Estudio de la interacción de la radiación gamma con la materia: Atenuación y Scattering

Estudio de la interacción de la radiación gamma con la materia: Atenuación y
Scattering
Leandro Tosi, Marcelo Nadim Morhell
CNEA, Instituto Balseiro

Se cuanticó los fenómenos de atenuación de la intensidad de rayos gamma al atravesar placas de
aluminio y acero. Se realizaron mediciones con diferentes conguraciones geométricas encontrándose
los mejores resultados cuando se colimaron losrayos incidentes. Se vericaron decaimientos exponenciales de la intensidad al aumentar el número de placas y se determinaron los coecientes de
atenuación másico. Se estudió también la dispersion producida por el efecto Compton en las placas
y se comprobó una disminución de la energía detectada en función del ángulo de desviación respecto
de la dirección de incidencia.

I. INTRODUCCIÓN
Elfenómeno de radiación puede tener diferentes
orígenes pero una primera subdivisión de base es
considerar la radiación de partículas cargadas y la
radiación sin carga. La radiación gamma pertenece
a esta segunda categoría dentro de los fenómenos de
radiación electromagnética ya que es un fotón de una
energía bien denida emitido mediante transiciones en el
núcleo mismo. La producción másfrecuente de gamma
es un proceso de des-excitación en el núcleo a partir
de un estado excitado intermedio en un decaimiento
beta. Debido a que esta transición se da entre dos
niveles de energía bin denidos, los fotones gamma son
monoenergéticos.
La interacción de la radiación con la materia depende
del tipo de radiación del que se trate y de la energía de la
misma. En particular, lainteracción de la radiación gamma con la materia ocurre mediante tres procesos fundamentales: la absorción fotoeléctrica, el scattering Compton y la creación de pares. Cada uno de estos procesos
tiene cierta probabilidad de ocurrir y el efecto total es la
disminución de la intensidad detectada. Esto es, se frena
o desvía a los fotones gamma de manera que la probabilidad de ser detectados disminuye, esdecir, se produce un
efecto de atenuación.
En la Absorción Fotoeléctrica un fotón gamma que ingresa al material interactúa con un átomo del mismo desapareciendo completamente. En su lugar un fotoelectrón
energético es expulsado de los niveles superiores del átomo. Este proceso de interacción predomina a energías
bajas y es típicamente importante en los materiales cuyo
número atómico Z esgrande. De hecho, la probabilidad
por átomo de ocurrencia de la absorción fotoeléctrica es
proporcional a Z n , con n entre 4 y 5 dentro del rango
de las energías de interés. Esto justica la utilización de
ciertos materiales con Z grande para blindajes y también
para la construcción de detectores.
El Scattering Compton es una interacción que tiene lugar entre el fotón incidente y un electrón delmaterial.
Mediante este proceso el fotón incidente es desviado un
ángulo θ respecto a su dirección original. Parte de la energía es trasmitida al electrón que se puede considerar en

reposo. Como todos los ángulos de desviación son igualmente posibles, la energía transmitida al electrón puede
variar desde cero hasta un gran porcentaje de la energía
total. Considerando la conservación delimpulso y de la
energía se puede ver que:

hν =

hν
1+

hν
m0 c2 (1

− cos θ)

,

(1)

donde hν es la energía del fotón dispersado,hν es
la energía del fotón incidente y m0 c2 (511keV) es la
masa en reposo del electrón. El Scattering Compton
es el mecanismo de interacción predominante para la
mayor parte de las fuentes de gamma comúnmente
utilizadas y la probabilidad deocurrencia por átomo
crece linealmente con Z.
La Producción de Pares es el mecanismo de interacción
que se maniesta mayormente a energías altas. De hecho
es necesario un rayo gamma de una energía mínima de
2m0 c2 , es decir, dos veces la masa en reposo del electrón
para que este fenómeno sea energéticamente posible.
Lo que ocurre es que en la interacción con el campo
culombiano del núcleo, el...