Gamma starojums
Gamma starojumu veido augstas enerģijas fotoni, ko kodols izstaro, pārejot no augstāka uz zemāku enerģijas stāvokli. Tīrā gamma pārejā masas skaitlis A un atomskaitlis Z nemainās; mainās tā paša kodola iekšējais enerģijas stāvoklis.
Pāreja starp kodola enerģijas līmeņiem
Ierosināts kodols var palikt pēc alfa vai beta sabrukšanas vai kodolreakcijas. Pārejot uz zemāku līmeni, enerģijas starpību tas var izstarot fotona veidā ar Eγ = hf.
Kodola līmeņu starpības bieži ir keV vai MeV diapazonā, daudz lielākas par tipiskām atomu elektronu pārejām. Tas ir viens no gamma fotonu lielās caurspiešanās spējas iemesliem.
Gamma emisija bieži seko citai sabrukšanai
Alfa vai beta sabrukšana var radīt meitas kodolu ierosinātā stāvoklī. Tam sekojoša gamma pāreja nav vēl viena ķīmiskā elementa maiņa: A un Z paliek nemainīgi, bet samazinās kodola ierosmes enerģija.
Impulsa nezūdamības dēļ kodols saņem nelielu atsitienu, tāpēc fotons aiznes gandrīz, bet ne absolūti visu līmeņu enerģijas starpību.
Vājināšanās ir eksponenciāla
Šauram kūlim viendabīgā absorbētājā bieži lieto I = I₀e⁻ᵘˣ, kur μ ir lineārais vājināšanās koeficients un x – biezums. Pusvērtības slānis ir biezums, kas intensitāti samazina uz pusi.
μ stipri ir atkarīgs no fotona enerģijas un materiāla sastāva, tāpēc nav viena universāla gamma starojuma “diapazona” visām enerģijām un vielām.
Vājināšanās izpēte
Fotoni mijiedarbojas citādi nekā lādētas daļiņas
Gamma fotonam nav elektriskā lādiņa, tāpēc tas nejonizē nepārtraukti gar trajektoriju kā alfa daļiņa. Atsevišķs fotons var tikt fotoelektriski absorbēts, izkliedēts Komptona procesā vai pie pietiekamas enerģijas radīt daļiņu pāri.
“Caurspiedošs” nenozīmē “nekad nemijiedarbojas”. Tas nozīmē, ka noteiktā biezumā ir ievērojama varbūtība iziet cauri bez mijiedarbības.
Praktiskā aizsardzībā tādēļ jāvērtē ne tikai materiāla biezums, bet arī fotonu enerģija, blīvums un atomu sastāvs. Vienādas ģeometriskās biezuma vērtības dažādos materiālos var dot ļoti atšķirīgu vājinājumu.
Atrisināti piemēri
1. Fotona enerģija no frekvences
Risinājums
Ja f = 2,4 × 10²⁰ Hz un h = 4,136 × 10⁻¹⁵ eV·s, tad E ≈ 9,93 × 10⁵ eV = 0,993 MeV.
2. Kas mainās tīrā gamma emisijā?
Risinājums
A un Z paliek nemainīgi. Kodols pāriet no ierosināta uz zemākas enerģijas stāvokli, tāpēc ķīmiskais elements nemainās.
3. Aprēķiniet vājināšanos
Risinājums
Ja μ = 0,20 cm⁻¹ un x = 5,0 cm, I/I₀ = e⁻¹ ≈ 0,368. Cauri iziet apmēram 36,8% no sākuma intensitātes.