantu enerģiju
| E, MeV | μ, cm -1 | |||||
| Svins | Ūdens | Alumīnijs | Dzelzs | Grafīts | Gaiss | |
| 0,10 | 0,171 | 0,455 | 2,91 | 0,342 | 2.00 10 -4 | |
| 0,15 | 22,8 | 0,151 | 0,371 | 1,55 | 0,304 | 1,76 10 -4 |
| 0,20 | 11,1 | 0,137 | 0,328 | 1,15 | 0,277 | 1,59 10 -4 |
| 0,30 | 4,43 | 0,119 | 0,280 | 0,865 | 0,241 | 1,38 10 -4 |
| 0,40 | 2,62 | 0,106 | 0,249 | 0,740 | 0,214 | 1,23 10 -4 |
| 0,50 | 1,80 | 0,0966 | 0,227 | 0,661 | 0,196 | 1.12 10 -4 |
| 0,80 | 0,999 | 0,0786 | 0,184 | 0,526 | 0,159 | 9.13 10 -5 |
| 1,0 | 0,798 | 0,0279 | 0,165 | 0,471 | 0,143 | 8.21 10 -5 |
| 1,5 | 0,591 | 0,0575 | 0,135 | 0,382 | 0,117 | 6,68 10 -5 |
| 2,0 | 0,518 | 0,0493 | 0,116 | 0,334 | 0,0999 | 5,74 10 -5 |
| 3,0 | 0,475 | 0,0396 | 0,0950 | 0,284 | 0,0801 | 4,63 10 -5 |
| 4,0 | 0,472 | 0,0340 | 0,0834 | 0,260 | 0,0684 | 3,98 10 -5 |
| 5,0 | 0,480 | 0,0302 | 0,0761 | 0,247 | 0,0603 | 3,54 10 -5 |
| 8,0 | 0,519 | 0,0242 | 0,0651 | 0,233 | 0,0482 | 2,87 10 -5 |
| 0,552 | 0,0220 | 0,0619 | 0,233 | 0,0439 | 2,62 10 -5 | |
| 0,628 | 0,0193 | 0,0584 | 0,241 | 0,0380 | 2,31 10 -5 | |
| 0,694 | 0,0180 | 0,0578 | 0,250 | 0,0351 | 2.19 10 -5 | |
| 0,792 | 0,0170 | 0,0584 | 0,269 | 0,0329 | 2.08 10 -5 | |
| 0,863 | 0,0166 | 0,0603 | 0,285 | 0,0320 | 2,06 10 -5 | |
| 0,915 | 0,0166 | 0,0616 | 0,299 | 0,0320 | 2.08 10 -5 |
Lineārais vājinājuma koeficients ir vienkāršākais vājinājuma koeficients, ko var izmērīt eksperimentāli, bet parasti tas nav norādīts uzmeklēšanas tabulās, jo tas ir atkarīgs no absorbējošā materiāla blīvuma. Piemēram, ūdenim, ledus un tvaikam ir dažādi lineārie vājinājuma koeficienti vienai un tai pašai enerģijai, lai gan tie sastāv no vienas un tās pašas vielas.
Gamma stari galvenokārt mijiedarbojas ar atomu elektroniem, tāpēc vājinājuma koeficientam jābūt proporcionālam elektronu blīvumam P, kas ir proporcionāls absorbējošā materiāla tilpuma blīvumam. Jebkurai konkrētai vielai elektronu blīvuma attiecība pret šīs vielas tilpuma blīvumu ir Z/A konstante, kas nav atkarīga no tilpuma blīvuma. Z/A attiecība ir gandrīz nemainīga visiem, izņemot vissmagākos elementus un ūdeņradi:
P=Zρ / A, (3.3)
kur P- elektronu blīvums;
Z- atomskaitlis;
ρ - masas blīvums;
A- masas skaitlis.
