Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, -лучи) — вид электромагнитного излучения, характеризующийся чрезвычайно малой длиной волны — менее 2 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 знаковРМГ 78-2005. Излучения ионизирующие и их измерения. Термины и понятия. М.: Стандартинформ, 2006..

Гамма-излучение представляет собой поток фотонов (гамма-квантов), имеющих высокую энергию. Условно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают , 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 до десятков МэВ), при ядерных реакциях, при взаимодействиях и распадах элементарных частиц (например, при аннигиляции электрона и позитрона, распаде нейтрального пиона и так далее), 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 ВилларомСогласно практической транскрипции, правильным вариантом передачи фамилии является Вильяр, однако данный вариант не встречается в источниках. в 1900 году при исследовании излучения радияThe discovery of gamma rays Gerward L. Paul Villard and his Discovery of Gamma Rays // Physics in Perspective. — 1999. — Vol. 1. — P. 367—383.. 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 -лучами, с отрицательным — -лучами, а электрически нейтральное, не отклоняющееся в магнитном поле излучение получило название -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). Комптоновский 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 больше нескольких десятков МэВ гамма-квант способен выбивать нуклоны из ядра.

Детектирование Зарегистрировать гамма-кванты можно с помощью ряда ядерно-физических детекторов ионизирующего излучения (сцинтилляционных, газонаполненных, полупроводниковых и так далее).

Использование

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 местном воздействии на них. Гамма-излучение обладает мутагенным и тератогенным действием.

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 прочего, поскольку гамма-кванты поглощаются электронными оболочками атомов, особенно развитыми у элементов с большой атомной массой).

В таблице ниже указаны параметры гамма-излучения с энергией 1 МэВ для различных материалов: Материал защитыПлотность, г/см³Слой половинного ослабления, смМасса 1  слоя половинного ослабления, гВоздух0,0013~850011,05Вода1,00~1010Бетон1,5—3,53,8—6,910,35—13,3Алюминий2,824,312,17Сталь7,5—8,051,279,53—10,22Свинец11,350,89,08Вольфрам19,30,336,37Обеднённый уран19,50,285,46 Хотя эффективность поглощения и зависит от материала, первоочередное значение имеет просто удельный вес.

Примечания

Литература

Категория:Радиология Категория:Ядерная физика Категория:Радиоактивность Категория:Электромагнитное излучение Категория:Радиобиология *