Gammasäteily
Gammasäteily koostuu suurienergisistä fotoneista, joita ydin lähettää siirtyessään viritystilasta alemmalle energiatasolle. Puhdas gammasiirtymä ei muuta protonien eikä neutronien määrää, vaan ytimen sisäinen energia ja usein myös kulmaliikemäärä muuttuvat.
Diskreetit ydintasot
Ytimen energiatilat ovat kvantittuneita. Kun ydin siirtyy tilasta E₂ tilaan E₁, se voi lähettää fotonin, jonka energia on Eγ=E₂−E₁=hν. Siksi gammaspektrissä näkyy tunnusomaisia viivoja eikä mielivaltaista jatkuvaa jakaumaa. Useat peräkkäiset siirtymät voivat muodostaa kaskadin.
Vuorovaikutus aineen kanssa
Gammafotoni ei hidastu vähitellen samalla tavoin kuin raskas varattu hiukkanen. Se voi absorboitua fotoelektrisesti, sirota Compton-ilmiössä tai riittävän suurella energialla synnyttää elektroni-positroniparin ytimen kentässä. Näiden prosessien suhteellinen merkitys riippuu fotonin energiasta ja aineen järjestysluvusta.
Vaimeneminen
Kapealle säteelle voidaan usein käyttää lakia I=I₀e^(−μx). Yksittäinen fotoni ei muutu matkalla asteittain heikommaksi, vaan todennäköisyys kulkea vuorovaikuttamatta pienenee materiaalin paksuuden kasvaessa. Suojauksessa huomioidaan tiheän aineen lisäksi geometria ja sekundaarinen sironta.
Gamma ja röntgensäteily
Gamma- ja röntgenfotonit ovat fysikaalisesti samaa sähkömagneettista säteilyä. Nimi perustuu tavallisesti alkuperään: gammasäteily liittyy ydinsiirtymiin, röntgensäteily elektronikuoriin tai elektronien jarrutukseen. Niiden energia-alueet voivat mennä päällekkäin.
Sisäinen konversio
Viritystila voi purkautua myös ilman gammafotonia. Ydin voi siirtää energiansa suoraan atomielektronille, joka poistuu atomista. Elektronikuoren aukon täyttyessä voi sen jälkeen syntyä karakteristista röntgensäteilyä tai Auger-elektroneja.
Spektrin huiput
Jos gammafotoni luovuttaa koko energiansa ilmaisimeen, syntyy täysenergiahuisu eli fotopiikki. Compton-sironta muodostaa jatkuvan taustan ja Compton-reunan. Spektrometrin laatu riippuu sekä tehokkuudesta että energiaerotuskyvystä, joka ratkaisee, voidaanko lähekkäiset viivat erottaa.
Käytännön merkitys
Gammaspektroskopia tunnistaa radionuklideja, ja läpäisevyyttä käytetään lääketieteellisessä kuvantamisessa ja materiaalien tarkastuksessa. Sama läpäisevyys vaatii huolellisen säteilysuojelun, jossa aktiivisuuden lisäksi huomioidaan energia, etäisyys, suojaus ja altistusaika.
Harjoitus
Miksi puhdas gammasiirtymä ei muuta alkuainetta toiseksi?
Ratkaisu
Alkuaine määräytyy protoniluvusta Z. Gammasiirtymä muuttaa ytimen viritysenergiaa mutta ei Z:aa eikä A:ta.