Открытие гамма излучения кратко

Обновлено: 07.07.2024

Художественная иллюстрация: ядро атома испускает гамма-квант.

Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны — менее 2×10 −10 м — и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами [1] .

Гамма-квантами являются фотоны с высокой энергией. 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.

Содержание

Физические свойства

Гамма-лучи, в отличие от α-лучей и 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:

Зарегистрировать гамма-кванты можно с помощью ряда ядерно-физических детекторов ионизирующего излучения (сцинтилляционных, газовых , Использование

Области применения гамма-излучения:

Облучение гамма-квантами в зависимости от дозы и продолжительности может вызвать хроническую и острую онкологических заболеваний. В то же время гамма-облучение подавляет рост раковых и других быстро делящихся клеток. Гамма-излучение является мутагенным и 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, См. также

Открыто в 1910 г. Генри Брэггом. Электромагнитная природа доказана в 1914 г. Эрнестом Резерфордом.

Это самый широкий диапазон электромагнитного спектра, поскольку он не ограничен со стороны высоких энергий. Мягкое гамма-излучение образуется при энергетических переходах внутри атомных ядер, более жесткое — при ядерных реакциях. Гамма-кванты легко разрушают молекулы, в том числе биологические, но, к счастью, не проходят через атмосферу. Наблюдать их можно только из космоса.

Гамма-кванты сверхвысоких энергий рождаются при столкновении заряженных частиц, разогнанных мощными электромагнитными полями космических объектов или земных ускорителей элементарных частиц. В атмосфере они крушат ядра атомов, порождая каскады частиц, летящих с околосветовой скоростью. При торможении эти частицы испускают свет, который наблюдают специальными телескопами на Земле.

При энергии свыше 10 14 эВ лавины частиц прорываются до поверхности Земли. Их регистрируют сцинтилляционными датчиками. Где и как образуются гамма-лучи ультравысоких энергий, пока не вполне ясно. Земным технологиям такие энергии недоступны. Самые энергичные кванты — 10 20 –10 21 эВ, приходят из космоса крайне редко — примерно один квант в 100 лет на квадратный километр.

Источники

Остаток вспышки сверхновой звезды в гамма-лучах сверхвысоких энергий

Изображение получено в 2005 году гамма-телескопом HESS. Оно стало подтверждением того, что остатки сверхновых служат источниками космических лучей — энергичных заряженных частиц, которые, взаимодействуя с веществом, порождают гамма-излучение (см. Схема генерации гамма-излучения). Ускорение частиц, по всей видимости, обеспечивается мощным электромагнитным полем компактного объекта — нейтронной звезды, которая образуется на месте взорвавшейся сверхновой.

Схема генерации гамма-излучения

Столкновения энергичных заряженных частиц космических лучей с ядрами атомов межзвездной среды порождают каскады других частиц, а также гамма-квантов. Этот процесс аналогичен каскадам частиц в земной атмосфере, которые возникают под воздействием космических лучей (см. Схема телескопа для гамма-излучения сверхвысоких энергий). Происхождение космических лучей с самыми высокими энергиями еще изучается, но уже есть данные, что они могут генерироваться в остатках сверхновых звезд.

Аккреционный диск вокруг сверхмассивной черной дыры (рис. художника)

В ходе эволюции крупных галактик в их центрах образуются сверхмассивные черные дыры, массой от нескольких миллионов до миллиардов масс Солнца. Они растут за счет аккреции (падения) межзвездного вещества и даже целых звезд на черную дыру.

При интенсивной аккреции вокруг черной дыры образуется быстро вращающийся диск (из-за сохранения момента вращения падающего на дыру вещества). Из-за вязкого трения слоев, вращающихся с разной скоростью, он всё время разогревается и начинает излучать в рентгеновском диапазоне.

Часть вещества при аккреции может выбрасываться в виде струй (джетов) вдоль оси вращающегося диска. Этот механизм обеспечивает активность ядер галактик и квазаров. В ядре нашей Галактики (Млечного Пути) также располагается черная дыра. В настоящее время ее активность минимальна, однако по некоторым признакам около 300 лет назад она была значительно выше.

