6-2-1-8 γ線と物質との相互作用

　γ線（光子）は電磁波で、波としても作用するが、γ線やⅩ線ではエネルギーが高いので、粒子としての作用が顕著である。γ線と物質との相互作用を巨視的なスケールで見ると模式的には図2.1.8-1のようになる。平板状の物質に垂直に入射した光子は、一部は吸収され、また一部は散乱され方向とエネルギーが変化する。散乱や吸収は複合的に生ずるために、物質内での光子の分布は、エネルギー、方向ともにさまざまである。このような状況で、物質に対する、光子の性質を単純に表す指標の一つは、光子がその物質中を、全く相互作用を起こさずに通過できる確率である。

図2.1.8-1　巨視的に見た光子と物質との相互作用

　図2.1.8-2に仮想的に示したのは、物質中の厚さdⅩの薄い層を通過する光子である。層は薄いために、光子は内部で2回以上の散乱をしない。N個の光子がこの層に入射したとする。厚さdⅩの層内で、そのうちのいくつかの光子が何らかの相互作用を起こし、N′個の光子がそのまま通過したとする。相互作用を起こした光子数、N′-N（＝－dN）は、層の厚さdⅩと入射した光子数に比例する。

　　－dN=μ・NdⅩ　　（2.5）

　ここでμは線減衰係数とよばれる比例定数で、相互作用しやすさの指標である。

図2.1.8-2　薄い層における光子の減衰

　始めに平板に入射した光子数をN₀として次式が得られる。

　　N=N₀・e^－μx　　（2.6）

　相互作用を経験していない光子数は指数関数的に減衰する。μは物質と光子のエネルギーよって変化する。線減衰係数μを物質の密度ρで割った値μ_m＝（μ／ρ）は質量減衰係数とよばれる。
　μ_mの原子番号Z依存性は、低エネルギー光子に対しては、Z⁴と大きく鉛のように原子番号の大きな物質が遮蔽に有効である。1MeVから3MeVの光子（⁶⁰Coγ線が含まれる）ではあらゆる物質においてこのエネルギー領域の光子に対する質量減衰係数は、物質にほとんど依存しない。