Гамма-излучение

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Гамма-квант»)
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ядерные процессы
Радиоактивный распад

Нуклеосинтез

Художественная иллюстрация: ядро атома испускает гамма-квант

Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения, характеризующийся чрезвычайно малой длиной волны — менее 2⋅10−10 м — и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами[1]. Относится к ионизирующим излучениям, то есть к излучениям, взаимодействие которых с веществом способно приводить к образованию ионов разных знаков[2].

Гамма-излучение представляет собой поток фотонов, имеющих высокую энергию (гамма-квантов). Условно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1—100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению; если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке — к рентгеновскому излучению. С точки зрения физики, кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.

Гамма-излучение испускается при переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер (см. Изомерный переход; энергии таких гамма-квантов лежат в диапазоне от ~1 кэВ до десятков МэВ), при ядерных реакциях, при взаимодействиях и распадах элементарных частиц (например, при аннигиляции электрона и позитрона, распаде нейтрального пиона и т. д.), а также при отклонении энергичных заряженных частиц в магнитных и электрических полях (см. Синхротронное излучение, Тормозное излучение). Энергия гамма-квантов, возникающих при переходах между возбуждёнными состояниями ядер, не превышает нескольких десятков МэВ. Энергии гамма-квантов, наблюдающихся в космических лучах, могут превосходить сотни ГэВ.

Гамма-излучение было открыто французским физиком Полем Вилларом[3] в 1900 году при исследовании излучения радия[4][5]. Три компоненты ионизирующего излучения радия-226 (в смеси с его дочерними радионуклидами) были разделены по направлению отклонения частиц в магнитном поле: излучение с положительным электрическим зарядом было названо α-лучами, с отрицательным — β-лучами, а электрически нейтральное, не отклоняющееся в магнитном поле излучение получило название γ-лучей. Впервые такая терминология была использована Э. Резерфордом в начале 1903 года[4]. В 1912 году Резерфорд и Эдвард Андраде[en] доказали электромагнитную природу гамма-излучения[4].

Физические свойства[править | править код]

Гамма-лучи, в отличие от α-лучей и β-лучей, не содержат заряженных частиц и поэтому не отклоняются электрическими и магнитными полями и характеризуются большей проникающей способностью при равных энергиях и прочих равных условиях. Гамма-кванты вызывают ионизацию атомов вещества. Основные процессы, возникающие при прохождении гамма-излучения через вещество:

  • Фотоэффект — энергия гамма-кванта поглощается электроном оболочки атома, и электрон, совершая работу выхода, покидает атом (который становится положительно ионизированным).
  • Комптон-эффект — гамма-квант рассеивается при взаимодействии с электроном, при этом образуется новый гамма-квант, меньшей энергии, что также сопровождается высвобождением электрона и ионизацией атома.
  • Эффект образования пар — гамма-квант в электрическом поле ядра превращается в электрон и позитрон.
  • Ядерный фотоэффект — при энергиях выше нескольких десятков МэВ гамма-квант способен выбивать нуклоны из ядра.

Детектирование[править | править код]

Зарегистрировать гамма-кванты можно с помощью ряда ядерно-физических детекторов ионизирующего излучения (сцинтилляционных, газовых, полупроводниковых и т. д.).

Использование[править | править код]

Области применения гамма-излучения:

Биологические эффекты[править | править код]

Облучение гамма-квантами в зависимости от дозы и продолжительности может вызвать хроническую и острую лучевую болезнь. Стохастические эффекты облучения включают различные виды онкологических заболеваний. В то же время гамма-облучение подавляет рост раковых (при локальном воздействий на них) и других быстро делящихся клеток. Гамма-излучение является мутагенным и тератогенным фактором.

Защита[править | править код]

Защитой от гамма-излучения может служить слой вещества. Эффективность защиты (то есть вероятность поглощения гамма-кванта при прохождении через неё) увеличивается при увеличении толщины слоя, плотности вещества и содержания в нём тяжёлых ядер (свинца, вольфрама, обеднённого урана и пр.).

В таблице ниже указаны параметры слоя половинного ослабления гамма-излучения[7]:

Материал защиты Слой половинного ослабления, см Плотность, г/см³ Масса 1 см² слоя половинного ослабления, г
Свинец 1,8 11,3 20
Бетон 6,1 3,33 20
Сталь 2,5 7,86 20
Слежавшийся грунт 9,1 1,99 18
Вода 18 1,00 18
Древесина 29 0,56 16
Обеднённый уран 0,2 19,1 3,9
Воздух 15000 0,0012 18

Хотя эффективность поглощения и зависит от материала, первоочередное значение имеет просто удельный вес.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Д. П. Гречухин. Гамма-излучение // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия (тт. 1—2); Большая Российская энциклопедия (тт. 3—5), 1988—1999. — ISBN 5-85270-034-7.
  2. РМГ 78-2005. Излучения ионизирующие и их измерения. Термины и понятия. М.: Стандартинформ, 2006.
  3. Согласно практической транскрипции, правильным вариантом передачи фамилии является Вильяр, однако данный вариант не встречается в источниках.
  4. 1 2 3 The discovery of gamma rays Архивировано 16 марта 2005 года. (англ.)
  5. Gerward L. Paul Villard and his Discovery of Gamma Rays // Physics in Perspective. — 1999. — Vol. 1. — P. 367—383.
  6. В РФ планируется программа гамма-стерилизации сельхозпродукции. РИА Новости (28 сентября 2010). Дата обращения 28 сентября 2010. Архивировано 25 августа 2011 года.
  7. "Halving-thickness for various materials". "The Compass DeRose Guide to Emergency Preparedness - Hardened Shelters". Дата обращения 24 января 2010. Архивировано 12 февраля 2012 года.

Литература[править | править код]