Приемники

Гамма-телескоп сверхвысоких энергий HESS

Расположен в Намибии, состоит из 4 параболических тарелок диаметром 12 метров, размещенных на площадке размером 250 метров. На каждой из них закреплено 382 круглых зеркала диаметром 60 см, которые концентрируют тормозное излучение, возникающее при движении энергичных частиц в атмосфере (см. схему телескопа).

Телескоп начал работать в 2002 году. Он в равной мере может использоваться для регистрации энергичных гамма-квантов и заряженных частиц — космических лучей. Одним из главных его результатов стало прямое подтверждение давнего предположения о том, что остатки вспышек сверхновых звезд являются источниками космических лучей.

Схема телескопа для гамма-излучения сверхвысоких энергий

Когда энергичный гамма-квант входит в атмосферу, он сталкивается с ядром одного из атомов и разрушает его. При этом порождается несколько обломков атомного ядра и гамма-квантов меньшей энергии, которые по закону сохранения импульса движутся почти в том же направлении, что и исходный гамма-квант. Эти обломки и кванты вскоре сталкиваются с другими ядрами, образуя в атмосфере лавину частиц.

Большинство этих частиц имеет скорость, превышающую скорость света в воздухе. Вследствие этого частицы испускают тормозное излучение, которое достигает поверхности Земли и может регистрироваться оптическими и ультрафиолетовыми телескопами. Фактически сама земная атмосфера служит элементом гамма-телескопа. Для гамма-квантов сверхвысоких энергий расходимость пучка, достигающего поверхности Земли, составляет около 1 градуса. Этим определяется разрешающая способность телескопа.

При еще более высокой энергии гамма-квантов до поверхности доходит сама лавина частиц — широкий атмосферный ливень (ШАЛ). Их регистрируют сцинтилляционными датчиками. В Аргентине сейчас строится обсерватория имени Пьера Оже (в честь первооткрывателя ШАЛ) для наблюдения гамма-излучения и космических лучей ультравысоких энергий. Он будет включать несколько тысяч цистерн с дистиллированной водой. Установленные в них ФЭУ будут следить за вспышками, происходящими в воде под воздействием энергичных частиц ШАЛ.

Гамма-обсерватория INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory)

Орбитальная обсерватория, работающая в диапазоне от жесткого рентгена до мягкого гамма-излучения (от 15 кэВ до 10 МэВ), была выведена на орбиту с космодрома Байконур в 2002 году. Обсерватория построена Европейским космическим агентством (ESA) при участии России и США. В конструкции станции использована такая же платформа, как и в ранее запущенной (1999) европейской рентгеновской обсерватории XMM-Newton.

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)

Электронное устройство для измерения слабых потоков видимого и ультрафиолетового излучения. ФЭУ представляет собой электронную лампу с фотокатодом и набором электродов, к которым приложено последовательно возрастающее напряжение с суммарным перепадом до нескольких киловольт.

Кванты излучения падают на фотокатод и выбивают из него электроны, которые движутся к первому электроду, образуя слабый фотоэлектрический ток. Однако по пути электроны ускоряются приложенным напряжением и выбивают из электрода значительно большее число электронов. Так повторяется несколько раз — по числу электродов. В итоге поток электронов, пришедший от последнего электрода к аноду, увеличивается на несколько порядков по сравнению с первоначальным фотоэлектрическим током. Это позволяет регистрировать очень слабые световые потоки, вплоть до отдельных квантов.

Важная особенность ФЭУ — быстрота срабатывания. Это позволяет использовать их для регистрации скоротечных явлений, таких как вспышки, возникающие в сцинтилляторе при поглощении энергичной заряженной частицы или кванта.

Матрица ФЭУ

Отдельный ФЭУ имеет очень небольшую площадь фотокатода и регистрирует только те кванты, которые движутся в его направлении. Чтобы повысить эффективность регистрации, вокруг объема сцинтиллятора размещают большое число ФЭУ, связанных в единую систему. Матрицы ФЭУ также применяют для регистрации частиц широких атмосферных ливней и в нейтринных телескопах.

Обзоры неба

Небо в гамма-лучах с энергией 100 МэВ (CGRO)

На карте отчетливо видна плоскость Галактики, где излучение формируется в основном остатками сверхновых. Яркие источники вдали от плоскости Галактики имеют в основном внегалактическое происхождение.

Небо в гамма-лучах с энергией 1,8 МэВ (CGRO-COMPTEL)

Источники также концентрируются к плоскости Галактики. В основном это компактные объекты.

