Физическая энциклопедия - гамма-излучение

(g-излучение), коротковолновое эл.-магн. излучение. Г.-и. обладает чрезвычайно малой длиной волны (l?10-8 см) и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными св-вами, т. е. является потоком ч-ц гамма-квантов (фотонов) с энергией ?g=hw (w частота излучения) и импульсом p=hw/c. Испускание g-квантов сопровождает радиоакт. распад (см. РАДИОАКТИВНОСТЬ) в тех случаях, когда образующиеся ядра находятся в возбуждённых состояниях. При переходе ядра с верхнего энергетич. уровня на нижний излучается g-квант с энергией, равной разности энергии уровней, между к-рыми происходит переход. Время жизни ядер в возбуждённых состояниях определяется св-вами (спин, чётность, энергия) данного состояния и нижележащих уровней, на к-рые могут происходить переходы с испусканием g-квантов. Время жизни g-активных ядер резко возрастает с уменьшением их энергии и с увеличением разности спинов исходного и конечного состояний ядра. Вследствие этого наряду с осн.

состоянием ядра может относительно долго (иногда годы) существовать его метастабильное возбуждённое (т. н. изомерное) состояние (см. ИЗОМЕРИЯ АТОМНЫХ ЯДЕР). При радиоакт. распаде ядер обычно наблюдаются g-кванты с энергией ?g от 10 кэВ до 5 МэВ. Гамма-кванты больших энергий возникают при распадах элем. ч-ц. Так, при распаде покоящегося нейтрального пи-мезона возникает Г.

-и. с энергией =70 МэВ. Г.-и., появляющиеся при прохождении быстрых эл-нов через в-во, обусловлено торможением последних в кулоновском поле ядер. Тормозное Г.-и. характеризуется сплошным спектром, верх. граница к-рого совпадает с энергией заряж. ч-цы. На ускорителях заряж. ч-ц получают тормозное Г.-и. с макс. энергией до неск. десятков ГэВ (см.

ТОРМОЗНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ). Г.-и. обладает большой проникающей способностью. Осн. процессы, происходящие при вз-ствии Г.-и. с в-вом: фотоэффект, Комптопа эффект и рождение пар электрон-позитрон. При фотоэффекте g-квант поглощается одним из ат. эл-нов, причём энергия g-кванта преобразуется (за вычетом энергии связи эл-на в атоме) в кинетич. энергию эл-на, вылетающего за пределы атома. Вероятность фотоэффекта с K-оболочки прямо пропорц. Z5 (Z ат. номер) и быстро убывает с увеличением энергии фотона (см. рис.). Т. о., фотоэффект преобладает в области малых энергий g-квантов (?g?100 кэВ) и у тяжёлых элементов (Pb, U).

. Зависимость коэфф. поглощения m g-излучения в свинце от энергии g-квантов. В случае Комптона эффекта происходит рассеяние g-кванта на одном из ат. эл-нов. При этом уменьшается энергия g-кванта (увеличивается длина волны) и изменяется направление его распространения. Вероятность комптоновского рассеяния пропорц. числу эл-нов в атоме, т.

е. Z. Она убывает с ростом энергии g-кванта ?g , но значительно медленнее, чем при фотоэффекте. Поэтому для Pb, несмотря на большое Z (Z=82), вероятность комптоновского рассеяния сравнима с вероятностью фотоэффекта при достаточно больших ?g (=0,5 МэВ). При ?g >1.,02 МэВ=2 mc2 (m масса покоя эл-на) становится возможным процесс образования электронно-позитронных пар в электрич.

полях ядер. Вероятность этого процесса пропорц. Z2 и увеличивается с ростом ?g. Поэтому при ?g =10 МэВ осн. процессом поглощения Г.-и. в любом в-ве оказывается образование пар. Ослабление Г.-и. в в-ве обычно характеризуют линейным коэфф. поглощения m, к-рый показывает, на какой толщине х поглотителя интенсивность I0 падающего пучка Г.-и.

ослабляется в е раз: I=I0e-mx. Иногда вводят массовый коэфф. поглощения, равный отношению m к плотности поглотителя; в этих случаях толщину измеряют в г/см2. При высоких энергиях Г.-и. (?g>10 МэВ) процесс прохождения Г.-и. через в-во усложняется. Вторичные эл-ны и позитроны обладают большой энергией и потому могут в свою очередь создавать Г.

-и. благодаря тормозному излучению и аннигиляции. Т. о., в в-ве возникает ряд чередующихся поколений g-квантов, эл-нов и позитронов, т. е. происходит развитие каскадного ливня. Число ч-ц в таком ливне сначала возрастает с толщиной, достигая максимума, а затем процессы поглощения начинают преобладать над процессами размножения ч-ц, и ливень затухает.

.