高能γ射线与物质作用中的三电子产生①

王宏民， 孙献静

(1.装甲兵工程学院基础部，北京 100072;2.清华大学物理系，北京 100084;3.中国科学院高能物理研究所，北京 100049)

0 引言

光子(包括X射线和γ射线)是非带电粒子，当入射光子能量较低时光子与物质的主要作用机制为光电效应(Photonelectric Absorption)、康普顿散射(Compton Scattering)以及电子对产生(Pair Production)[1].光电效应是光子与靶物质的原子发生作用，光子把全部能量转移给原子中某个束缚电子，使之发射出去，出射的电子称为光电子，而光子自身消失.康普顿散射则是指入射光子与物质原子作用时，入射光子与轨道电子发生散射，将一部分能量传给电子并使它脱离原子射出而成为反冲电子，同时入射光子损失能量并改变方向而成为散射光子，发生康普顿散射的能量范围一般为102～105eV.如果穿过物质的光子能量超过两个电子的静止质量(1.02MeV)且经过原子核旁时，在核库仑场作用下，辐射光子可能转化为一个正电子和一个负电子—电子对效应[2，3].以上三种效应是研究X射线和能量较低的γ射线辐射防护的基础[4，5].

当入射能量非常高的γ射线穿过原子的电子场时，除以上三中效应外，还会出现三电子产生现象[6].所谓三电子产生是指γ射线与原子中的电子相互作用，原子中的电子被打出，同时产生一对正负电子.由于产生的电子对还会通过湮灭和轫致辐射产生新的γ射线[7]，所以探讨三电子产生效应对精确研究较高能量的γ射线辐射防护十分重要.本文将分别从三电子产生的阈能、截面以及电子在物……