קרינת גמא

מעבר בין רמות אנרגיה גרעיניות

רמות האנרגיה של גרעין הן בדידות, ולכן Eγ = hν = hc/λ בקירוב שווה להפרש בין הרמה ההתחלתית לסופית. מכאן שקווי גמא אופייניים משמשים מעין טביעת אצבע של מבנה גרעיני.

הגרעין עצמו מקבל רתע קטן כדי לשמור תנע. ברוב היישומים אנרגיית הרתע קטנה בהרבה מאנרגיית הפוטון, אך בספקטרוסקופיה מדויקת היא יכולה להיות משמעותית.

אנרגיית הפוטון ואורך הגל

באנרגיות keV–MeV אורך הגל של גמא קצר בהרבה מזה של אור נראה. גמא איננו סוג חדש של אלקטרומגנטיות; אותה נוסחה מחברת אנרגיה, תדירות ואורך גל, והשם מציין בעיקר את המקור הגרעיני.

טווחי האנרגיה של גמא ושל קרני X יכולים לחפוף. ההבחנה הפיזיקלית הטובה היא לפי המקור: גמא ממעבר גרעיני, ואילו קרני X נוצרות בדרך כלל מתהליכים אלקטרוניים אטומיים או מקרינת בלימה.

הנחתה ואינטראקציה עם חומר

עוצמת חבילת פוטונים שלא עברה אינטראקציה יורדת בקירוב לפי I = I₀e^(−μx). מקדם μ תלוי בחומר ובאנרגיית הפוטון, ולכן עובי מגן יעיל אינו מספר אוניברסלי.

מנגנוני אינטראקציה חשובים הם האפקט הפוטואלקטרי, פיזור קומפטון ויצירת זוגות מעל הסף המתאים. אין שכבה שעוצרת את כל פוטוני הגמא בבת אחת; כל תוספת עובי מפחיתה הסתברות מעבר נוספת.

הקשר לאלפא, בטא והמרה פנימית

דעיכת אלפא או בטא יכולה להשאיר גרעין בת במצב מעורר, ואז יגיע מעבר גמא בלי שינוי נוסף ב-A או ב-Z. חשוב להפריד בין ההתמרה ששינתה את הרכב הגרעין לבין שלב הסרת העירור.

לעיתים אנרגיית העירור מועברת ישירות לאלקטרון אטומי במקום פליטת פוטון; זהו תהליך המרה פנימית. האלקטרון הנפלט יוצר חלל בקליפה, ולאחר מכן יכולים להיפלט קרני X אופייניות או אלקטרוני אוז׳ה.

דוגמאות פתורות

אורך גל

חצי עובי

גמא לאחר בטא