Образование электронно-позитронных пар

 Третий вид взаимодействия излучений с веществом – превращение гамма-кванта больших энергий (свыше 1 МэВ) в пару заряженных частиц – эффект образования пары элекрон-позитрон. Гамма-кванты, проходя через вещество, превращаются под действием сильного электрического поля вблизи ядра атома в пару частица-античастица: «электрон-позитрон». При этом одна форма материи – гамма излучение преобразуется в другую – в частицы вещества. Вероятность образования пары «электрон-позитрон» для тяжелых элементов больше, чем для легких.

Образовавшаяся электронно-позитронная пара в дальнейшем исчезает (аннигилирует), превращаясь в два вторичных гамма-кванта с энергией, равной энергетическому эквиваленту массы покоя частиц позитрона и электрона (0,511 МэВ). Вторичные гамма-кванты способны вызвать лишь комптон-эффект и в конечном счете фотоэффект, т.е. терять энергию только при соударении с электронами. Процесс образования пар увеличивается с возрастанием энергии гамма-квантов и плотности поглотителя.

Таким образом, в зависимости от энергии падающего электромагнитного излучения преобладает тот или иной вид его взаимодействия с веществом. В большинстве случаев при облучении биологических объектов энергия используемого электромагнитного излучения находится в диапазоне 0,2-2 МэВ, поэтому наиболее вероятен эффект Комптона.

В результате каждого из трех процессов взаимодействия излучения с веществом в облученной среде возникает большое количество быстро движущихся электронов. Значительная часть их обладает энергией, достаточной для ионизации вещества.

Электромагнитные излучения ионизацию непосредственно не вызывают, но при взаимодействии с веществом образуют фотон и комптоновские электроны, которые, в свою очередь, ионизируют среду – поэтому их называют косвенно ионизирующим излучением.