Gammakiirgus

De-excitation

Alpha, beta, fission või muu nuclear reaction võib jätta daughter nucleus’e excited state’i. See võib emiteerida gamma photon’i.

Bookkeeping: (A,Z)*→(A,Z)+γ. Element ja isotope ei muutu.

Photon energy

Eγ=hν=hc/λ ja on ligikaudu nuclear level difference, väikese recoil correction’iga.

Nuclear gaps on tihti keV–MeV, mistõttu gamma wavelength on palju väiksem kui visible light’il.

Discrete lines

Nuclear transitions annavad characteristic gamma energies. Gamma spectroscopy kasutab neid radionuclides ja nuclear levels identification’iks.

Peak intensity sõltub branching’ust, detector efficiency’st, geometry’st ja attenuation’ist.

Selection rules

Gamma transitions kirjeldatakse electric või magnetic multipoles’ina, näiteks E1, M1, E2. Angular momentum ja parity changes piiravad võimalikke transition’e.

Energetically allowed transition võib olla väga aeglane, kui madala multipolarity tee on keelatud.

Isomers ja internal conversion

Mõnel excited nuclear state’il on pikk lifetime ja seda nimetatakse metastable isomer’iks.

Gamma asemel võib transition energy minna atomic electron’ile internal conversion’is; A ja Z ei muutu.

Matter interaction

Gamma photons interact photoelectric effect’i, Compton scattering’u ja pair production’i kaudu sõltuvalt energy’st ja material’ist.

Penetration on suur, kuid intensity attenuates eksponentsiaalselt ning shielding sõltub photon energy’st.

Gamma vs X-ray

Mõlemad on photons. Nimetus põhineb peamiselt origin’il: gamma nuclear transition’ist, characteristic X-ray electronic shell transition’ist.

Energy ranges kattuvad, seega energy alone ei määra nime.

Attenuation ja mõõtmine

Monoenergetic gamma beam nõrgeneb lihtsas homogeenes absorber’is ligikaudu I=I₀e^(−μx), kus μ sõltub photon energy’st ja material’ist. See on intensity attenuation, mitte üksiku photon’i pidev energy loss.

Gamma spectrum’i tõlgendamisel tuleb eristada full-energy peaks, Compton continuum ja background; detector response on osa mõõtmisest.

Lahendatud näide