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.

gerjesztett szintalacsonyabb szint γ-foton
A gamma-foton magátmenet energiáját viszi el A és Z megváltoztatása nélkül.

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.

vékonyvastagabbtöbb anyagkevesebb foton marad
A gyengülés valószínűségi folyamat: nagyobb vastagság kevesebb áthaladó fotont eredményez.

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.