Gama záření

Gama záření tvoří vysokoenergetické fotony emitované při přechodu jádra z excitovaného stavu do stavu s nižší energií. Při čistém gama přechodu se počty protonů ani neutronů nemění, takže A a Z zůstávají stejné; mění se vnitřní energie a často stav momentu hybnosti jádra.

E_gammaE2E1

Kvantované jaderné přechody

Jaderné energetické hladiny jsou diskrétní. Při přechodu z E₂ do E₁ může foton nést Eγ = E₂ − E₁ = hν = hc/λ. Rozdíly hladin jsou charakteristické pro nuklid, takže gama spektra často obsahují ostré čáry použitelné jako jaderné otisky.

Gama často následuje po jiném rozpadu

Alfa nebo beta rozpad může ponechat dceřiné jádro excitované. To potom může vyzářit jeden nebo více gama fotonů v kaskádě. Je vhodné oddělit proces měnící A nebo Z od následné elektromagnetické deexcitace, která odstraňuje přebytečnou jadernou energii.

Model zeslabení svazku

Gama a rentgenové záření

V obou případech jde o fotony. Název vychází hlavně z původu: gama z jaderných přechodů, charakteristické rentgenové záření z elektronového obalu a brzdné záření ze zrychlených nábojů. Energetické rozsahy se mohou překrývat, takže samotná energie název neurčuje.

Praktickou mírou stínění je polotloušťka: tloušťka materiálu, která v ideálním úzkosvazkovém modelu sníží intenzitu na polovinu. Z exponenciálního zákona plyne x₁/₂ = ln2/μ. Koeficient μ závisí na energii fotonu i materiálu, takže neexistuje jediná univerzální „tloušťka ochrany“ pro všechna gama záření.

Interakce s látkou

Foton se nezpomaluje postupně jako těžká nabitá částice. Může být fotoelektricky pohlcen, Comptonovsky rozptýlen a předat část energie nebo při dostatečné energii vytvořit elektron-pozitronový pár v poli jádra. Dominantní mechanismus závisí na energii a složení absorbéru.

Zeslabení a vnitřní konverze

Pro úzký monoenergetický svazek model I = I₀e^(−μx) popisuje pokles počtu fotonů, které projdou bez počítané interakce. Neznamená postupné slábnutí jednotlivého fotonu. Excitované jádro může místo gama předat energii přímo atomovému elektronu a vyvolat vnitřní konverzi.

Detektor nemusí zobrazit pouze čáru odpovídající celé energii fotonu. Předá-li gama při Comptonově rozptylu jen část energie a rozptýlený foton unikne, vzniká kontinuum. Úplné pohlcení vytváří fotopík. Tvar naměřeného spektra proto závisí nejen na zdroji, ale i na materiálu a geometrii detektoru.

Řešené příklady

1. Čistý gama přechod

Řešení

A i Z / A a Z pozostają niezmienione; zmienia się stan energii jądra.

2. Energie fotonu

Řešení

Dla / Pro / Pri ΔE = 1,25 MeV: Eγ ≈ 1,25 MeV.

3. Zeslabení

Řešení

μ = 0,20 cm⁻¹, x = 5,0 cm ⇒ I/I₀ = e⁻¹ ≈ 0,368.