1. Effet photoélectrique : Cette interaction se produit lorsqu’un photon gamma transfère toute son énergie à un électron étroitement lié, provoquant l’éjection de l’électron de l’atome. La probabilité de l'effet photoélectrique diminue avec l'augmentation de l'énergie des photons et est plus significative pour les rayons gamma de faible énergie et les matériaux à numéro atomique élevé.
2. Diffusion Compton : Dans cette interaction, un photon gamma entre en collision avec un électron faiblement lié, transférant une partie de son énergie à l’électron et le faisant reculer. Le photon diffusé continue dans une direction différente avec une énergie réduite. La diffusion Compton est le mécanisme d’interaction dominant pour les rayons gamma d’énergies intermédiaires.
3. Production en paire : Cette interaction se produit lorsqu’un photon gamma de haute énergie interagit avec le fort champ électrique proche d’un noyau atomique, se transformant en une paire électron-positon. L’électron et le positon ont la même énergie que le photon d’origine, moins l’énergie de masse restante des deux particules. La production de paires n'est possible que lorsque l'énergie des photons dépasse le double de l'énergie de masse au repos d'un électron (1,022 MeV).
La probabilité relative de ces interactions dépend de l’énergie des photons gamma et du numéro atomique du matériau. Aux basses énergies, l'effet photoélectrique est dominant. À mesure que l’énergie augmente, la diffusion Compton devient plus importante et la production de paires devient importante à très hautes énergies.
