Gama spinduliuotė
Gama spinduliuotę sudaro didelės energijos fotonai, išspinduliuojami branduoliui pereinant iš aukštesnės į žemesnę energijos būseną. Gryno gama perėjimo metu masės skaičius A ir atominis skaičius Z nesikeičia – keičiasi to paties branduolio vidinė energijos būsena.
Perėjimas tarp branduolio energijos lygmenų
Sužadintas branduolys gali likti po alfa ar beta skilimo arba po branduolinės reakcijos. Pereidamas į žemesnį lygmenį, energijos skirtumą jis gali išspinduliuoti fotonu, kurio Eγ = hf.
Branduolinių lygmenų skirtumai dažnai yra keV ar MeV srityje, gerokai didesni už tipiškus elektronų perėjimus atomuose. Tai viena priežasčių, dėl kurių gama fotonai gali būti labai skvarbūs.
Gama emisija dažnai seka po kito skilimo
Alfa arba beta skilimas gali palikti dukterinį branduolį sužadintoje būsenoje. Vėlesnis gama perėjimas nėra dar vienas cheminio elemento pakeitimas: A ir Z lieka tokie patys, o sumažėja branduolio sužadinimo energija.
Dėl impulso tvermės branduolys patiria nedidelę atatranką, todėl fotonui tenka beveik, bet ne absoliučiai visas lygmenų energijos skirtumas.
Silpnėjimas yra eksponentinis
Siauram pluoštui vienalytėje medžiagoje dažnai taikoma I = I₀e⁻ᵘˣ, kur μ – tiesinis silpninimo koeficientas, o x – storis. Pusinio slopinimo sluoksnis yra storis, sumažinantis intensyvumą perpus.
μ labai priklauso nuo fotono energijos ir medžiagos sudėties, todėl nėra vieno universalaus visų gama spindulių „nuotolio“.
Silpnėjimo tyrimas
Fotonai sąveikauja kitaip nei įelektrintos dalelės
Gama fotonas neturi elektrinio krūvio, todėl nejonizuoja nuolat išilgai trajektorijos kaip alfa dalelė. Atskiri fotonai gali būti sugeriami fotoelektriniu būdu, Komptono būdu sklaidomi arba, esant pakankamai energijai, sukelti poros susidarymą.
Žodis „skvarbus“ nereiškia „niekada nesąveikauja“. Jis reiškia, kad per konkretų storį egzistuoja reikšminga tikimybė prasiskverbti be sąveikos.
Išspręsti pavyzdžiai
1. Fotono energija iš dažnio
Sprendimas
Kai f = 2,4 × 10²⁰ Hz, o h = 4,136 × 10⁻¹⁵ eV·s, E ≈ 9,93 × 10⁵ eV = 0,993 MeV.
2. Kas keičiasi gryno gama perėjimo metu?
Sprendimas
A ir Z nekinta. Branduolys pereina iš sužadintos į žemesnės energijos būseną, todėl cheminis elementas lieka tas pats.
3. Apskaičiuokite slopinimą
Sprendimas
Kai μ = 0,20 cm⁻¹ ir x = 5,0 cm, I/I₀ = e⁻¹ ≈ 0,368. Prasiskverbia apie 36,8% pradinio intensyvumo.