Mini-kurzus
Gamma-sugárzás
A gamma-sugárzás nagy energiájú fotonokból áll, amelyeket egy atommag akkor bocsát ki, amikor magasabb energiájú állapotból alacsonyabbra kerül. Tiszta gamma-átmenetben A és Z nem változik; ugyanaz az atommag veszít belső gerjesztési energiát.
Átmenet a mag energiaszintjei között
Gerjesztett mag maradhat vissza alfa- vagy béta-bomlás, illetve magreakció után. Alacsonyabb energiaszintre kerülve az energiakülönbséget Eγ = hf energiájú fotonként bocsáthatja ki.
A mag energiaszint-különbségei gyakran keV vagy MeV nagyságrendűek, jóval nagyobbak a tipikus atomi elektronátmeneteknél. Ez hozzájárul a gamma-fotonok nagy áthatolóképességéhez.
A gamma-kibocsátás gyakran más bomlást követ
Alfa- vagy béta-bomlás gerjesztett leánymagot hozhat létre. A következő gamma-átmenet nem új elemátalakulás: A és Z változatlan, miközben a mag gerjesztési energiája csökken.
Az impulzusmegmaradás miatt a mag kis visszalökést kap, így a foton energiája hajszálnyival kisebb lehet a két magszint különbségénél. Nehéz magoknál ez rendszerint kis korrekció.
A gyengülés exponenciális
Egy keskeny nyaláb homogén abszorberben gyakran I = I₀e⁻ᵘˣ szerint gyengül, ahol μ a lineáris gyengítési együttható, x pedig a vastagság. A felezőréteg az a vastagság, amely az intenzitást a felére csökkenti.
μ erősen függ a foton energiájától és az anyag összetételétől, ezért nincs minden gamma-fotonra és minden anyagra érvényes egyetlen univerzális hatótávolság.
Gyengülés vizsgálata
A fotonok másképp hatnak kölcsön, mint a töltött részecskék
A gamma-fotonnak nincs elektromos töltése, ezért nem ionizál folyamatosan egy pálya mentén úgy, mint egy alfa-részecske. Egyedi fotonok fotoeffektussal elnyelődhetnek, Compton-szóródhatnak vagy megfelelő energián párkeltést okozhatnak.
Az, hogy a sugárzás „áthatoló”, nem azt jelenti, hogy soha nem lép kölcsönhatásba. Azt jelenti, hogy véges vastagságon át számottevő esélye van kölcsönhatás nélkül továbbhaladni.
Kidolgozott példák
1. Fotonenergia frekvenciából
Megoldás
f = 2,4 × 10²⁰ Hz és h = 4,136 × 10⁻¹⁵ eV·s esetén E ≈ 9,93 × 10⁵ eV = 0,993 MeV.
2. Mi változik tiszta gamma-kibocsátáskor?
Megoldás
A és Z változatlan. A mag gerjesztett állapotból alacsonyabb energiájú állapotba kerül, tehát az elem nem változik.
3. Gyengülés számítása
Megoldás
μ = 0,20 cm⁻¹ és x = 5,0 cm esetén I/I₀ = e⁻¹ ≈ 0,368, vagyis az eredeti intenzitás körülbelül 36,8%-a marad.