interaksi foton -- kuliah fisika inti

1. 1. DEFINISI
Interaksi adalah suatu jenis tindakan atau aksi yang terjadi sewaktu dua atau lebih objek
memengaruhi atau memiliki efek satu sama lain. Foton adalah partikel elementer dalam fenomena
elektromagnetik, biasa dianggap sebagai pembawa radiasi elektromagnetik (cahaya, gelombang
radio dan sinar-X). Sehingga interaksi foton adalah interaksi antara foton itu sendiri.
Foton dapat mengalami berbagai kemungkinan interaksi dengan atom dari suatu
attenuator. Peluang untuk setiap interaksi tergantung pada energi foton
dan nomor atom Z dari
attenuator.
2. KATEGORI INTERAKSI FOTON
-
Cross Section
-
Hamburan (Scattering)
 Koheren (Rayleigh Scattering)
 Tak koheren (Compton Scattering)
-
Fotoelektrik (Photoelectric)
-
Produksi pasangan (Pair production)
3. HAL-HAL PENTING YANG PERLU DIPERHATIKAN
A. Jenis radiasi ionisasi foton tidak langsung
Berdasarkan asalnya radiasi ionisasi foton tidak langsung terbagi menjadi empat
kategori, yaitu:
 Bremsstrahlung (X’ray kontinu), dipancarkan melalui interaksi inti dengan elektron
 Karakteristik X’ray (diskrit), dipancarkan dalam transisi elektron dari satu orbit ke
orbit lain untuk mengisi kekosongan dalm orbit tersebut.
 Sinar gamma/
(diskrit), peluruhan sinar gamma dipancarkan melalui transisi
nuklir
 Radiasi pemusnah (diskrit: biasanya 0.511 MeV) pemusnahan dipancarkan melalui
positron-elektron
B. Atenuasi sinar foton
Intensitas
I
(x)
dari
sinar
foton
oleh attenuator dengan ketebalan x, diberikan sebagai:
Dimana:
monoenergetik,
dilemahkan

2. = intensitas awal dari pelemahan sinar
= koefisien pelemahan linear, dimana bergantung pada energi foton
dan
nomor atom .
C.
Jenis Interaksi foton
 Interaksi foton berkaitan erat dengan elektron (yaitu dengan sebuah atom secara
keseluruhan (efek fotolistrik, hamburan koheren)), dengan bidang inti (produksi
pasangan) atau dengan orbital elektron bebas
dasar (efek Compton, produksi
triplet).
 Dalam konteks interaksi foton, sebuah elektron yang terikat erat adalah sebuah
elektron orbital dengan energi yang mengikat urutan, atau sedikit lebih besar dari
energi foton, sementara elektron bebas adalah elektron dengan energi yang
mengikat yang jauh lebih kecil dari energi foton.
 Selama interaksi, foton dapat hilang sepenuhnya (efek fotolistrik, produksi
pasangan, produksi triplet) atau mungkin tersebar koheren (hamburan koheren)
atau tak jelas (efek Compton).
4. CROSS SECTION
5. EFEK FOTOELEKTRIK
Dalam efek fotolistrik (kadang-kadang disebut sebagai photoeffect) dimana foton
berinteraksi dengan orbital elektron yang terikat erat dengan sebuah attenuator dan
menghilang, sedangkan elektron orbital dari atom dikeluarkan sebagai fotoelektron
dengan energi kinetik
Dimana
diberikan sebagai:
adalah energi foton dan
adalah energi ikat.
Koefisien atenuasi atom untuk efek foto listrik adalah
sedangkan koefisien atenuasi massa untuk efek foto listrik
dimana Z adalah nomor atom dari attenuator dan
sebanding dengan
sebanding dengan
,
,
adalah energi foton.
6. HAMBURAN KOHEREN (RAYLEIGH)
Dalam hamburan koheren foton berinteraksi dengan orbital elektron terikat (yaitu aksi
gabungan dari keseluruhan atom). Hamburan RayleIgh tidak berperan dalam koefisien
perpindahan energi namun hanya berdampak pada koefisien atenuasi.

3. Scattering koheren (efek Rayleigh) adalah suatu proses dimana gelombang elektromagnetik
(sinar foton) yang bekerja pada atom tersebar tanpa kehilangan energi. Atau hamburan
Rayleigh adalah proses fisika klasik dimana sinar γ dihamburkan secara keseluruhan oleh atom.
Semua atom didalam elektron berkontribusi dengan cara koheren. Energi γ tetap sama sebelum
dan sesudah hamburan.
7. HAMBURAN TIDAK KOHEREN (EFEK COMPTON)
Efek Compton menunjukkan interaksi foton dengan dasar elektron orbital “bebas dan dan
terikat lemah”. Terjadinya energi foton
jauh lebuh besar daripada energi ikat elektron
orbital. Foton kehilangan energi untuk mundurnya elektron (Compton) dan tersebar hamburan
foton
melalui hamburan sudut , secara skematis ditunjukkan pada gambar berikut:
Gambar 1. Skema diagram
dari
hamburan
Compton.
Sebuah foton dengan energi
berinteraksi dengan atom
elektron yang terikat lemah
(dasarnya bebas). Elektron
dikeluarkan
sebagai
atom
(Compton)
kinetic
dari
dengan
atom
mundur
energi
dan foton tersebar
dengan energi
Sudut
mewakili sudut antara arah terjadinya foton dan arah elektron mundur.
8. PRODUKSI PASANGAN
Dalam produksi pasangan, foton menghilang dan energi kinetic digabungkan dengan
pasangan elektron-positron sebanding dengan
dihasilkan dalam bidang Coulomb
nuklir.
Karena massa yang dihasilkan dari energi foton dalam bentuk pasangan elektron-positron,
sehingga produksi pasangan memiliki ambang batas energi (energi foton minimum yang
dibutuhkan agar efek dapat terjadi) untuk

4. Ketika produksi pasangan terjadi di bidang orbital elektron, efek ini disebut produksi
triplet dan tiga partikel (pasangan elektron-positron dan elektron orbital) berbagi energi yang
tersedia. Ambang batas untuk efek ini adalah
Peluang untuk produksi pasangan adalah nol untuk energi foton dibawah ambang atas
energi dan energi foton cepat meningkat bila diatas ambang batas.
Tabel 1. Karekteristik dari
fotoelektrik,
scattering
Rayleigh, efek Compton
dan produksi pasangan