Radiación gamma
La radiación gamma está formada por fotones de alta energía emitidos cuando un núcleo pasa de un estado de mayor energía a otro de menor energía. En una transición gamma pura no cambian los números de protones ni de neutrones: cambia la energía interna del núcleo y, a menudo, su estado de momento angular.
Una transición entre niveles de energía nucleares
Un núcleo excitado puede liberar energía en forma de fotón gamma. La energía del fotón es igual a la diferencia entre los dos niveles nucleares: Eγ = hν = hc/λ. Como los niveles de energía nucleares están cuantizados, los espectros gamma suelen contener líneas características.
La emisión gamma suele seguir a otra desintegración
Una desintegración alfa o beta puede dejar el núcleo hijo en un estado excitado. Después, el núcleo hijo puede emitir uno o varios fotones gamma al descender a niveles inferiores. Por eso, «radiación gamma» suele describir la etapa de desexcitación y no un cambio de elemento. Conviene distinguir conceptualmente la emisión gamma de la transformación que produjo el núcleo excitado.
La atenuación es exponencial
Para un haz estrecho que atraviesa un absorbente uniforme, un modelo habitual es I = I₀e−μx, donde μ es el coeficiente lineal de atenuación y x el espesor. La capa hemirreductora es el espesor que reduce a la mitad la intensidad del haz. El coeficiente depende mucho de la energía del fotón y de la composición del material.
Explorador de atenuación
Los fotones interaccionan de forma distinta a las partículas cargadas
Los fotones gamma no tienen carga eléctrica, por lo que no ionizan continuamente a lo largo de una trayectoria del mismo modo que las partículas alfa. En su lugar, los fotones individuales pueden sufrir interacciones como absorción fotoeléctrica, dispersión Compton o producción de pares, según la energía y el material. Por eso, «penetrante» no significa «nunca interacciona»: significa que la probabilidad de atravesar un espesor dado puede ser apreciable.
Ejemplos resueltos
1. Energía del fotón a partir de la frecuencia
Solución
Para ν = 3,0 × 10¹⁹ Hz, E = hν ≈ 6,63 × 10⁻³⁴ × 3,0 × 10¹⁹ = 1,99 × 10⁻¹⁴ J.
2. ¿Qué cambia en una emisión gamma pura?
Solución
El núcleo pasa a un estado de menor energía, pero A y Z permanecen sin cambios. El fotón emitido transporta energía y momento.
3. Usar la atenuación
Solución
Si μx = ln 2, entonces I/I₀ = e−ln 2 = 1/2. Ese espesor corresponde a una capa hemirreductora.