Wolna encyklopedia

Promieniowanie gamma

Promieniowanie gamma to wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego. Za promieniowanie gamma uznaje się promieniowanie o energii kwantu większej od 10 keV, co odpowiada częstotliwości większej od 2,42 EHz, a długości fali mniejszej od 124 pm. Zakres ten częściowo pokrywa się z zakresem promieniowania rentgenowskiego. W wielu publikacjach rozróżnienie promieniowania gamma oraz promieniowania X opiera się na ich źródłach, a nie na długości fali. Promieniowanie gamma wytwarzane jest w wyniku przemian jądrowych albo zderzeń jąder lub cząstek subatomowych, a promieniowanie rentgenowskie, w wyniku zderzeń elektronów z atomami. Promieniowanie gamma jest promieniowaniem jonizującym i przenikliwym. Nazwa promieniowania gamma pochodzi od greckiej litery γ.

Źródła promieniowania gamma

• Przemiana jądrowa – jądra atomowe izotopów promieniotwórczych po rozpadzie znajdują się w stanie wzbudzonym. Powrót do stanu podstawowego, o niższej energii, powoduje emisję fotonu gamma.
• Reakcja syntezy – dwa jądra atomowe zderzają się, tworząc nowe jądro w stanie wzbudzonym. Jego przejściu do stanu podstawowego może towarzyszyć emisja jednego lub wielu kwantów gamma.
• Anihilacja – zderzenie cząstki i antycząstki, np. elektronu i pozytonu, powoduje zniknięcie obu tych cząstek i emisję co najmniej dwóch fotonów gamma

Oddziaływanie z materią

Zależność absorpcji promieniowania gamma od energii dla aluminium

Promieniowanie gamma przechodząc przez materię ulega pochłanianiu (wielkość pochłaniania zależy od energii promieniowania). Za pochłanianie promieniowania gamma odpowiadają następujące zjawiska:

1. wewnętrzny efekt fotoelektryczny (Photo) w wyniku którego promieniowanie gamma oddaje energię elektronom odrywając je od atomów lub przenosząc na wyższe poziomy energetyczne,
2. rozpraszanie komptonowskie (Compton) słabo związane lub swobodne elektrony doznają przyspieszenia w kierunku rozchodzenia się promieniowania. W pojedynczym akcie oddziaływania następuje niewielka zmiana energii kwantu gamma. W wyniku oddziaływania z wieloma elektronami kwant gamma wytraca swą energię. Jest to najważniejszy sposób oddawania energii przez promieniowanie gamma.
3. kreacja par elektron-pozyton (Pair), kwant gamma uderzając o jądro atomowe powoduje powstanie par cząstka-antycząstka (warunkiem zajścia zjawiska jest energia kwantu gamma > 1,02 MeV – dwukrotnej wartości masy spoczynkowej elektronu),
4. reakcje fotojądrowe – niezwykle rzadkie, występuje przy odpowiednio dużej energii promieniowania (E_γ>18,6 MeV}. W tym oddziaływaniu promieniowanie gamma oddaje energię jądrom atomowym wzbudzając je. Wzbudzone jądro atomowe może wypromieniować kwant gamma, ulec rozpadowi lub rozszczepieniu.

W wybuchu jądrowym

Podczas wybuchu jądrowego bomby atomowej około 5% energii wybuchu zamienia się na promieniowanie jonizujące w tym i na promieniowanie gamma. Skutki oddziaływania promieniowania gamma powstałego podczas wybuchu są mniejsze niż efekty wywołane falą uderzeniową i promieniowaniem cieplnym. Większym problemem jest skażenie promieniotwórcze, powstaje opad radioaktywny, który wprowadza promieniotwórcze substancje do wody i żywności. Promieniowanie gamma powstające podczas rozpadu pochłoniętych przez istoty żywe izotopów promieniotwórczych niemalże w całości jest pochłaniane przez organizm powoduje wzrost dawki promieniowania. W związku z tym miejsce eksplozji jest skażone i przez długi czas nie nadaje się do życia. Szacuje się, że w Hirosimie liczba osób, które umarły w wyniku napromieniowania, jest porównywalna z liczbą osób jakie zmarły w wyniku wybuchu.

Detekcja promieniowania gamma

Człowiek nie posiada narządów zmysłów pozwalających mu na postrzeganie promieniowania gamma, którego detekcja stała się konieczna wraz z rozwojem technologii jądrowej. Ogólnie detektory promieniowania gamma wykorzystują własności jonizacyjne tego promieniowania i można je podzielić na:

• detektor barwnikowy
• detektory gazowe, do których należą:
  • komora jonizacyjna
  • licznik Geigera-Müllera
  • licznik proporcjonalny
• detektor półprzewodnikowy
• emulsja fotograficzna
• licznik scyntylacyjny

Zastosowania

Promienie gamma mogą służyć do sterylizacji sprzętu medycznego, jak również produktów spożywczych. W medycynie używa się ich w radioterapii (tzw. bomba kobaltowa) do leczenia raka, oraz w diagnostyce np. pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa. Ponadto promieniowanie gamma ma zastosowanie w przemyśle oraz nauce, np. pomiar grubości gorących blach stalowych, pomiar grubości papieru, wysokości ciekłego szkła w wannach hutniczych, w geologii otworowej (poszukiwania ropy i gazu ziemnego), w badaniach procesów przemysłowych (np. przepływu mieszanin wielofazowych, przeróbki rudy miedzi).

Zobacz też

• detekcja promieniowania jądrowego
• astronomia promieniowania gamma
• Geminga
• oddziaływanie elektromagnetyczne
• rozbłyski gamma
• zastosowania izotopów radioaktywnych w medycynie