Radiació gamma

La radiació gamma consisteix en fotons d’alta energia emesos quan un nucli passa d’un estat d’energia més alt a un de més baix. En una transició gamma pura no canvien ni el nombre de protons ni el de neutrons: canvien l’energia interna i, sovint, l’estat de moment angular del nucli.

Una transició entre nivells nuclears

Un nucli excitat pot alliberar energia com un fotó gamma. L’energia del fotó és la diferència entre els nivells: Eγ = hν = hc/λ. Com que els nivells nuclears són quantitzats, els espectres gamma solen contenir línies característiques.

estat nuclear excitatestat nuclear inferiorfotó gammaEγ = diferència de nivells
Un nucli excitat pot alliberar energia com un fotó gamma. L’energia del fotó és la diferència entre els nivells: Eγ = hν = hc/λ. Com que els nivells nuclears són quantitzats, els espectres gamma solen contenir línies característiques.

La gamma sovint segueix una altra desintegració

Una desintegració alfa o beta pot deixar el nucli fill excitat. Aquest nucli pot emetre un o més fotons gamma mentre baixa cap a nivells d’energia inferiors. Per això convé separar la transmutació que ha creat el nucli excitat de la seva posterior desexcitació gamma.

primmés gruixutmés materialqueden menys fotons
L’atenuació és exponencial

L’atenuació és exponencial

Per a un feix estret en un absorbent uniforme, I = I₀e−μx. μ és el coeficient d’atenuació lineal i x el gruix. La capa de semireducció és el gruix que redueix la intensitat a la meitat. μ depèn fortament de l’energia del fotó i del material.

Explorador d’atenuació

Els fotons interaccionen diferent de les partícules carregades

Els fotons gamma no tenen càrrega i no ionitzen contínuament al llarg d’una trajectòria com una partícula alfa. En lloc d’això, fotons individuals poden patir absorció fotoelèctrica, dispersió Compton o producció de parells segons l’energia i el material. “Penetrant” no significa “no interacciona”, sinó que la probabilitat de travessar un cert gruix pot ser apreciable.

Exemples resolts

1. Energia a partir de la freqüència

Solució

Per ν = 3,0 × 10¹⁹ Hz, E = hν ≈ 1,99 × 10⁻¹⁴ J.

2. Què canvia en una emissió gamma pura?

Solució

El nucli passa a un estat d’energia inferior, però A i Z no canvien. El fotó s’emporta energia i moment.

3. Aplicar l’atenuació

Solució

Si μx = ln 2, I/I₀ = e−ln 2 = 1/2.