Radiația gamma ( raze gamma , raze γ ) este un tip de radiație electromagnetică caracterizată printr-o lungime de undă extrem de scurtă - mai mică de 2⋅10 −10 m - și, ca urmare, proprietăți de undă corpusculare pronunțate și slab exprimate [1] . Se referă la radiații ionizante , adică radiații, a căror interacțiune cu materia poate duce la formarea de ioni de diferite semne [2] .
Radiația gamma este un flux de fotoni de înaltă energie (quanta gamma). În mod convențional, se crede că energiile cuantelor radiațiilor gamma depășesc 105 eV , deși granița clară dintre radiațiile gamma și radiațiile X nu este definită. La scara undelor electromagnetice, radiațiile gamma se învecinează cu razele X, ocupând o gamă de frecvențe și energii mai înalte. În regiunea 1-100 keV, radiația gamma și radiația cu raze X diferă numai în ceea ce privește sursa: dacă un cuantic este emis într-o tranziție nucleară, atunci este denumită în mod obișnuit radiație gamma; dacă în timpul interacțiunilor electronilor sau în timpul tranzițiilor într-un înveliș de electroni atomici - la radiația cu raze X. Din punct de vedere al fizicii, cuantele de radiație electromagnetică cu aceeași energie nu diferă, așa că această împărțire este arbitrară.
Radiația gamma este emisă în timpul tranzițiilor între stările excitate ale nucleelor atomice (vezi Tranziția izomeră ; energiile unor astfel de raze gamma variază de la ~ 1 keV la zeci de MeV), în timpul reacțiilor nucleare , în timpul interacțiunilor și descompunerii particulelor elementare (de exemplu, în timpul anihilarea unui electron și a unui pozitron , dezintegrarea unui pion neutru etc. ), precum și în timpul deviației particulelor încărcate energetic în câmpurile magnetice și electrice (vezi radiația sincrotronului , Bremsstrahlung ). Energia cuantelor gamma care rezultă din tranzițiile între stările excitate ale nucleelor nu depășește câteva zeci de MeV. Energiile razelor gamma observate în razele cosmice pot depăși sute de GeV.
Radiația gamma a fost descoperită de fizicianul francez Paul Villard [3] în 1900 în timp ce studia radiațiile de la radiu [4] [5] . Cele trei componente ale radiației ionizante ale radiului-226 (amestecate cu radionuclizii fii ai săi) au fost separate în funcție de direcția de deviere a particulelor într-un câmp magnetic: radiația cu sarcină electrică pozitivă a fost numită raze α , cu un negativ - β - raze și neutre din punct de vedere electric, care nu se abate în câmpul magnetic, radiația se numește raze γ . Pentru prima dată o astfel de terminologie a fost folosită de E. Rutherford la începutul anului 1903 [4] . În 1912, Rutherford și Edward Andrade au dovedit natura electromagnetică a radiațiilor gamma [4] .
Razele gamma, spre deosebire de razele α și razele β , nu conțin particule încărcate și, prin urmare, nu sunt deviate de câmpurile electrice și magnetice și se caracterizează printr-o putere de penetrare mai mare la energii egale și alte lucruri fiind egale. Razele gamma provoacă ionizarea atomilor materiei. Principalele procese care au loc în timpul trecerii radiațiilor gamma prin materie:
Puteți înregistra cuante gamma utilizând un număr de detectoare nuclear-fizice de radiații ionizante ( scintilație , umplute cu gaz , semiconductor etc. ).
Domenii de aplicare a radiațiilor gamma:
Iradierea cu raze gamma, în funcție de doză și durată, poate provoca boală cronică și acută de radiații . Efectele stocastice ale radiațiilor includ diferite tipuri de cancer . În același timp, iradierea gamma suprimă creșterea celulelor canceroase și a altor celule cu diviziune rapidă atunci când sunt expuse la acestea la nivel local. Radiațiile gamma sunt mutagene și teratogene .
Un strat de materie poate servi drept protecție împotriva radiațiilor gamma. Eficacitatea protecției (adică probabilitatea de absorbție a unui quantum gamma la trecerea prin acesta) crește odată cu creșterea grosimii stratului, a densității substanței și a conținutului de nuclee grele din acesta ( plumb , wolfram , uraniu sărăcit etc.).
Tabelul de mai jos listează parametrii stratului de atenuare gamma de 1 MeV
| Material de protectie | Densitate, g/cm³ | Semi strat de atenuare, cm | Greutate de 1 cm² jumătate de strat de atenuare, g |
|---|---|---|---|
| Aer | 0,0013 [7] | ~8500 [7] [8] | 11.05 |
| Apă | 1.00 [7] | ~10 [7] [9] [8] | zece |
| Beton | 1,5-3,5 [10] | 3,8-6,9 [10] | 10.35-13.3 |
| Aluminiu | 2,82 [7] | 4.3 [7] [8] | 12.17 |
| Oţel | 7,5-8,05 [11] | 1,27 [12] | 9,53-10,22 |
| Conduce | 11.35 [7] | 0,8 [12] [7] [9] [8] | 9.08 |
| Tungsten | 19.3 [13] | 0,33 [12] | 6.37 |
| uraniu sărăcit | 19,5 [14] | 0,28 [12] | 5.46 |
Deși eficiența absorbției depinde de material, pur și simplu greutatea specifică este cea mai importantă.
| spectru electromagnetic | |
|---|---|
| Spectrul vizibil | |
| Cuptor cu microunde | |
| unde radio | |
| lungimi de undă | |
| Clasificarea particulelor | |
|---|---|
| Viteza raportată la viteza luminii |
|
| Prin prezența structurii interne și a separabilității |
|
| Fermiuni prin prezența unei antiparticule | |
| Formată în timpul dezintegrarii radioactive | |
| Candidați pentru rolul particulelor de materie întunecată | |
| În modelul inflaţionist al universului | |
| Prin prezența unei sarcini electrice | |
| În teoriile ruperii spontane de simetrie |
|
| Pe timpul vieții | |
| Alte clase | |