Микроскопические взаимодействия фотонов

Рассмотрим взаимодействие фотона в ионизационной камере. При энергиях ниже 1 МэВ столкновения фотона с молекулами воздуха приводят к образованию пар электронов и положительно заряженных ионов за счет фотоэлектрического и комптоновского взаимодействий. Если энергия фотона превышает 1 МэВ, третий тип взаимодействия, образование электрон-позитронных пар, также дает вклад в образование заряда. Однако, вероятность этого процесса обычно пренебрежимо мала при энергии фотона в несколько МэВ.

Рис. 5.3. Процессы взаимодействия в ионизационной камере

В общем, чем выше энергия фотона, тем выше средняя энергия высвобождаемых (первичных) электронов. Угловое распределение этих электронов зависит от энергии фотона и типа взаимодействия. При энергии выше 100 кэВ большинство электронов образуются с тем же направлением траекторий, что и у изначального фотона.

Нередко образуются первичные электроны с энергией в несколько кэВ. Такие электроны обладают слишком высокой энергией чтобы полностью затормозиться и быть собранными относительно небольшим электрическим полем, характерным для правильно запитанной ионизационной камеры. В большей степени такие электроны ускользают от регистрирования, за исключением того, что они ионизуют другие молекулы воздуха, образую вторичные электроны. Большая часть энергии первичных электронов передается многочисленным вторичным электронам, которые, в целом, имеют гораздо меньшую энергией. В первую очередь именно эти вторичные электроны, присоединяясь к молекулам кислорода, собираются электрическим полем на электродах и формируют ток, измеряемый ионизационной камеой. Основными носителями заряда в ионизационной камере являются отрицательные ионы O₂^- и положительные ионы кислорода и азота.