Creazione di coppie

La creazione di coppie implica la trasformazione del fotone incidente in una coppia elettrone-positrone. Il processo può avvenire solo quando l'energia del fotone è pari almeno alla somma delle masse delle particelle create, cioè per Eg >2mec² (1.022 Mev) e in presenza di un terzo corpo, in genere un nucleo, affinché ci sia conservazione della quantità di moto.
Per la conservazione dell'energia si ha:

T(e-) + T(e+) = hn - 2mc²

dove hn è l'energia del fotone incidente e la differenza a secondo membro fornisce l'energia cinetica che viene ripartita fra le particelle.
Quando l'energia cinetica del positrone diventa bassa (confrontabile con l'energia termica degli elettroni nel mezzo) esso si ricombina con un elettrone dando luogo a due fotoni che sono emessi in direzioni opposte, ciascuno con energia pari a 0.51 Mev. Successivamente questi due fotoni possono essere riassorbiti per effetto fotoelettrico o Compton.
La sezione d'urto per produzione di coppie vale:

dove Z è il numero atomico del materiale assorbitore, a =1/137 la costante di struttura fine e la funzione f(Z) una piccola correzione coulombiana, che tiene conto dell'interazione dell'elettrone nel campo del nucleo.
La sezione d'urto per creazione di coppie cresce rapidamente all'aumentare dell'energia dei fotoni incidenti, divenendo ad alte energie l'unico processo efficace per l'assorbimento dei fotoni.

Sezione d'urto per creazione di coppie, calcolata per il piombo