Radiação gama

A radiação gama é constituída por fotões de alta energia emitidos quando um núcleo passa de um estado de maior energia para outro de menor energia. Numa transição gama pura, os números de protões e neutrões não mudam: mudam a energia interna do núcleo e, muitas vezes, o seu estado de momento angular.

Uma transição entre níveis de energia nucleares

Um núcleo excitado pode libertar energia sob a forma de um fotão gama. A energia do fotão é igual à diferença entre os dois níveis nucleares: Eγ = hν = hc/λ. Como os níveis de energia nucleares são quantizados, os espectros gama contêm frequentemente linhas características.

A emissão gama reduz a excitação nuclear sem alterar A ou Z. O fotão emitido transporta a diferença de energia.

A emissão gama segue muitas vezes outro decaimento

Um decaimento alfa ou beta pode deixar o núcleo filho num estado excitado. O núcleo filho pode então emitir um ou mais fotões gama ao passar para níveis inferiores. Assim, «radiação gama» descreve muitas vezes a etapa de desexcitação, e não uma mudança de elemento. A emissão gama deve, por isso, ser distinguida conceptualmente da transformação que produziu o núcleo excitado.

A atenuação é probabilística. Um absorvedor mais espesso reduz a intensidade transmitida; não faz com que cada fotão sobrevivente perca gradualmente uma fração fixa da sua energia.

A atenuação é exponencial

Para um feixe estreito num absorvedor uniforme, um modelo comum é I = I₀e^−μx, em que μ é o coeficiente linear de atenuação e x a espessura. A camada semirredutora é a espessura que reduz a intensidade do feixe para metade. O coeficiente depende fortemente da energia dos fotões e da composição do material.

Explorador da atenuação

μ (cm⁻¹) espessura x (cm)

Os fotões interagem de forma diferente das partículas carregadas

Os fotões gama não têm carga elétrica, pelo que não ionizam continuamente ao longo de uma trajetória como as partículas alfa. Em vez disso, fotões individuais podem sofrer interações como absorção fotoelétrica, dispersão de Compton ou produção de pares, dependendo da energia e do material. Por isso, «penetrante» não significa «nunca interage»: significa que a probabilidade de atravessar uma dada espessura pode ser apreciável.

Exemplos resolvidos

1. Energia do fotão a partir da frequência

Solução

Para ν = 3,0 × 10¹⁹ Hz, E = hν ≈ 6,63 × 10⁻³⁴ × 3,0 × 10¹⁹ = 1,99 × 10⁻¹⁴ J.

2. O que muda numa emissão gama pura?

Solução

O núcleo passa para um estado de menor energia, mas A e Z permanecem inalterados. O fotão emitido transporta energia e quantidade de movimento.

3. Usar a atenuação

Solução

Se μx = ln 2, então I/I₀ = e^{−ln 2} = 1/2. Essa espessura corresponde a uma camada semirredutora.