Открытие радиоактивности

Открытие радиоактивности — явления, доказывающего сложный состав атомного ядра, — произошло благодаря счастливой случайности.
Рентгеновские лучи впервые были получены при столкновениях быстрых электронов со стеклянной стенкой разрядной трубки.
Одновременно наблюдалось свечение стенок трубки.
Беккерель долгое время исследовал подобное явление — свечение веществ, облученных солнечным светом.
К таким веществам относятся, в частности, соли урана, с которыми экспериментировал ученый.

И вот у него возник вопрос: не появляются ли после облучения солей урана наряду с видимым светом и рентгеновские лучи?
Беккерель завернул фотопластинку в плотную черную бумагу, положил сверху крупинки урановой соли и выставил на яркий солнечный свет.
После проявления фотопластинка почернела на тех участках, где лежала соль.
Следовательно, уран создавал какое-то излучение, которое, подобно рентгеновскому, пронизывает непрозрачные тела и действует на фотопластинку.
Беккерель думал, что это излучение возникает под влиянием солнечных лучей.

Но однажды, в феврале 1896 г., провести очередной опыт ему не удалось из-за облачной погоды.
Беккерель убрал пластинку в ящик стола, положив на нее сверху медный крест, покрытый солью урана.
Проявив на всякий случай фотопластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчетливой тени креста.
Это означало, что соли урана самопроизвольно, без каких-либо внешних влияний, создают какое-то излучение.

Вскоре Беккерель обнаружил, что излучение урановых солей ионизирует воздух, подобно рентгеновским лучам, и разряжает электроскоп.
Испробовав различные химические соединения урана, он установил очень важный факт: интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит.
Следовательно, это свойство присуще не соединениям, а химическому элементу урану, его атомам.

Естественно было попытаться обнаружить, не обладают ли способностью к самопроизвольному излучению другие химические элементы, кроме урана.
В 1898 г. Мария Склодовская-Кюри во Франции и другие ученые открыли излучение тория.
В дальнейшем главные усилия в поисках новых элементов были предприняты Марией Склодовской-Кюри и ее мужем Пьером Кюри.
Систематическое исследование руд, содержащих уран и торий, позволило им выделить новый, неизвестный ранее химический элемент — полоний, названный так в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши.

Наконец, был открыт еще один элемент, дающий очень интенсивное излучение.
Его назвали радием (т. е. лучистым).
Само же явление самопроизвольного излучения было названо супругами Кюри радиоактивностью.

Радий имеет относительную атомную массу, равную 226, и занимает в таблице Д. И. Менделеева клетку под номером 88.
До открытия Кюри эта клетка пустовала.
По своим химическим свойствам радий принадлежит к щелочно-земельным элементам.

Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.

Радиоактивностью называется способность нестабильных ядер превращаться в другие ядра, при этом процесс превращения сопровождается испусканием различных частиц.

Альфа-, бета- и гамма-излучения

После открытия радиоактивных элементов началось исследование физической природы их излучения.
Кроме Беккереля и супругов Кюри, этим занялся Резерфорд.

Опыт Резерфорда, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения, состоял в следующем.
Препарат радия помещали на дно узкого канала в куске свинца.
Против канала находилась фотопластинка.
На выходившее из канала излучение действовало сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу.
Вся установка размещалась в вакууме.

В отсутствие магнитного поля на фотопластинке после проявления обнаруживалось одно темное пятно точно напротив канала.
В магнитном поле пучок распадался на три пучка.
Две составляющие первичного потока отклонялись в противоположные стороны.
Это указывало на наличие у этих излучений электрических зарядов противоположных знаков.
При этом отрицательный компонент излучения отклонялся магнитным полем гораздо сильнее, чем положительный.
Третья составляющая совсем не отклонялась магнитным полем.
Положительно заряженный компонент получил название альфа-лучей, отрицательно заряженный — бета-лучей и нейтральный — гамма-лучей (α-лучи, β-лучи, γ-лучи).

Эти три вида излучения очень сильно различаются по проникающей способности, т. е. по тому, насколько интенсивно они поглощаются различными веществами.
Наименьшей проникающей способностью обладают а-лучи.
Слой бумаги толщиной около 0,1 мм для них уже непрозрачен.
Если прикрыть отверстие в свинцовой пластинке листочком бумаги, то на фотопластинке не обнаружится пятна, соответствующего а-излучению.

