γ射线在物质中衰减规律
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发布时间：2022-04-23 03:24
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时间：2023-07-19 21:49
一束经过准直的平行单能γ射线垂直通过物质层时，γ射线与物质发生光电效应、散射作用和电子对效应，使γ射线不断衰减。若吸收物质单位体积中原子数为N，密度为ρ，入射初始γ射线强度（照射量率）为I0，在物质厚度为x处，测得γ射线强度为I；则通过dx厚度，γ射线强度变化为dI，可用下述关系式表示
核辐射场与放射性勘查
在条件为x=0时，I=I0。解（2-2-16）式得：
核辐射场与放射性勘查
式中：μ=μaN为物质衰减系数，单位为cm-1。因为N=（ρ/A）L0 （式中A为原子质量数；L0 为阿伏加德罗常数），所以μ=μa·N=μa （ρ/A）L0。可见衰减系数μ与物质密度关系密切。在许多情况下为了避免物质密度影响，而将（2-2-17）式写为
核辐射场与放射性勘查
式中：dm=ρd称质量厚度，单位为g/cm2；μm=μ/ρ称质量衰减系数，单位为cm2/g。为了区别，把μ称衰减系数，或者叫线吸收系数。可以把三种效应的衰减系数改写为常用的原子质量吸收系数。
核辐射场与放射性勘查
式中：τam=τa/ρ为原子质量光电吸收系数；σcam为原子质量康普顿散射吸收系数；kam为原子质量电子对吸收系数。三种效应的截面都随入射γ射线能量Eγ以及吸收物质的原子序数Z而变化。图2-2-7为铝的质量衰减系数与能量关系。图2-2-8为铅的质量衰减系数与能量关系。图中曲线不完全针对原子，μ/ρ=μm为总质量吸收系数；τ/ρ=τm为光电质量吸收系数；σs/ρ为散射质量吸收系数；k/ρ为电子对质量吸收系数；σa/ρ为原子散射质量吸收系数。可见对低能量γ射线主要作用是光电效应，中等能量的主要作用是康普顿效应，高能量（大于1.02 MeV）的主要作用是电子对效应。岩石的有效原子序数与铝差不多，由图2-2-7可见，主要作用是康普顿效应。由于光电效应截面τam与Z5 成正比，由图2-2-8可见在重元素铅中主要作用为光电效应。
图2-2-7 铝中质量衰减系数与能量关系
图2-2-8 铅中质量衰减系数与能量关系
入射γ射线不是前面所说的经过准直器的窄束射线，而是宽的平行射束（地下放射性矿层对上覆岩层或浮土就是这样情况）时，与窄束不同的是有较多的一部分散射射线被探测器记录，使宽束情况下测得的衰减系数比窄束的小，即射线衰减变慢。如图2-2-9所示。
如果点状放射源和探测器都在无限介质中（γ散射测井就属这样情况），这时探测器测到的包括四面八方散射来的射线，射线强度衰减也慢。
因此在半无限介质或无限介质层中，其衰减规律都对指数规律有所偏离，但仍然用（2-2-17）式和（2-2-18）式近似表示。
图2-2-9 宽束γ射线衰减曲线
