감마 복사
감마 복사는 원자핵이 높은 에너지 상태에서 낮은 상태로 이동할 때 방출되는 고에너지 광자입니다. 순수한 감마 전이에서는 양성자 수와 중성자 수가 변하지 않고, 핵의 내부 에너지와 흔히 각운동량 상태가 변합니다.
핵 에너지 준위 사이의 전이
들뜬 원자핵은 감마 광자를 방출하면서 낮은 준위로 갈 수 있습니다. 광자 에너지는 두 핵준위의 차이와 같으며 Eγ=hν=hc/λ입니다. 핵 에너지 준위가 양자화되어 있기 때문에 감마 스펙트럼에는 핵종 특유의 선이 나타날 수 있습니다. 순수 감마 방출에서 A와 Z는 변하지 않습니다.
감마 방출은 다른 붕괴 뒤에 자주 이어진다
알파 또는 베타 붕괴가 딸핵을 들뜬 상태로 남길 수 있습니다. 딸핵은 하나 이상의 감마 광자를 방출하며 더 낮은 준위로 내려갑니다. 따라서 감마 복사는 흔히 원소를 다시 바꾸는 과정이 아니라 먼저 일어난 핵변환 뒤의 탈여기 단계입니다.
감쇠는 지수적으로 일어난다
균일한 흡수체를 지나는 좁은 빔은 흔히 I=I₀e−μx로 나타냅니다. μ는 선감쇠계수, x는 두께입니다. 반가층은 세기를 절반으로 줄이는 두께입니다. 감쇠는 확률적 과정이므로 차폐를 두껍게 하면 통과하는 광자 수가 줄지, 살아남은 각 광자가 일정 비율씩 조금씩 에너지를 잃는 것은 아닙니다.
감쇠 탐색기
광자는 하전입자와 다르게 물질과 상호작용한다
감마 광자는 전하가 없어 알파 입자처럼 경로를 따라 연속적으로 강한 이온화를 만들지 않습니다. 개별 광자는 에너지와 물질에 따라 광전흡수, 콤프턴 산란, 전자-양전자 쌍생성 등을 겪을 수 있습니다. “투과력이 높다”는 것은 주어진 두께를 통과할 확률이 상당할 수 있다는 뜻이지, 상호작용하지 않는다는 뜻이 아닙니다.
예제
1. 주파수에서 광자 에너지
풀이
ν=3.0×10¹⁹ Hz이면 E=hν≈1.99×10⁻¹⁴ J.
2. 순수 감마 방출의 변화
풀이
핵은 더 낮은 에너지 상태로 가지만 A와 Z는 변하지 않고 광자가 에너지와 운동량을 가져갑니다.
3. 감쇠 사용
풀이
μx=ln2이면 I/I₀=1/2이며 이 두께가 반가층입니다.