Гораздо меньше поглощаются при прохождении через вещество β-лучи.
Алюминиевая пластинка полностью их задерживает только при толщине в несколько миллиметров.
Наибольшей проникающей способностью обладают γ-лучи.

Интенсивность поглощения γ-лучей усиливается с увеличением атомного номера вещества-поглотителя.
Но и слой свинца толщиной в 1 см не является для них непреодолимой преградой.
При прохождении у-лучей через такой слой свинца их интенсивность ослабевает лишь вдвое.

Физическая природа α-, β- и γ-лучей, очевидно, различна.

Гамма-лучи

По своим свойствам γ-лучи очень сильно напоминают рентгеновские, но только их проникающая способность гораздо больше, чем у рентгеновских лучей.
Это наводило на мысль, что γ-лучи представляют собой электромагнитные волны.
Все сомнения в этом отпали после того, как была обнаружена дифракция γ-лучей на кристаллах и измерена их длина волны.
Она оказалась очень малой — от 10 -8 до 10 -11 см.

На шкале электромагнитных волн γ-лучи непосредственно следуют за рентгеновскими.
Скорость распространения у γ-лучей такая же, как у всех электромагнитных волн, — около 300 000 км/с.

Бета-лучи

С самого начала α- и β-лучи рассматривались как потоки заряженных частиц.
Проще всего было экспериментировать с β-лучами, так как они сильнее отклоняются как в магнитном, так и в электрическом поле.

Основная задача экспериментаторов состояла в определении заряда и массы частиц.
При исследовании отклонения β-частиц в электрических и магнитных полях было установлено, что они представляют собой не что иное, как электроны, движущиеся со скоростями, очень близкими к скорости света.
Существенно, что скорости β-частиц, испущенных каким-либо радиоактивным элементом, неодинаковы.
Встречаются частицы с самыми различными скоростями.
Это и приводит к расширению пучка β-частиц в магнитном поле.

Альфа-частицы

Труднее было выяснить природу α-частиц, так как они слабее отклоняются магнитным и электрическим полями.
Окончательно эту задачу удалось решить Резерфорду.
Он измерил отношение заряда частицы к ее массе по отклонению в магнитном поле.
Оно оказалось примерно в 2 раза меньше, чем у протона — ядра атома водорода.
Заряд протона равен элементарному, а его масса очень близка к атомной единице массы.
Следовательно, у α-частицы на один элементарный заряд приходится масса, равная двум атомным единицам массы.

Атомная единица массы (а. е. м.) равна 1/12 массы атома углерода; 1 а. е. м. ≈ 1,66057 • 10 -27 кг.

Но заряд α-частицы и ее масса оставались, тем не менее, неизвестными.
Следовало измерить либо заряд, либо массу α-частицы.
С появлением счетчика Гейгера стало возможным проще и точнее измерить заряд.
Сквозь очень тонкое окошко α-частицы могут проникать внутрь счетчика и регистрироваться им.

Резерфорд поместил на пути α-частиц счетчик Гейгера, который измерял число частиц, испускавшихся радиоактивным препаратом за определенное время.
Затем он поставил на место счетчика металлический цилиндр, соединенный с чувствительным электрометром.
Электрометром Резерфорд измерял заряд α-частиц, испущенных источником внутрь цилиндра за такое же время (радиоактивность многих веществ почти не меняется со временем).
Зная суммарный заряд α-частиц и их число, Резерфорд определил отношение этих величин, т. е. заряд одной α-частицы.
Этот заряд оказался равным двум элементарным.

Таким образом, он установил, что у α-частицы на каждый из двух элементарных зарядов приходится две атомные единицы массы.
Следовательно, на два элементарных заряда приходится четыре атомные единицы массы.
Такой же заряд и такую же относительную атомную массу имеет ядро гелия.
Из этого следует, что α-частица — это ядро атома гелия.

Не довольствуясь достигнутым результатом, Резерфорд затем еще прямыми опытами доказал, что при радиоактивном а-распаде образуется именно гелий.
Собирая α-частицы внутри специального резервуара на протяжении нескольких дней, он с помощью спектрального анализа убедился в том, что в сосуде накапливается гелий (каждая α-частица захватывала два электрона и превращалась в атом гелия).

