3.1.1. Величины, характеризующие взаимодействие

Основными процессами взаимодействия излучения с веществом являются процессы, происходящие между ионизирующим излучением и атомами и ядрами вещества.

Вероятность конкретного процесса взаимодействия описывается микроскопическим сечением взаимодействия , которое зависит от вида и энергии излучения, а также от свойств атома. Оно определяется как число взаимодействий на один атом, отнесенное к числу ионизирующих частиц (заряженных частиц, нейтронов или фотонов), падающих на единичную площадку. Сечение имеет размерность площади, часто используется специальная единица барн (б); 1 б = 10^–28 м² = 100 фм².

Во многих случаях необходимо знать вероятность, с которой ионизирующая частица испускается или рассеивается в определенном направлении после взаимодействия. Для этого используется дифференциальное сечение взаимодействия

(3.1).

Величины, входящие в уравнение (3.1), проиллюстрированы на рисунке 3.1, где – единичный вектор направления движения частицы до взаимодействия. Дифференциальное сечение взаимодействия является мерой вероятности того, что направление движения частицы с энергией после взаимодействия отличается от начального направления на угол в интервале , т.е. новый вектор направления лежит в пределах элемента телесного угла , сформированного дифференциальным конусом с углом раствора . Так как

(3.2),

то интегрированием по всем направлениям получаем

(3.3).

Рис 3.1. Параметры, определяющие изменение направления движения после взаимодействия

Из уравнения (3.2) элемент телесного угла может быть выражен через , поэтому для практических вычислений значения величин, зависящих от телесного угла, обычно даются по отношению к интервалу . Если дифференциальное сечение не зависит от , то взаимодействие является изотропным, т.е. вероятность испускания или рассеяния в любой элемент телесного угла и одинакова. В противном случае взаимодействие является анизотропным.

Для получения дополнительной информации о новом значении энергии после взаимодействия частицы с начальной энергией используется дважды дифференциальное сечение взаимодействия

(3.4).

Это сечение характеризует вероятность того, что энергия ионизирующей частицы после взаимодействия будет лежать в интервале , а направление будет отличаться от начального на угол, лежащий в интервале . Во многих случаях значение можно определить с использованием законов классической механики (законы сохранения энергии и импульса), если известен угол .

Состояние ионизирующей частицы после взаимодействия полностью описывается ее энергией и направлением, но основные процессы взаимодействия фундаментально отличаются для различных видов излучения. Далее рассматриваются важнейшие процессы для заряженных частиц, нейтронов и фотонов.