Gammastrålning

Gammastrålning består av högenergetiska fotoner som avges när en kärna går från ett högre till ett lägre energitillstånd. Vid en ren gammaövergång ändras varken antalet protoner eller neutroner; det är kärnans inre energi och ofta dess rörelsemängdsmomenttillstånd som ändras.

En övergång mellan kärnans energinivåer

En exciterad kärna kan avge energi som en gammafoton. Fotonenergin är skillnaden mellan två kärnnivåer: Eγ = hν = hc/λ. Eftersom kärnans energinivåer är kvantiserade innehåller gammaspektra ofta karakteristiska linjer.

exciterat kärntillståndlägre kärntillståndgammafotonEγ = nivåskillnad
En exciterad kärna kan avge energi som en gammafoton. Fotonenergin är skillnaden mellan två kärnnivåer: Eγ = hν = hc/λ. Eftersom kärnans energinivåer är kvantiserade innehåller gammaspektra ofta karakteristiska linjer.

Gammaemission följer ofta ett annat sönderfall

Alfa- eller betasönderfall kan lämna dotterkärnan i ett exciterat tillstånd. Den kan sedan avge en eller flera gammafotoner när den går till lägre nivåer. Det är därför viktigt att skilja transmutationen som skapade den exciterade kärnan från den efterföljande gamma-deexcitationen.

tunttjockaremer materialfärre fotoner återstår
Dämpningen är exponentiell

Dämpningen är exponentiell

För en smal stråle i en homogen absorbator används ofta I = I₀e−μx, där μ är den linjära dämpningskoefficienten och x tjockleken. Halvvärdesskiktet är den tjocklek som halverar intensiteten. μ beror starkt på fotonenergi och materialets sammansättning.

Dämpningsutforskare

Fotoner växelverkar annorlunda än laddade partiklar

Gammafotoner är elektriskt neutrala och joniserar inte kontinuerligt längs ett spår som alfapartiklar. Enskilda fotoner kan i stället genomgå fotoelektrisk absorption, Comptonspridning eller parproduktion beroende på energi och material. “Genomträngande” betyder alltså inte “växelverkar aldrig”.

Lösta exempel

1. Fotonenergi från frekvens

Lösning

För ν = 3,0 × 10¹⁹ Hz är E = hν ≈ 1,99 × 10⁻¹⁴ J.

2. Vad ändras vid ren gammaemission?

Lösning

Kärnan går till ett lägre energitillstånd men A och Z är oförändrade. Fotonen bär bort energi och rörelsemängd.

3. Använd dämpningslagen

Lösning

Om μx = ln 2 är I/I₀ = e−ln 2 = 1/2.