Gama sevanje
Gama sevanje sestavljajo visokoenergijski fotoni, ki nastanejo, ko jedro preide iz vzbujenega v nižjeenergijsko stanje. Pri čistem gama prehodu se število protonov in nevtronov ne spremeni, zato A in Z ostaneta enaka; spremeni se notranja energija in pogosto stanje vrtilne količine jedra.
Kvantirani jedrski prehodi
Jedrski energijski nivoji so diskretni. Pri prehodu iz E₂ v E₁ lahko foton odnese Eγ = E₂ − E₁ = hν = hc/λ. Razlike nivojev so značilne za nuklid, zato gama spektri pogosto vsebujejo ostre črte, ki delujejo kot jedrski prstni odtisi.
Gama pogosto sledi drugemu razpadu
Alfa ali beta razpad lahko pusti hčerinsko jedro vzbujeno. Nato lahko odda enega ali več gama fotonov v kaskadi. Koristno je ločiti proces, ki spremeni A ali Z, od poznejše elektromagnetne deekscitacije, ki odstrani presežno jedrsko energijo.
Model slabljenja žarka
Gama in rentgensko sevanje
V obeh primerih gre za fotone. Ime temelji predvsem na izvoru: gama na jedrskih prehodih, značilno rentgensko sevanje na elektronski ovojnici, zavorno sevanje pa na pospešenih nabojih. Energijska območja se lahko prekrivajo, zato energija sama ne določi imena.
Praktična mera zaščite je razpolovna debelina: debelina materiala, ki v idealnem modelu ozkega žarka zmanjša intenziteto na polovico. Iz eksponentnega zakona sledi x₁/₂ = ln2/μ. Koeficient μ je odvisen od energije fotona in materiala, zato ne obstaja ena univerzalna »debelina zaščite« za vse gama sevanje.
Interakcija s snovjo
Foton se ne upočasnjuje postopoma kot težak nabit delec. Lahko se fotoelektrično absorbira, Comptonovo siplje in odda del energije ali pri dovolj veliki energiji v polju jedra ustvari par elektron–pozitron. Prevladujoči mehanizem je odvisen od energije in sestave absorberja.
Slabljenje in notranja konverzija
Za ozek monoenergijski žarek model I = I₀e^(−μx) opiše upad števila fotonov, ki preidejo brez štete interakcije. Ne pomeni postopnega slabljenja posameznega fotona. Vzbujeno jedro lahko namesto gama energijo neposredno prenese na atomski elektron in povzroči notranjo konverzijo.
Detektor ne pokaže nujno samo črte s celotno energijo fotona. Če gama pri Comptonovem sipanju odda le del energije in sipani foton uide, nastane kontinuum. Popolna absorpcija ustvari fotovrh. Oblika izmerjenega spektra je zato odvisna od vira ter tudi od materiala in geometrije detektorja.
Rešeni primeri
1. Čisti gama prehod
Rešitev
A i Z / A a Z pozostają niezmienione; zmienia się stan energii jądra.
2. Energija fotona
Rešitev
Dla / Pro / Pri ΔE = 1,25 MeV: Eγ ≈ 1,25 MeV.
3. Slabljenje
Rešitev
μ = 0,20 cm⁻¹, x = 5,0 cm ⇒ I/I₀ = e⁻¹ ≈ 0,368.