interaksi foton

Embed Size (px)

DESCRIPTION

interaksi foton dengan materi

Citation preview

Slide 1

JENIS-JENIS INTERAKSI FOTONEFEK FOTOLISTRIKHAMBURAN KOHEREN (RAYLEIGH)EFEK COMPTONPRODUKSI PASANGANINTERAKSI FOTONFoton dapat mengalami berbagai kemungkinan interaksi dengan atom dari suatu attenuator, probabilitas untuk setiap interaksi tergantung pada energi foton (hv) dan nomor atom (Z) dari attenuator.Interaksi foton dengan sebuah elektron yang terikat kuat (yaitu dengan atom secara keseluruhan (efek fotolistrik, hamburan koheren)), dengan bidang inti (produksi pasangan) atau dengan electron bebas (efek Compton, produksi triplet).Dalam konteks interaksi foton, elektron terikat kuat adalah elektron orbital dengan energi ikat urutan, atau sedikit lebih besar dari, energi foton, sedangkan elektron bebas adalah elektron dengan energi ikat yang jauh lebih kecil daripada energi foton.Selama interaksi, foton mungkin benar-benar hilang (efek fotolistrik, produksi pasangan, produksi triplet) atau dapat tersebar secara koheren (hamburan koheren) maupun tidak koheren (efek Compton).

EFEK FOTOLISTRIKDalam efek fotolistrik (kadang-kadang disebut sebagai photoeffect) foton berinteraksi dengan elektron orbital terikat kuat dari attenuator dan foton tersebut akan menghilang, sedangkan elektron orbital dikeluarkan dari atom sebagai fotoelektron dengan energi kinetik EK dengan persamaan sebagai berikut:

hv = energi foton insidenEB = energi ikat elektron

HAMBURAN KOHEREN (RAYLEIGH)Dalam hamburan koheren (Rayleigh) foton berinteraksi dengan elektron orbital yang terikat kuat (yaitu dengan aksi gabungan dari seluruh atom). Interaksi ini elastis dalam arti bahwa foton tidak kehilangan energinya dan tersebar hanya melalui sudut kecil. Karena tidak ada transfer energi terjadi dari foton ke partikel bermuatan, hamburan Rayleigh tidak memainkan peran dalam koefisien transfer energi, namun memberikan kontribusi terhadap koefisien atenuasi.Penampang Atom untuk hamburan Rayleigh sebagai aR sebanding dengan (Z / hv) 2 dan koefisien atenuasi massa R / adalah sebanding dengan Z / (hv) 2.Dalam jaringan dan bahan setara jaringan pengaruh hamburan Rayleigh relative kecil dibandingkan dengan interaksi foton lain, karena kontribusinya hanya beberapa persen atau kurang untuk koefisien atenuasi keseluruhan.

EFEK COMPTONEfek Compton (hamburan inkoheren) merupakan interaksi foton dengan elektron orbital'bebas dan stasioner'. energi foton Insiden hv jauh lebih besar daripada energi ikat elektron orbital.Dalam hamburan Compton ini, energi foton yang datang yang diserap atom diubah menjadi energi kinetik elektron dan foton hamburan. Pada gambar diatas foton menumbuk elektron (yang mula-mula dalam keadaan diam terhadap sistem koordinat laboratorium) dan kemudian mengalami hamburan dari arahnya semula sedangkan elektronnya menerima impulse dan mulai bergerak. dalam tumbukan ini foton dapat dipandang sebagai partikel yang kehilangan sejumlah energi yang besarnya sama dengan energi kinetik K yang diterima oleh elektron, walaupun sebenarnya kita mengamati dua foton yang berbeda. jika foton semula mempunyai frekuensi v, maka foton hambur mempunyai frekuensi yang lebih rendah v, sehingga:Kehilangan energi foton = Energi yang diterima elektronhv hv = K

PANJANG GELOMBANG COMPTON

Sudut hamburan dan sudut elektron mundur memiliki hubungan melalui persamaan berikut :

Dari Persamaan. (1.82) jelas bahwa rentang sudut adalah antara 0 untuk = (foton hamburan balik) dan / 2 untuk = 0 (hamburan maju foton) untuk setiap energi foton acak. Untuk diberikan, semakin tinggi energi foton, semakin kecil sudut elektron mundur .Interaksi Compton merupakan interaksi foton dengan elektron bebas dan stasioner (hv >> EB). Akibatnya, koefisien atenuasi atom Compton aC linear tergantung pada nomor atom Z attenuator, sementara eC dan C / , masing-masing koefisien atenuasi Compton dari elektronik dan massa, adalah tergantung Z.Koefisien atenuasi Compton Elektronik eC terus menurun dengan hv dari nilai 0,665 10-24 cm2/electron pada energi foton rendah menjadi 0,21 10-24 cm2/electron di hv = 1 MeV; 0,051 10-24 cm2/electron di hv = 10 MeV, dan 0,008 10-24 cm2/electron di hv = 100 MeV.Energi foton hambur hv dan energi kinetik dari elektron Compton EK diberikan sebagai berikut:

