fotoneninteracties

Fotoneninteracties verwijzen naar de manieren waarop fotonen met materie interacteren. Fotonen zijn kwanta van elektromagnetische straling en kunnen worden geabsorbeerd, verstrooid of doorgelaten, afhankelijk van hun energie en van de samenstelling en dichtheid van het materiaal. Deze interacties bepalen bijvoorbeeld hoe straling wordt gedetecteerd in medische beeldvorming en gamma-spectroscopie.

Vier hoofdprocessen domineren bij fotonen op lage tot middelhoge energie: het foto-elektrische effect (foton volledig opgenomen door een atoom en elektron vrijkomt); Comptonverstrooiing (foton verstrooit en geeft energie op); pairproductie (boven 1,022 MeV, elektron-positronpaar ontstaat in het veld van een nucleus of elektron); Rayleighverstrooiing (elastische verstrooiing door de atoomwolk). Bremsstrahlung kan optreden als elektronen versnellen en fotonen uitzenden. De relatieve bijdrage van deze processen hangt sterk af van energie en materiaal.

Toepassingen en detectorontwerp: de overheersende interactie bepaalt het type detector en het materiaal. Hoog-Z-materiaal verhoogt foto-elektrische absorptie bij röntgenstraling; Comptonverstrooiing en pair productie beïnvloeden de energiebalans bij gamma-straling. De studie van fotoneninteracties is cruciaal voor medische beeldvorming, diagnostiek, gamma-spectroscopie en astronomie, waar de verdeling van energie en verstrooiing informatie oplevert over materie en objecten.

Theorie en modellering: de waarschijnlijkheden uit kruis-secties afhangen van fotonenenergie en materiaal. Quantum electrodynamica levert de basis, met formules zoals Klein-Nishina voor Comptonverstrooiing en modellen voor foto-elektrische absorptie. De gecombineerde kruis-secties bepalen attenuatie en het gedrag van straling in diverse toepassingen, van medische apparatuur tot ruimtetelescopen.