BACHELORARBEIT - Metzsch, Daniel

Comptoneffekt: Der Comptoneffekt ist die elastische Streuung eines
γ − Quants mittlerer Energie an einem Elektron. Elektron und γ − Quant
ändern dabei ihre Richtung und Energie. Der Comptoneffekt findet
vorzugsweise an äußeren Hüllenelektronen statt.
Paarbildung: Ab einer bestimmten Schwellenenergie E γ =2m e c 2 ≈1,02
MeV setzt im elektrischen Feld des Atomkerns der Paarbildungseffekt
ein. Dabei wandeln sich γ − Quanten in ein Elektron und ein Positron
um. Die Masse eines jeden Teilchens ist damit der Energie von 0,51
MeV äquivalent. Nachdem das Positron seine kinetische Energie genau
wie ein schnelles Elektron abgegeben hat und damit quasi zur Ruhe
gekommen ist, vernichtet es sich mit einem schnellen Elektron, wobei
zwei charakteristische γ − Quanten der Energie von 0,51 MeV in
diametral entgegengesetzter Richtung entstehen.
ii. Der Aufbau eines
γ −Spektrums
Welcher der drei Effekte nun dominiert, hängt von der Energie der γ − Quanten
und der Ordnungszahl der Atome ab. Charakteristisch für γ − Spektren sind die
„Photopeaks“ oder auch „Full Energy Peaks“ genannt, denn nur beim
Fotoeffekt wird die gesamte Energie der γ − Quanten in einem Schritt
abgegeben. Die „Photopeaks“ ermöglichen entsprechend der Fingerprint-
Methode die Zuordnung einzelner Nuklide mit Tabellen oder
Computerprogrammen. Leider sind nicht alle Peaks im Spektrum leicht
zuzuordnen. Im so genannten „Compton-Kontinuum“, das durch den
Comptoneffekt hervorgerufen wird, findet man Linien kleinerer Impulshöhen,
die sich überlagern. Ein ideales Spektrometer würde für monoenergetische
Photonenstrahlung eine Impulshöhenverteilung in Form einer isolierten,
unendlich scharfen Linie hervorrufen. Dazu kommt es aber nicht. Dafür sind im
Wesentlichen drei Gründe zu finden:
1. Jeder Detektor hat ein endliches Auflösungsvermögen, wodurch eine
Linienverbreiterung hervorgerufen wird.
2. Ein Teil der Quanten verliert durch Streuung am Detektor selbst oder
an anderen Materialien einen Teil seiner Energie.
3. Die Photonenenergie wird nicht vollständig im Detektor absorbiert.
Abbildung 1 zeigt ein Beispiel eines γ − Spektrums:
Intensität
Full-Energy-Peak
Compton-
Kontinuum
Energie
Abbildung 1: Beispiel eines Gamma-Spektrums
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