Ακτινοβολία γάμμα
Η ακτινοβολία γάμμα αποτελείται από photons υψηλής ενέργειας που εκπέμπονται όταν ένας πυρήνας μεταβαίνει από excited nuclear state σε χαμηλότερη energy state. Σε απλή γ αποδιέγερση δεν αλλάζει ούτε το A ούτε το Z· αλλάζει κυρίως η εσωτερική ενεργειακή κατάσταση του nucleus.
Nuclear de-excitation
Μετά από alpha, beta, fission ή nuclear reaction, το daughter nucleus μπορεί να παραμείνει excited. Μπορεί τότε να εκπέμψει gamma photon και να κατέβει σε χαμηλότερο level.
Η βασική λογιστική είναι (A,Z)*→(A,Z)+γ. Το element και isotope παραμένουν ίδια.
Photon energy
E_γ=hν=hc/λ και ιδανικά ισούται με τη διαφορά των nuclear levels, με μικρή διόρθωση λόγω recoil.
Επειδή nuclear level spacings είναι συχνά keV–MeV, τα gamma wavelengths είναι πολύ μικρά σε σύγκριση με visible light.
Αποτέλεσμα
Αποτέλεσμα: pm
Discrete lines
Οι well-defined nuclear transitions δίνουν characteristic gamma energies. Η gamma spectroscopy χρησιμοποιεί αυτές τις lines για identification radionuclides και excited states.
Line intensity εξαρτάται από branching, detector efficiency, geometry και attenuation, όχι μόνο από το transition energy.
Multipolarity και selection rules
Οι gamma transitions ταξινομούνται ως electric ή magnetic multipoles, όπως E1, M1, E2. Angular momentum και parity changes καθορίζουν ποια multipolarities επιτρέπονται ή καταστέλλονται.
Έτσι ένα energetically possible transition μπορεί να είναι αργό αν απαιτεί strongly hindered multipole.
Isomeric states και internal conversion
Ορισμένα excited nuclear states έχουν μεγάλα lifetimes και ονομάζονται metastable isomers.
Αντί να εκπέμψει gamma photon, ο πυρήνας μπορεί να μεταφέρει την transition energy σε atomic electron μέσω internal conversion, οπότε εκτοξεύεται electron χωρίς να αλλάξει A ή Z.
Αλληλεπίδραση με ύλη
Gamma photons αλληλεπιδρούν μέσω photoelectric effect, Compton scattering και pair production ανάλογα με energy και material.
Η penetration είναι μεγαλύτερη από alpha και συχνά από beta, αλλά attenuation είναι exponential και εξαρτάται από photon energy, density και composition.
Διάκριση από X-rays
Gamma και X-rays είναι και τα δύο photons. Η ονομασία σχετίζεται κυρίως με την origin: gamma από nuclear transitions, characteristic X-rays από electronic shell transitions.
Energy ranges μπορούν να επικαλύπτονται, άρα η energy μόνη δεν καθορίζει το όνομα.
Λυμένο παράδειγμα
Bookkeeping
Excited ⁶⁰Ni* emits γ.
Λύση
A και Z μένουν 60 και 28.
Photon
Eγ=1,00 MeV.
Λύση
ν≈2,42×10²⁰ Hz.
Element change
Αλλάζει το chemical element σε καθαρή γ emission;
Λύση
Όχι.