Ja dalām lineāro vājinājuma koeficientu ar vielas blīvumu ρ, iegūstam masas vājināšanās koeficients, kas nav atkarīgs no vielas blīvuma:
Masas vājināšanās koeficientu mēra cm 2 /g (SI sistēmā - m 2 /kg) un ir atkarīgs tikai no vielas sērijas numura un gamma staru enerģijas. Spriežot pēc šī koeficienta mērvienības, to var uzskatīt par efektīvo šķērsgriezumu elektronu mijiedarbībai uz absorbētāja masas vienību. Masas vājinājuma koeficientu var uzrakstīt reakcijas šķērsgriezuma izteiksmē σ (cm2):
kur N 0 - Avogadro numurs (6,02 10 23);
BET- absorbējošā elementa masas numurs.
Mijiedarbības šķērsgriezums σ i pēc definīcijas ir līdzīgas reakcijas šķērsgriezumiem, t.i. nosaka noplūdes iespējamību i process gamma kvanta mijiedarbības laikā ar atomu. Tas ir saistīts ar lineārajiem vājinājuma koeficientiem μ i formula
kur N- vielas atomu skaits 1 cm 3;
i- īss fotoelektriskā efekta (f), Komptona efekta (c) un elektronu-pozitronu pāru veidošanās efekta (p) apzīmējums.
Šķērsgriezumi ir izteikti barnos uz atomu.
Izmantojot masas vājināšanās koeficientu, vienādojumu (3.1) var attēlot šādi:
, (3.7) kur x = ρ d.
Masas vājināšanās koeficients nav atkarīgs no blīvuma, bet ir atkarīgs no fotona enerģijas un absorbētāja atomu skaita. 3.3. un 3.4. attēlā parādīta atkarība no fotonu enerģijas diapazonā no 0,01 līdz 100 MeV elementu grupām no oglekļa līdz svinam. Šis faktors ir biežāk norādīts tabulā nekā lineārais vājinājuma koeficients, jo tas kvantitatīvi nosaka gamma staru mijiedarbības iespējamību ar noteiktu elementu.
Rīsi. 3.3. Kopējā masas absorbcijas koeficienta atkarība no fotonu enerģijas dažādiem materiāliem (enerģijas diapazons no 0,01 līdz 1 MeV)
Uzziņu grāmatā ir tabulas par lineāro un masas vājinājuma koeficientu un gamma kvantu vidējā brīvā ceļa atkarību no to enerģijas diapazonā no 0,01 līdz 10 MeV dažādām vielām.
Gamma starojuma mijiedarbību ar sarežģītu vielu raksturo efektīvais kārtas skaitlis Zšīs vielas iedarbība. Tas ir vienāds ar šādas nosacītas vienkāršas vielas kārtas numuru, kuras masas vājināšanās koeficients pie jebkuras gamma staru enerģijas sakrīt ar šīs sarežģītās vielas masas vājinājuma koeficientu. To aprēķina no koeficienta:
kur Р 1 , Р 2 , …, Р n- sastāvdaļu masas procentuālais daudzums kompleksā vielā;
μ 1 /ρ 1 , μ 2 /ρ 2 , …, μ n/ρ n ir kompleksās vielas sastāvā esošo vielu masas vājināšanās koeficienti.
Ņemot vērā iepriekš minētos trīs galvenos gamma starojuma un vielas mijiedarbības efektus, kopējais lineārās vājināšanās koeficients sastāvēs no trim komponentiem, ko nosaka fotoelektriskais efekts, Komptona efekts un pāru ģenerēšanas efekts:
Katrs no tiem savādāk ir atkarīgs no vielas sērijas numura un gamma staru enerģijas.
Plkst fotoelektriskais efekts gamma kvantu absorbē atoms, un no atoma izplūst elektrons (3.5. attēls).
Rīsi. 3.5. Fotoelektriskās absorbcijas procesa shēma
Daļa gamma-kvanta enerģijas, kas vienāda ar saistīšanas enerģiju ε e, tiek iztērēta elektrona atdalīšanai no atoma, bet pārējā daļa tiek pārvērsta šī elektrona kinētiskajā enerģijā. Viņa:
Pirmā fotoelektriskā efekta iezīme ir tāda, ka tas notiek tikai tad, ja gamma staru enerģija ir lielāka par elektrona saistīšanas enerģiju attiecīgajā atoma apvalkā. Ja gamma staru enerģija ir mazāka par elektrona saistīšanas enerģiju iekšā Uz-čaula, bet vairāk nekā iekšā L-apvalks, tad fotoelektriskais efekts var iet uz visiem atoma apvalkiem, izņemot Uz- čaumalas utt.
