Gammastraling
Gammastraling bestaat uit hoogenergetische fotonen die worden uitgezonden wanneer een kern van een hoger naar een lager energieniveau gaat. Bij een zuivere gamma-overgang veranderen protonen- en neutronenaantal niet; de interne energie en vaak de impulsmomenttoestand van de kern veranderen wel.
Een overgang tussen kernenergieniveaus
Een aangeslagen kern kan energie afgeven als een gammafoton. De fotonenergie is het verschil tussen twee kernniveaus: Eγ = hν = hc/λ. Omdat kernniveaus gekwantiseerd zijn, bevatten gammaspectra vaak karakteristieke lijnen.
Gamma-emissie volgt vaak op ander verval
Alfa- of betaverval kan de dochterkern in een aangeslagen toestand achterlaten. Die kern kan daarna één of meer gammafotonen uitzenden tijdens de overgang naar lagere niveaus. Het is daarom nuttig de transmutatie die de aangeslagen kern maakte te onderscheiden van de daaropvolgende gamma-de-excitatie.
Verzwakking is exponentieel
Voor een smalle bundel in een homogeen absorberend materiaal geldt vaak I = I₀e−μx. μ is de lineaire verzwakkingscoëfficiënt en x de dikte. De halveringsdikte reduceert de intensiteit tot de helft. μ hangt sterk af van fotonenergie en materiaalsamenstelling.
Verzwakkingsverkenner
Fotonen interageren anders dan geladen deeltjes
Gammafotonen zijn elektrisch neutraal en ioniseren niet continu langs een spoor zoals alfadeeltjes. Afzonderlijke fotonen kunnen foto-elektrisch worden geabsorbeerd, Comptonverstrooiing ondergaan of paren produceren, afhankelijk van energie en materiaal. “Doordringend” betekent dus niet “interacteert nooit”, maar dat de doorgangskans door een gegeven dikte aanzienlijk kan zijn.
Uitgewerkte voorbeelden
1. Fotonenergie uit frequentie
Oplossing
Voor ν = 3,0 × 10¹⁹ Hz is E = hν ≈ 1,99 × 10⁻¹⁴ J.
2. Wat verandert bij zuivere gamma-emissie?
Oplossing
De kern gaat naar een lager energieniveau, maar A en Z blijven gelijk. Het foton draagt energie en impuls weg.
3. Verzwakking gebruiken
Oplossing
Als μx = ln 2, dan is I/I₀ = e−ln 2 = 1/2.