Ядерные процессы
Радиоактивный распад
Альфа-распад Бета-распад Кластерный распад Двойной бета-распад Электронный захват Двойной электронный захват Внутренняя конверсия Изомерный переход Нейтронный распад Позитронный распад Протонный распад Спонтанное деление
Нуклеосинтез
Термоядерная реакция Протон-протонный цикл CNO-цикл Ядерное горение дейтерия Ядерное горение лития Тройная гелиевая реакция Гелиевая вспышка Ядерное горение углерода Углеродная детонация Ядерное горение неона Ядерное горение кислорода Ядерное горение кремния Нейтронный захват r-процесс s-процесс Захват протонов: p-процесс rp-процесс Нейтронизация Реакции скалывания Взрывной нуклеосинтез

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 . Относится к ионизирующим излучениям , то есть к излучениям, взаимодействие которых с веществом способно приводить к образованию ионов разных знаков .

Гамма-излучение представляет собой поток фотонов , имеющих высокую энергию (гамма-квантов). Условно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 10 ⁵ 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 в 1900 году при исследовании излучения радия . Три компонента 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 . В 1912 году Резерфорд и доказали электромагнитную природу гамма-излучения .

Физические свойства

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

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

Использование

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 29 октября 2019 )

Области применения гамма-излучения:

• Гамма-дефектоскопия — контроль изделий просвечиванием γ-лучами.
• Пищевая промышленность: консервирование пищевых продуктов (гамма-стерилизация для увеличения срока хранения) .
• Медицина: стерилизация медицинских материалов и оборудования; лучевая терапия ; радиохирургия .
• Гамма-каротаж в геофизике.
• Приборы для измерения расстояний: уровнемеры , гамма-высотомеры на космических аппаратах .
• Гамма-астрономия .

Биологические эффекты

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 и других быстро делящихся клеток при локальном воздействии на них. Гамма-излучение является мутагенным и тератогенным фактором .

Защита

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 гамма-излучения с энергией 1 МэВ для различных материалов:

Материал защиты	Плотность, г/см³	Слой половинного ослабления, см	Масса 1 см² слоя половинного ослабления, г
Воздух	0,0013	~8500	11,05
Вода	1,00	~10	10
Бетон	1,5-3,5	3,8-6,9	10,35-13,3
Алюминий	2,82	4,3	12,17
Сталь	7,5-8,05	1,27	9,53-10,22
Свинец	11,35	0,8	9,08
Вольфрам	19,3	0,33	6,37
Обеднённый уран	19,5	0,28	5,46

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

Примечания

Литература

• — статья из Физической энциклопедии