Otra iezīme ir gamma staru fotoelektriskās absorbcijas palielināšanās, palielinoties elektronu saistīšanas enerģijai atomā. Uz vāji saistītiem elektroniem fotoelektriskais efekts praktiski netiek novērots, un brīvie elektroni nemaz neuzsūc gamma starus. Fotoelektriskā efekta lineārais vājinājuma koeficients ir proporcionāls attiecībai Z4/E γ 3 .
Šī proporcionalitāte ir tikai aptuvena, jo eksponents Z svārstās diapazonā no 4,0 līdz 4,8. Samazinoties gamma kvanta enerģijai, strauji palielinās fotoelektriskās absorbcijas iespējamība (sk. 3.6. att.). Fotoelektriskā absorbcija ir dominējošais mijiedarbības process zemas enerģijas gamma stariem, rentgena stariem un bremsstrahlung.
Fotoelektriskais efekts galvenokārt tiek novērots K- un L-smago atomu čaulas pie gamma staru enerģijas līdz 10 MeV. Koeficients μ f strauji samazinās, palielinoties gamma staru enerģijai, un tuvojas nullei pie aptuveni 10 MeV enerģijas, t.i. fotoelektroni netiek ražoti. Uz att. 3.6 parāda svina fotoelementu masas izzušanas koeficientu. Mijiedarbības varbūtība strauji palielinās, samazinoties enerģijai, bet pēc tam strauji samazinās pie gamma staru fotona enerģijas tieši zem K-elektronu saistīšanas enerģijas. Šo lēcienu sauc K- mala. Zem šīs enerģijas gamma staram nav pietiekami daudz enerģijas, lai izsistos K- elektrons. Zemāk K-malu mijiedarbības varbūtība atkal palielinās, kamēr enerģija kļūst zemāka par saistošajām enerģijām L- elektroni. Tādus lēcienus sauc L es-, L II - , L III - - malas.
Rīsi. 3.6. Fotoelementu masas izzušanas koeficients svinam
Uz vāji saistītiem atomu elektroniem γ-kvanti ir izkliedēti, saukti Komptona efekts . Ar šādu mijiedarbību notiek it kā elastīgas γ-kvantu sadursmes ar ekvivalentu masu m γ = E/c 2 ar elektronu masu es. Shematiski šāda sadursme parādīta 3.7.attēlā. Katrā šādā sadursmē γ-kvants nodod daļu savas enerģijas elektronam, piešķirot tam kinētisko enerģiju. Tāpēc šos elektronus sauc atsitiena elektroni. Atsitiena elektrona kinētiskā enerģija būs vienāda ar
kur v un ir γ-kvanta frekvence pirms un pēc sadursmes;
h ir Planka konstante.
Rīsi. 3.7. Gamma kvantu mijiedarbības shēma ar vielu
ar Komptona efektu
Pēc sadursmes atsitiena elektrons un γ-kvants izkliedējas leņķos θ un φ attiecībā pret γ-kvanta sākotnējo virzienu. Ņemot vērā enerģijas un impulsa (impulsa) nezūdamības likumus, γ-kvanta viļņa garums mainīsies:
Tangenciālās sadursmēs γ-kvantu novirza mazi leņķi (φ ~ 0) un tā viļņa garums mainās nenozīmīgi. Tas būs maksimums frontālās sadursmēs (φ ~ 180 0), sasniedzot vērtību
Izkliedētā gamma kvantu un atsitiena elektrona enerģija e e ir saistīti ar gamma kvanta sākotnējo enerģiju ar leņķiem φ un θ ar attiecībām:
Tā kā γ-kvanta mijiedarbība ar jebkuru elektronu ir neatkarīga, μ vērtība uz proporcionāls elektronu blīvumam N e, kas savukārt ir proporcionāls kārtas skaitlim Z vielas. μ atkarība no γ-kvanta enerģijas h v un Z, ko ieguvuši fiziķi Kleins, Nišina un Tamms, ir šāda forma:
kur N- atomu skaits 1 cm 3 vielas.