Итак,
при радиоактивном распаде возникают α-лучи (ядра атома гелия), β-лучи (электроны) и γ-лучи (коротковолновое электромагнитное излучение).

Физика атомного ядра. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика

Гамма - излучение или гамма-лучи ( γ ) представляет собой тип электромагнитного излучения и, следовательно, состоит из фотонов , обычно производимых радиоактивными элементами или субатомными процессами, такими как аннигиляция пары позитрон - электрон . Он также порождается в астрофизических явлениях большой силы.

Из-за своей высокой энергии гамма-лучи представляют собой тип ионизирующего излучения , способного проникать в вещество более глубоко, чем альфа- и бета- излучение . Они могут нанести серьезный ущерб ядрам клеток, поэтому их используют для стерилизации медицинского оборудования и пищевых продуктов.

Энергия такого рода измеряется в мегаэлектронвольтах (МэВ). Один МэВ соответствует гамма- фотонам с длинами волн менее 10 -11 мкм или с частотами более 10 19 Гц .

'> Воспроизведение медиаконтента

Гамма-лучи образуются при девозбуждении нуклона с одного возбужденного уровня или состояния на другое с более низкой энергией и при распаде радиоактивных изотопов. Они отличаются от рентгеновских лучей по своему происхождению. Они генерируются на внеядерном уровне в результате явления электронного торможения . Радиоактивность обычно связана с ядерной энергией и ядерными реакторами , хотя она существует в естественной среде: с космическими лучами , испускаемыми Солнцем и из-за пределов нашей Солнечной системы : из галактик ; изотопы радиоактивны в горных породах и минералах.

Обычно гамма-лучи, образующиеся в космосе, не достигают поверхности Земли , так как поглощаются верхними слоями атмосферы. Для наблюдения за Вселенной на этих частотах необходимо использовать высотные аэростаты или экзокосмические обсерватории . Для их обнаружения в обоих случаях используется эффект Комптона . Эти гамма-лучи возникают в результате высокоэнергетических астрофизических явлений, таких как взрывы сверхновых или ядра активных галактик.

Исключение составляют гамма-лучи с энергией более нескольких гигаэлектронвольт (ГэВ, тысячи МэВ), которые при попадании в атмосферу производят тысячи частиц ( обширный атмосферный каскад ), которые, двигаясь в воздухе со скоростями, близкими к световой , генерируют черенковское излучение . Это излучение регистрируется на поверхности Земли черенковским телескопом .

история открытия

Первоначально считалось, что гамма-лучи представляют собой частицы с массой, такие как альфа- и бета-лучи. Резерфорд полагал, что это могут быть чрезвычайно быстрые бета-частицы, но невозможность отклонить их магнитным полем указывает на то, что они не имеют заряда. [ 4 ] В 1914 году было обнаружено, что гамма-лучи отражаются от стеклянных поверхностей, показывая, что это электромагнитное излучение. [ 4 ] Резерфорд и его коллега Эдвард Андраде измерили длины волн гамма-лучей радия и обнаружили, что они аналогичны длинам волн рентгеновских лучей, но с более короткой длиной волны и (таким образом) более высокой частотой. В конечном итоге это было признано тем, что ему также давали больше энергии фотон , как только последний термин стал общепринятым. Гамма-распад тогда понимался как испускание одного гамма-фотона.

Защита

Чтобы защитить себя от гамма-лучей, требуется большое количество массы. Материалы с высоким атомным номером и высокой плотностью обеспечивают лучшую защиту; а при большей энергии лучей толщина защиты должна быть больше. Такие материалы классифицируются в соответствии с толщиной, необходимой для снижения интенсивности гамма-излучения наполовину, толщиной, известной как HVL ( слой половинного значения ). Например, гамма-лучи, которым требуется 1 см свинца для ослабления их интенсивности на 50%, уменьшают ее в той же пропорции при прохождении через 6 см бетона или 9 см уплотненной земли .

Взаимодействие с материей

Полный коэффициент поглощения гамма-излучения алюминием (атомный номер 13) при различных энергиях гамма-излучения и вклад трех эффектов. В большей части показанного диапазона энергий доминирует эффект Комптона.

