При проходженні через речовину гамма-кванти взаємодіють з електронами і ядрами, в результаті їх інтенсивність зменшується. До втрат енергії γ-випромінювання призводять процеси, пов'язані з фотоефектом, комптонівським розсіюванням електронів в речовині і утворенням електрон-позитронного пар. Внесок кожного з процесу в ослаблення γ-випромінювання залежить від енергії γ-квантів ядерного випромінювання і параметра Z речовини-поглинача. Загальна закономірність полягає в тому, що ймовірність втрати енергії в процесі фотоефекту і комптонівського розсіювання знижується з ростом енергії γ-випромінювання, а ймовірність утворення електрон-позитронного пар зростає (починаючи з енергії 1,02 МеВ) з підвищенням енергії γ-кванта. Імовірність втрати енергії γ-квантів з ростом параметра Z пропорційно Z - для комптонівського розсіювання, Z2 - для процесів утворення електрон-позитронного пар і Z4- для процесів фотоефекту. Інакше, з ростом параметра Z і енергії γ-випромінювання буде збільшуватися ймовірність процесів в ряду: фотоефект - комптонівське розсіювання - виникнення електрон-позитронного пар.
В області енергій до 10 МеВ найбільш істотними процесами є фотоефект, ефект Комптона і освіту електрон-позитронного пар. При енергії гамма-квантів більше 10 МеВ перевищується поріг фотоядерних реакцій і в результаті взаємодії фотонів з ядрами стають можливі реакції типу (γ, р), (γ, n), (γ, a). Перетину фотоядерних реакцій в області енергій до 100 МеВ складають 1% повного перетину взаємодії гамма-квантів з атомом. Однак Фотоядерні реакції необхідно враховувати в процесах перетворення фотонного випромінювання в речовині, так як вторинні заряджені частинки, такі як протони і альфа-частинки, можуть створювати високу щільність іонізації.
Фотоефект - явище, пов'язане із звільненням електронів твердого тіла (або рідини) під дією електромагнітного випромінювання. Розрізняють зовнішній фотоефект - випускання електронів під дією світла (фотоелектронна емісія), γ-випромінювання та ін .; внутрішній фотоефект - збільшення електропровідності напівпровідників або діелектриків під дією світла (фотопровідність); вентильний фотоефект - збудження світлом ЕРС на кордоні між металом і напівпровідником або між різнорідними напівпровідниками.
Ефект Комптона - відкрите А.Комптоном (1922) пружне розсіяння електромагнітного випромінювання малих довжин хвиль (рентгенівського і γ випромінювання) на вільних електронах, що супроводжується збільшенням довжини хвилі λ. Ефект Комптона підтвердив правильність квантових уявлень про електромагнітне випромінювання як про потік фотонів і може розглядатися як пружне зіткнення двох частинок - фотона і електрона, при якому фотон передає електрону частину своєї енергії (і імпульсу), внаслідок чого його частота зменшується, а λ збільшується.
Ефект Комптон зворотний - пружне розсіяння на електронах високої енергії, що приводить до збільшення енергії (частоти) фотонів (зменшення довжини хвилі).
Комптонівська довжина хвилі - величина, що має розмірність довжини і вказує область прояви релятивістських квантових ефектів. Назва пов'язана з тим, що через Комптонівське довжину хвилі електромагнітного випромінювання при ефекті Комптона. Для частки маси m комптонівська довжина хвилі λ0 = ħ / mc, де ħ - постійна планка, з - швидкість світла.
Томсонівське розсіювання (розсіювання Томсона) - пружне розсіяння електромагнітного випромінювання на заряджених частинках. Електричне і магнітне поля падаючої хвилі прискорюють заряджену частинку. Прискорено рухається заряджена частинка випромінює електромагнітні хвилі. Таким чином енергія падаючої хвилі частково переходить в енергію розсіяної хвилі - відбувається розсіювання.
Народження пар - у фізиці елементарних частинок зворотний анігіляції процес, в якому виникають пари частинка-античастинка (реальні або віртуальні). Для появи реальної пари частинок закон збереження енергії вимагає, щоб енергія, витрачена в цьому процесі, перевищувала подвоєну масу частинки: Ep = 2mc 2. Мінімальна енергіяEp. необхідна для народження пари даного типу, називається порогом народження пар.
Народження електрон-позитронного пар при взаємодії гамма-кванта з електромагнітним полем ядра (по суті, з віртуальним фотоном) є переважаючим процесом втрати енергії гамма-квантів в речовині при енергіях вище 3 МеВ (при більш низьких енергіях діють в основному комптонівське розсіювання і фотоефект, при енергіях нижче Ep = 1,022 МеВ народження пар взагалі відсутня). Імовірність народження пари в такому процесі пропорційна квадрату заряду ядра.
Фотоядерні реакції - ядерні реакції, що відбуваються при поглинанні гамма-квантів ядрами атомів. Явище випускання ядрами нуклонів при цій реакції називаетсяядерним фотоефектом.