Komptona efekts galvenokārt rodas uz vāji saistītiem elektroniem atomu ārējos apvalkos. Palielinoties enerģijai, izkliedēto γ-kvantu daļa samazinās. Bet lineārās izkliedes koeficienta samazinājums μ līdz notiek lēnāk nekā μ f. Tāpēc enerģētikas reģionā Eγ > 0,5 MeV, Komptona efekts dominē pār fotoelektrisko efektu.
Gamma staru spektrometrijā daudzums dμ uz /dE e sauca diferenciālais Komptona izkliedes koeficientsγ -kvanti. Tā fizikālā nozīme ir tāda, ka tas nosaka atsitiena elektronu skaitu uz vielas tilpuma vienību, ko veido gamma staru plūsma Ф ar enerģiju Eγ , kuras enerģija atrodas diapazonā no nulles līdz maksimālajai vērtībai Viņa Maks. Klein-Nishina-Tamm teorija ļauj iegūt daudzuma analītisko izteiksmi dμ uz / dE e = Nd, kur N ir atomu skaits vielas tilpuma vienībā. Lai ilustrētu šo atkarību, ir parādīti atsitiena elektronu grafiskie sadalījumi trīs fiksētām gamma staru enerģijām (3.8. att.). Augstu γ staru enerģiju gadījumā (vairāk nekā 2 MeV) atsitiena elektronu enerģijas sadalījums ir praktiski nemainīgs. Novirze no konstantas vērtības (atsitiena elektronu sadalījuma blīvuma palielināšanās) sākas tad, kad to enerģija tuvojas γ-kvanta enerģijai, veidojot t.s. Komptonas virsotne. Šajā gadījumā atsitiena elektronu enerģija Komptona virsotnē ir nedaudz zemāka par gamma kvantu enerģiju, kas tos radīja (kā redzams attēlā).
Rīsi. 3.8. Atsitiena elektronu enerģijas sadalījums
dažādu enerģiju γ-kvantiem
Tā kā atsitiena elektronu enerģija nevar būt lielāka par γ-kvantu sākotnējo enerģiju, pēc Komptona pīķa sadalījums pēkšņi pārtrūkst līdz nullei. Samazinoties γ-kvantu enerģijai (mazāk nekā 1,5 MeV), tiek pārkāpta arī sadalījuma vienmērība zem Komptona pīķa. 3.9. attēlā ir parādīta Komptona malas enerģijas atkarība no gamma staru enerģijas. No tā izriet, ka, palielinoties gamma staru enerģijai, fotopīķa un Komptona malas enerģiju atšķirība vispirms strauji pieaug, bet, sākot no 100-200 keV enerģijām, šī atšķirība tiecas uz nemainīgu vērtību.
Savienošanas efekts rodas γ-kvanta pārejas laikā tuvu kodolam, ja tā enerģija pārsniedz sliekšņa vērtību 1,022 MeV. Ārpus kodola lauka γ-kvanti nevar izveidot elektronu-pozitronu pāri, jo šajā gadījumā tiks pārkāpts impulsa saglabāšanas likums. Lai gan pāra ģenerēšanai pietiek ar 1,022 MeV enerģiju, taču tad ģenerēto daļiņu impulsam jābūt vienādam ar nulli, savukārt γ-kvantam ir impulss, kas atšķiras no nulles un vienāds ar E γ /c. Tomēr kodola laukā šis efekts kļūst iespējams, jo šajā gadījumā γ-kvanta enerģija un impulss tiek sadalīti starp elektronu, pozitronu un kodolu, nepārkāpjot saglabāšanas likumus. Šajā gadījumā, tā kā kodola masa ir tūkstošiem reižu lielāka par elektrona un pozitrona masu, tas saņem nenozīmīgu γ-kvanta enerģijas daļu, kas gandrīz pilnībā ir sadalīta starp elektronu un pozitronu. Shematiski elektronu-pozitronu pāra dzimšanas ietekme parādīta 3.10. attēlā.
