Bức xạ gamma
Bức xạ gamma gồm các photon năng lượng cao được phát ra khi hạt nhân chuyển từ trạng thái năng lượng cao xuống thấp hơn. Trong chuyển mức gamma thuần túy, số proton và neutron không đổi; năng lượng nội tại của hạt nhân và thường cả trạng thái mômen động lượng thay đổi.
Chuyển mức giữa các mức năng lượng hạt nhân
Hạt nhân kích thích có thể giải phóng năng lượng dưới dạng photon gamma. Năng lượng photon bằng chênh lệch giữa hai mức: Eγ=hν=hc/λ. Vì mức năng lượng hạt nhân bị lượng tử hóa, phổ gamma thường có các vạch đặc trưng. Phát gamma thuần túy làm giảm kích thích mà không đổi A hay Z.
Phát gamma thường theo sau một phân rã khác
Phân rã alpha hoặc beta có thể để hạt nhân con ở trạng thái kích thích. Sau đó nó phát một hay nhiều photon gamma để xuống các mức thấp hơn. Vì vậy “bức xạ gamma” thường là bước khử kích thích sau biến đổi hạt nhân, chứ không phải một lần đổi nguyên tố nữa.
Suy giảm có dạng hàm mũ
Với chùm hẹp qua chất hấp thụ đồng nhất, mô hình thường dùng là I=I₀e−μx, trong đó μ là hệ số suy giảm tuyến tính và x là bề dày. Lớp bán giá trị làm cường độ giảm còn một nửa. Suy giảm mang tính xác suất: tăng bề dày làm giảm số photon truyền qua, không có nghĩa mỗi photon sống sót mất dần cùng một tỉ lệ năng lượng.
Khám phá suy giảm
Photon tương tác khác hạt mang điện
Photon gamma không mang điện nên không ion hóa liên tục dọc đường đi như hạt alpha. Từng photon có thể bị hấp thụ quang điện, tán xạ Compton hoặc tạo cặp electron–positron tùy năng lượng và vật liệu. “Xuyên mạnh” chỉ có nghĩa xác suất đi qua một bề dày có thể đáng kể, không phải photon không tương tác.
Ví dụ có lời giải
1. Năng lượng photon từ tần số
Lời giải
ν=3,0×10¹⁹ Hz cho E=hν≈1,99×10⁻¹⁴ J.
2. Điều gì đổi trong phát gamma thuần túy
Lời giải
Hạt nhân xuống mức thấp hơn nhưng A và Z không đổi; photon mang năng lượng và động lượng.
3. Dùng công thức suy giảm
Lời giải
Nếu μx=ln2 thì I/I₀=1/2; bề dày đó là một lớp bán giá trị.