Gammastråling
Gammastråling består av høyenergetiske fotoner som sendes ut når en kjerne går fra en høyere til en lavere energitilstand. Ved en ren gammaovergang endres verken proton- eller nøytrontallet; det er kjernens indre energi som reduseres.
En overgang mellom kjerneenergier
En eksitert kjerne kan sende ut et gammafoton med Eγ=hν=hc/λ. Fotonenergien er lik energiforskjellen mellom de to kjernelevels.
Fordi kjerneenergiene er kvantiserte, kan gammaspektre inneholde karakteristiske linjer. Gammaovergangen kan også endre kjernens vinkelmomenttilstand uten å endre A eller Z.
Gamma følger ofte etter et annet henfall
Alfa- eller betahenfall kan etterlate datterkjernen eksitert. Den kan deretter sende ut ett eller flere gammafotoner på vei mot lavere energinivå.
Det er derfor nyttig å skille selve grunnstoffomdanningen fra den etterfølgende de-eksitasjonen: en ren gammaemission flytter ikke kjernen i periodesystemet.
Dempingen er eksponentiell
For en monoenergetisk stråle i et homogent materiale kan intensiteten modelleres som I=I₀e−μx. μ er den lineære dempingskoeffisienten og avhenger av fotonenergi og materiale.
Halvverdilaget oppfyller μx₁/₂=ln2. Eksponentiell demping betyr at hvert ekstra like tykt lag reduserer den gjenværende intensiteten med samme faktor, ikke med samme absolutte mengde.
Utforsk demping
Fotoner vekselvirker annerledes enn ladde partikler
Gammafotoner ioniserer hovedsakelig indirekte gjennom fotoelektrisk effekt, Comptonspredning og ved høy nok energi pardannelse. Sannsynlighetene endrer seg sterkt med energi og atomnummer.
Derfor finnes det ikke én universell «rekkevidde» som for en ladet partikkel. En stråle svekkes statistisk, og noen fotoner kan passere betydelige materialtykkelser uten vekselvirkning.
Løste eksempler
1. Fotonenergi
Finn energien for ν=3,0×10¹⁹ Hz.
Løsning
E=hν≈6,626×10⁻³⁴×3,0×10¹⁹=1,99×10⁻¹⁴ J.
2. Ren gammaovergang
Hva skjer med A og Z ved ren gammaemission?
Løsning
Begge er uendret. Bare kjernens eksitasjonsenergi reduseres.
3. Halvverdilag
Hva er I/I₀ når μx=ln2?
Løsning
e−ln2=1/2. Tykkelsen er ett halvverdilag.
En dempingskoeffisient beskriver sannsynligheten for å fjerne fotoner fra den opprinnelige stråleretningen per lengdeenhet i en bestemt geometri. Spredte fotoner kan fortsatt nå en detektor, så praktisk skjerming krever mer enn bare Beer–Lambert-uttrykket. Energiavhengighet, oppbygging fra spredning og materialvalg blir viktige i reelle strålevernproblemer.
Kjernefysiske beregninger er følsomme for definisjoner og for hvilke partikler som er med i start- og sluttilstanden. Massetall A er et heltall som teller nukleoner, mens en tabellert atommasse er en målt masse som også inkluderer elektroner. Derfor må atom- og kjernemasser ikke blandes uten korreksjon. Den sikreste framgangsmåten er å skrive full reaksjon eller overgang først, kontrollere A, Z og elektrisk ladning, og deretter bruke masse- og energibalansen. En positiv Q-verdi forteller at et sluttstadium er energetisk tilgjengelig, men sier ikke alene hvor raskt prosessen går; tunnellering, svak vekselvirkning, elektromagnetiske utvalgsregler og tilgjengelige eksiterte nivåer bestemmer sannsynligheten. Målt stråling og halveringstid må derfor tolkes sammen med bevaringslovene, ikke som erstatning for dem.