Rīsi. 3.9. Komptona malas enerģijas atkarība no gamma staru enerģijas
Rīsi. 3.11. Gamma starojuma lineāro vājinājuma koeficientu atkarība no svina γ-kvantu enerģijas
Visi trīs iepriekš aprakstītie mijiedarbības procesi veicina kopējo masas ekstinkcijas koeficientu. Trīs mijiedarbības procesu relatīvais ieguldījums ir atkarīgs no gamma kvantu enerģijas un absorbētāja atomu skaita. Uz att. 3.12 parāda masas vājināšanās līkņu kopu, kas aptver plašu enerģiju un atomu skaitļu diapazonu. Vājināšanās koeficientam visiem elementiem, izņemot ūdeņradi, ir straujš pieaugums zemas enerģijas reģionā, kas norāda, ka fotoelektriskā absorbcija ir dominējošais mijiedarbības process šajā reģionā. Šī pieauguma vieta ir ļoti atkarīga no atomu skaita. Virs pieauguma zemas enerģijas reģionā masas vājināšanās koeficienta vērtība pakāpeniski samazinās, nosakot reģionu, kurā dominējošā mijiedarbība ir Komptona izkliede.
Rīsi. 3.12. Dažu elementu masas vājinājuma koeficienti
(tiek parādītas gamma kvantu enerģijas, kuras parasti izmanto
Urāna un plutonija izotopu identificēšana ar gamma starojumu)
Masas vājināšanās koeficienti visiem elementiem, kuru atomu skaits ir mazāks par 25 (dzelzs), ir gandrīz identiski enerģijas diapazonā no 200 līdz 2000 keV. Diapazonā no 1 līdz 2 MeV vājinājuma līknes saplūst visiem elementiem. Ūdeņraža masas vājināšanās līknes forma parāda, ka gamma staru mijiedarbība ar enerģijām virs 10 keV notiek gandrīz tikai ar Komptona izkliedi. Pie enerģijām virs 2 MeV elementiem ar augstu atomskaitli Z mijiedarbības process ar pāru veidošanos kļūst svarīgs, un masas vājināšanās koeficients atkal sāk palielināties.
Ir trīs galvenie -kvantu un matērijas mijiedarbības procesi. Tie ir: fotoelektriskā efekta fenomens, Komptona efekts un elektronu-pozitronu pāru veidošanās process.
Fotoelektrisks efekts.
Parādība slēpjas apstāklī, ka -kvanti, mijiedarbojoties ar vielu, visu savu enerģiju nodod elektronam, kas savukārt var piedalīties citos procesos. Fotoelektriskā efekta enerģijas bilanci apraksta Einšteina formula
h \u003d A + E k,
kur A ir atoma darba funkcija, bet E k ir elektrona kinētiskā enerģija.
Komptona efekts.
Efekts izpaužas kā -kvanta izkliede ar elektronu. Šajā gadījumā izkliedētajam kvantam ir garāks viļņa garums nekā primārajam -kvantam. Radiācijas viļņa garuma izmaiņas šī procesa laikā nosaka attiecība
kur 
.
Tiek izsaukta vērtība 0 Elektrona komptona viļņa garums. Leņķis ir izkliedes leņķis. Starpība starp krītošā un izkliedētā -kvantu enerģiju tiek pārvērsta atsitiena elektrona kinētiskajā enerģijā. Tādējādi Komptona fenomenā -kvantu enerģija tiek daļēji tērēta elektronu (atsitiena elektronu) izsitšanai un gaismas kvantu parādīšanās, kas savukārt noved pie fotoelektriskā efekta un Komptona efekta. Komptona izkliedē iesaistīto matērijas elektronu skaits samazinās, palielinoties γ-kvantu enerģijai (2. att.).
Pāru veidošana.
