Gama zračenje
Gama zračenje sastoji se od visokoenergetskih fotona emitiranih kada jezgra prijeđe iz pobuđenog u stanje niže energije. U čistom gama prijelazu broj protona i neutrona se ne mijenja, pa A i Z ostaju isti; mijenja se unutarnja energija i često stanje kutne količine gibanja jezgre.
Kvantizirani nuklearni prijelazi
Nuklearne energijske razine diskretne su. Pri prijelazu iz E₂ u E₁ foton može odnijeti Eγ = E₂ − E₁ = hν = hc/λ. Razlike razina karakteristične su za nuklid, pa gama spektri često sadrže oštre linije koje djeluju poput nuklearnih otisaka.
Gama često slijedi nakon drugog raspada
Alfa ili beta raspad može ostaviti kćerinu jezgru pobuđenom. Ona zatim može emitirati jedan ili više gama fotona u kaskadi. Korisno je odvojiti proces koji mijenja A ili Z od naknadne elektromagnetske deekscitacije koja uklanja višak nuklearne energije.
Model slabljenja snopa
Gama i rendgensko zračenje
U oba slučaja riječ je o fotonima. Naziv se temelji uglavnom na podrijetlu: gama na nuklearnim prijelazima, karakteristično rendgensko zračenje na elektronskom omotaču, a zakočno zračenje na ubrzanim nabojima. Rasponi energija mogu se preklapati, pa sama energija ne određuje naziv.
Praktična mjera zaštite jest poludebljina: debljina materijala koja u idealnom modelu uskog snopa smanjuje intenzitet na polovinu. Iz eksponencijalnog zakona slijedi x₁/₂ = ln2/μ. Koeficijent μ ovisi o energiji fotona i materijalu, pa ne postoji jedna univerzalna „debljina zaštite“ za sve gama zračenje.
Međudjelovanje s tvari
Foton se ne usporava postupno kao teška nabijena čestica. Može biti fotoelektrički apsorbiran, Comptonovski se raspršiti i predati dio energije ili pri dovoljno velikoj energiji u polju jezgre stvoriti par elektron–pozitron. Dominantan mehanizam ovisi o energiji i sastavu apsorbera.
Slabljenje i unutarnja konverzija
Za uzak monoenergetski snop model I = I₀e^(−μx) opisuje pad broja fotona koji prolaze bez brojane interakcije. Ne znači postupno slabljenje pojedinog fotona. Pobuđena jezgra može umjesto gama izravno predati energiju atomskom elektronu i izazvati unutarnju konverziju.
Detektor ne mora pokazati samo liniju pune energije fotona. Ako gama pri Comptonovu raspršenju preda samo dio energije, a raspršeni foton pobjegne, nastaje kontinuum. Potpuna apsorpcija stvara fotovrh. Oblik izmjerenog spektra zato ovisi o izvoru, ali i o materijalu i geometriji detektora.
Riješeni primjeri
1. Čisti gama prijelaz
Rješenje
A i Z / A a Z pozostają niezmienione; zmienia się stan energii jądra.
2. Energija fotona
Rješenje
Dla / Pro / Pri ΔE = 1,25 MeV: Eγ ≈ 1,25 MeV.
3. Slabljenje
Rješenje
μ = 0,20 cm⁻¹, x = 5,0 cm ⇒ I/I₀ = e⁻¹ ≈ 0,368.