Dalam produksi pasangan, foton menghilang dan pasangan elektron-positron dengan gabungan energi kinetik sama dengan hv - 2mec2 diproduksi di bidang Coulomb nuklir.Karena massa diproduksi dari energi foton dalam bentuk sebuah pasangan elektron-positron, produksi pasangan memiliki ambang batas energi (energi foton minimum yang diperlukan untuk efek terjadi) dari 2mec2 = 1,02 MeV.Ketika produksi pasangan terjadi di bidang elektron orbital, efek ini disebut sebagai produksi triplet, dan tiga partikel (pasangan elektron-positron dan elektron orbital) berbagi energi yang tersedia. Ambang batas untuk efek ini adalah 4mec2.Kemungkinan untuk produksi pasangan adalah nol untuk energi foton di bawahenergi ambang dan meningkatkan cepat dengan energi foton di atas ambang batas.Koefisien atenuasi atom untuk pasangan produksi ak dan koefisien atenuasi massa produksi pasangan k / bervariasi kurang lebih sebagai Z2 dan Z, masing-masing, di mana Z adalah nomor atom attenuator.

PRODUKSI PASANGANPHOTONUCLEAR Reaksi Photonuclear (juga disebut sebagai reaksi photodisintegration) terjadi ketika sebuah foton energi tinggi diserap oleh inti atom, mengakibatkan emisi neutron ((x, n) reaksi) atau proton ((x, p) reaksi) dan transformasi inti menjadi produk reaksi radioaktif. Ambang batas untuk reaksi photonuclear tertentu tergantung pada reaksi dan nukleus dan dari urutan 10 MeV atau lebih tinggi untuk sebagian besar inti (dengan pengecualian dari deuteron dan 9BE inti, dimana ambang batas dari urutan 2 MeV). Probabilitas untuk reaksi photonuclear jauh lebih kecil dibanding untuk interaksi foton lainnya, dan kontribusinya terhadap total koefisien atenuasi adalah hanya sebesar beberapa persen pada tingkat energi foton di atas ambang reaksi. Sementara reaksi photonuclear tidak memainkan peran aktif dalam pertimbangan atenuasi foton, mereka menjadi perhatian dalam radioterapi ruang perawatan energi tinggi karena produksi neutron melalui reaksi (x, n) dan karena radioaktivitas yang diinduksi di ruang udara pengobatan dan komponen mesin melalui reaksi (x, n). Kedua neutron dan radioaktivitas menimbulkan bahaya kesehatan bagi personil dan harus ditangani di ruang perawatan dan desain mesin pengobatan. Masalah neutron ditangani dengan pintu ruang perawatan khusus menggabungkan bahan hydrogenous berborat untuk thermalize dan menyerap neutron, radioaktivitas dengan ventilasi ruang yang memadai (enam sampai delapan perubahan udara per jam) dan menggunakan komponen mesin dengan reaksi rendah penampang dan pendek paruh produk reaksi.

Koefisien pelemahan atom untuk efek fotolistrik a sebanding dengan( Z4 / (hv) 3 , sedangkan koefisien atenuasi massa untuk efek fotolistrik m sebanding dengan (Z / hv) 3 , dimana Z adalah nomor atom dari attenuator dan hv adalah energi foton. Selain penurunan stabil m dengan hv meningkat, plot m vs hv juga menunjukkan diskontinuitas tajam m ketika hv sama dengan energi ikat untuk kulit elektonik tertentu pada attenuator. Diskontinuitas ini, yang disebut tepi penyerapan, mencerminkan fakta bahwa untuk hv kurang dari energi ikat, foton tidak dapat menjalani efek fotolistrik dengan elektron dalam kulit tertentu, sedangkan untuk hv lebih besar dari atau sama dengan energi ikat mereka dapat. Rata-rata energi yang ditransfer dari foton dengan energi hv> EB (K)untuk elektron (EK) tr PE dalam efek fotolistrik diberikan sebagai berikut:

dimana EB (K) adalah energi ikat elektron orbital kulit K (fotoelektron), PK adalah bagian dari semua interaksi efek fotolistrik yang terjadi di kulit K dan K adalah hasil berpendar untuk kulit K. Kisaran PK adalah dari 1,0 pada nomor atom rendah Z ke 0,8 pada nomor atom tinggi (lihat Gambar. 1,9).

Perubahan panjang gelombang foton diberikan oleh hubungan Compton:

manac adalah panjang gelombang Compton untuk elektron, dinyatakan sebagai:

Dan

dimana adalah normalisasi energi foton insiden:

dan EK adalah energi kinetik dari elektron mundur. Persamaan (1.79) merupakan konservasi energi; Pers (1.80) dan (1.81) merupakan konservasi momentum sepanjang sumbu x dan sumbu y, masing-masing, dari Gambar. 1.5.