Elektronu-pozitronu pāru veidošanās process sākas ar -kvantu enerģijām 1,0210 6 eV (2. att.). Šis daudzums ir divreiz lielāks par elektrona vai pozitrona miera enerģiju. Mijiedarbība notiek vienā punktā netālu no kodola vai elektrona, bet ne vakuumā, kas ir saistīts ar nepieciešamību vienlaikus izpildīt enerģijas nezūdamības un impulsa likumus.
Attiecībā uz -starojumu, kas rodas radioaktīvās sabrukšanas rezultātā, trešais aplūkotais mehānisms ir neefektīvs, jo -kvantu enerģija radioaktīvās sabrukšanas laikā nepārsniedz 3 MeV.
No visa teiktā izriet, ka gamma kvantu pilnīga absorbcija vielā, kas izraisa elektronu izdalīšanos, ir atkarīga no to enerģijas un vielas atomu skaita.
Rīsi. 2. Svina absorbcijas spektrs, kas sadalīts trīs daļās:
1 - fotoelektriskais efekts, 2 - Komptona efekts, 3 - pāru ražošana
Gamma staru absorbcija.
Pieredze liecina, ka jo lielāks ir ķermeņu blīvums, jo vairāk tie vājina γ-starojumu. Viens no γ-starojumam vismazāk caurlaidīgajiem metāliem ir svins, viscaurlaidīgākais metāls (vairāk nekā stikls) ir alumīnijs (3. att.).
γ-staru, tāpat kā jebkura cita elektromagnētiskā starojuma, absorbcija ir atkarīga no tos absorbējošās vielas slāņa biezuma. Katram starojuma veidam atkarībā no fotona enerģijas mainās absorbcijas raksturs, kā tas notiek augstas enerģijas gamma kvantiem, kas tiek absorbēti, veidojoties elektronu-pozitronu pāriem. Eksperimentālie dati liecina, ka paralēla gamma staru kūļa intensitāte, kas ir izgājusi cauri matērijas slānim ar biezumu x, ir atbilstoši aprakstīta ar Bouguer-Lambert likumu.
, (6)
kur - absorbcijas koeficients gamma stari atkarībā no viļņa garuma un vielas veida.
Ņemot vērā visus trīs gamma kvantu mijiedarbības veidus ar matēriju, par ko mēs runājām, absorbcijas koeficientu var attēlot kā
,
kur 
- absorbcijas koeficienti attiecīgi fotoelektriskajam efektam, Komptona efektam un elektronu-pozitronu pāra radīšanas procesam (3. att.).
1. tabula
a) -starojuma vājinājuma koeficients alumīnijam.
|
|
|
|
|
|
kur koeficienti 
tiek doti slāņa biezumam 1 cm.
b) svina -starojuma vājinājuma koeficients.
|
|
|
|
|
|
Absorbcijas koeficientu vērtības ,
kā arī koeficienti 
dažādām vielām atkarībā no krītošā starojuma kvanta enerģijas parasti ir norādītas tabulu un grafiku veidā atsauces literatūrā,
Uz att. 3 parāda koeficientu atkarības 
no kvantu enerģijas, kad -starojums krīt uz svinu un alumīniju. Precīzāk, šīs atkarības skaitļu veidā ir parādītas 1. tabulā.
Rīsi. 3. Absorbcijas koeficientu atkarība no -kvantu enerģijas:
a - svinam; b - alumīnijam.
Bouguer-Lambert likums (6) dod iespēju eksperimentāli noteikt μ - absorbcijas koeficientus. Kā izriet no (6) absorbētā slāņa biezumiem x 1 un x 2
.
(7)
Atņemot vienādojumu viens no otrā vienādojuma (7), mēs iegūstam
,
(8)
.
(9)
Tātad, ja no eksperimentālajiem datiem uzzīmēsim lnI atkarību no absorbējošā slāņa biezuma, tad šī lineārā grafika slīpums skaitliski būs vienāds ar absorbcijas koeficientu - .
Rīsi. 4. Eksperimentālās iekārtas blokshēma