Gama žiarenie
Gama žiarenie tvoria vysokoenergetické fotóny emitované pri prechode jadra z excitovaného stavu do stavu s nižšou energiou. Pri čistom gama prechode sa počty protónov ani neutrónov nemenia, takže A a Z zostávajú rovnaké; mení sa vnútorná energia a často stav momentu hybnosti jadra.
Kvantované jadrové prechody
Jadrové energetické hladiny sú diskrétne. Pri prechode z E₂ do E₁ môže fotón niesť Eγ = E₂ − E₁ = hν = hc/λ. Rozdiely hladín sú charakteristické pre nuklid, takže gama spektrá často obsahujú ostré čiary použiteľné ako jadrové odtlačky.
Gama často nasleduje po inom rozpade
Alfa alebo beta rozpad môže zanechať dcérske jadro excitované. To potom môže vyžiariť jeden alebo viac gama fotónov v kaskáde. Je vhodné oddeliť proces meniaci A alebo Z od následnej elektromagnetickej deexcitácie, ktorá odstraňuje prebytočnú jadrovú energiu.
Model útlmu zväzku
Gama a röntgenové žiarenie
V oboch prípadoch ide o fotóny. Názov vychádza najmä z pôvodu: gama z jadrových prechodov, charakteristické röntgenové žiarenie z elektrónového obalu a brzdné žiarenie zo zrýchlených nábojov. Energetické rozsahy sa môžu prekrývať, preto samotná energia názov neurčuje.
Praktickou mierou tienenia je polovičná hrúbka: hrúbka materiálu, ktorá v ideálnom úzkozväzkovom modeli zníži intenzitu na polovicu. Z exponenciálneho zákona vyplýva x₁/₂ = ln2/μ. Koeficient μ závisí od energie fotónu aj materiálu, preto neexistuje jediná univerzálna „hrúbka ochrany“ pre všetko gama žiarenie.
Interakcia s látkou
Fotón sa nespomaľuje postupne ako ťažká nabitá častica. Môže byť fotoelektricky absorbovaný, Comptonovsky rozptýlený a odovzdať časť energie alebo pri dostatočnej energii vytvoriť elektrón-pozitrónový pár v poli jadra. Dominantný mechanizmus závisí od energie a zloženia absorbéra.
Útlm a vnútorná konverzia
Pre úzky monoenergetický zväzok model I = I₀e^(−μx) opisuje pokles počtu fotónov, ktoré prejdú bez počítanej interakcie. Neznamená postupné slabnutie jednotlivého fotónu. Excitované jadro môže namiesto gama odovzdať energiu priamo atómovému elektrónu a vyvolať vnútornú konverziu.
Detektor nemusí zobraziť iba čiaru zodpovedajúcu celej energii fotónu. Ak gama pri Comptonovom rozptyle odovzdá len časť energie a rozptýlený fotón unikne, vzniká kontinuum. Úplná absorpcia vytvára fotopík. Tvar nameraného spektra preto závisí od zdroja aj od materiálu a geometrie detektora.
Vyriešené príklady
1. Čistý gama prechod
Riešenie
A i Z / A a Z pozostają niezmienione; zmienia się stan energii jądra.
2. Energia fotónu
Riešenie
Dla / Pro / Pri ΔE = 1,25 MeV: Eγ ≈ 1,25 MeV.
3. Útlm
Riešenie
μ = 0,20 cm⁻¹, x = 5,0 cm ⇒ I/I₀ = e⁻¹ ≈ 0,368.