Radiație gamma
Radiația gamma este alcătuită din fotoni de energie mare emiși când un nucleu trece de la o stare energetică mai înaltă la una mai joasă. Într-o tranziție gamma pură, numărul de masă A și numărul atomic Z nu se schimbă; se modifică doar starea energetică internă a aceluiași nucleu.
Tranziție între niveluri energetice nucleare
Un nucleu excitat poate rămâne după o dezintegrare alfa sau beta ori după o reacție nucleară. Când trece spre un nivel inferior, diferența de energie poate fi emisă sub forma unui foton cu Eγ = hf.
Diferențele dintre nivelurile nucleare sunt adesea în domeniul keV sau MeV, mult mai mari decât tranzițiile electronice atomice tipice. Aceasta este una dintre cauzele puterii mari de pătrundere a fotonilor gamma.
Emisia gamma urmează adesea unei alte dezintegrări
O dezintegrare alfa sau beta poate produce un nucleu fiică într-o stare excitată. Tranziția gamma ulterioară nu schimbă din nou elementul chimic: A și Z rămân aceleași, în timp ce energia de excitație nucleară scade.
Din conservarea impulsului, nucleul primește un recul mic, astfel încât fotonul poartă aproape, dar nu absolut întreaga diferență de energie dintre niveluri.
Atenuarea este exponențială
Pentru un fascicul îngust într-un absorbant uniform, un model uzual este I = I₀e⁻ᵘˣ, unde μ este coeficientul liniar de atenuare, iar x grosimea. Stratul de semiabsorbție este grosimea care reduce intensitatea la jumătate.
Coeficientul μ depinde puternic de energia fotonului și de compoziția materialului. Nu există, prin urmare, o singură „rază de acțiune” universală pentru toți fotonii gamma.
Explorarea atenuării
Fotonii interacționează diferit de particulele încărcate
Fotonul gamma nu are sarcină electrică și nu ionizează continuu de-a lungul unei traiectorii precum o particulă alfa. Fotonii individuali pot suferi absorbție fotoelectrică, împrăștiere Compton sau, la energie suficientă, producere de perechi.
„Pătrunzător” nu înseamnă „nu interacționează niciodată”. Înseamnă că există o probabilitate apreciabilă ca un foton să traverseze o anumită grosime fără interacție.
Exemple rezolvate
1. Energia fotonului din frecvență
Soluție
Pentru f = 2,4 × 10²⁰ Hz și h = 4,136 × 10⁻¹⁵ eV·s, E ≈ 9,93 × 10⁵ eV = 0,993 MeV.
2. Ce se schimbă într-o emisie gamma pură?
Soluție
A și Z rămân aceleași. Nucleul trece dintr-o stare excitată într-o stare de energie mai joasă, iar elementul chimic nu se schimbă.
3. Folosiți atenuarea
Soluție
Pentru μ = 0,20 cm⁻¹ și x = 5,0 cm, I/I₀ = e⁻¹ ≈ 0,368. Se transmite aproximativ 36,8% din intensitatea inițială.