Полный коэффициент поглощения гамма-излучения свинцом (атомный номер 82) при различных энергиях гамма-излучения и вклад трех эффектов. Здесь фотоэффект преобладает при низких энергиях. С 5 МэВ оно начинает доминировать в рождении пар .

Когда гамма-луч проходит через вещество , вероятность поглощения тонким слоем пропорциональна толщине этого слоя. Это означает экспоненциальное снижение интенсивности.

μ = n × σ, коэффициент поглощения, измеренный в см- 1 ,
n количество атомов на см³ материала,
σ спектр поглощения в см², и
d - толщина материала в см.

Проходя через вещество, гамма-излучение ионизируется в основном тремя способами: фотоэффектом , эффектом Комптона и образованием пар .

Часто энергии вторичных электронов (или позитронов), образующихся в любом из этих трех процессов, достаточно для возникновения многих ионизаций до их завершения (процессов).

Строго говоря, описанное выше экспоненциальное поглощение имеет место только для узкого диапазона гамма-лучей. Если через тонкий бетонный блок проходит более широкий луч, рассеяние по сторонам уменьшает поглощение.

Гамма-лучи часто встречаются среди других категорий излучения, таких как альфа и бета. Когда ядро испускает α- или β-частицу, иногда продукт распада возбуждается и может перейти на более низкий энергетический уровень и испустить гамма-лучи. Точно так же атомный электрон может перейти на более низкий энергетический уровень и излучать видимый свет или ультрафиолетовое излучение .

Возможными типами электромагнитного излучения являются: гамма-лучи, рентгеновские лучи, видимый свет и ультрафиолетовые лучи: УФ ( УФА и УФВ ). UVB более энергичны. Есть также видимый свет , микроволновые волны и радиоволны . Единственная разница между ними заключается в частоте и, следовательно, в энергии фотонов , в результате чего гамма-лучи являются наиболее энергичными. Пример получения гамма-излучения показан ниже.

Сначала 60 Co распадается на возбужденный 60 Ni :

Затем 60 Ni переходит в основное состояние и испускает два последовательных гамма-излучения.

Эти гамма-лучи составляют 1,17 МэВ и 1,33 МэВ соответственно.

Другим примером является альфа-разложение 241 Am с образованием 237 Np . Этот распад генерирует гамма-излучение. В некоторых случаях это излучение достаточно простое, например 60 Co/ 60 Ni. В случаях, подобных 241 Am/ 237 Np и 192 Ir / 192 Pt, гамма-излучение является сложным. Это показывает, что может существовать ряд различных уровней ядерной энергии. Тот факт, что в альфа-спектре может быть разнообразие пиков, разных энергий, подкрепляет идею о возможности многих ядерных энергетических уровней.

Поскольку бета-распад испускает нейтрино , которое, в свою очередь, вычитает энергию, в бета-спектре нет резких линий, а скорее широкий пик. Поэтому по одному бета-распаду невозможно определить разные энергетические уровни ядра.

В спектроскопической оптике хорошо известно, что объект, излучающий свет, может также поглощать свет с той же длиной волны (энергия фотона). Например, пламя натрия может излучать желтый свет. Он также может поглощать желтый свет от натриевой лампы . В случае гамма-лучей его можно наблюдать в мессбауэровской спектроскопии , где можно получить поправку на энергию, теряемую из-за отдачи ядра, и, с помощью резонанса, точные условия поглощения гамма-лучей.

Использование

Мощность гамма-лучей делает их полезными для стерилизации медицинского оборудования . Они часто используются для уничтожения бактерий и насекомых в пищевых продуктах , таких как мясо , грибы , яйца и овощи , чтобы сохранить их свежесть.

Благодаря своей способности проникать в ткани гамма-лучи или рентгеновские лучи имеют широкий спектр медицинских применений , таких как томография и исследования в области ядерной медицины . [ 5 ] Однако из-за того , что они подвержены ионизирующему излучению , при воздействии на ДНК они обладают способностью вызывать молекулярные изменения, которые могут иметь канцерогенные эффекты .

Несмотря на свои канцерогенные свойства, гамма-лучи также используются для лечения некоторых видов рака. В процедуре, называемой хирургией гамма-ножа , несколько концентрированных пучков гамма-лучей направляются на раковые клетки . Лучи направляются под разными углами, чтобы сфокусировать излучение на опухоли и свести к минимуму повреждение окружающих тканей.

Гамма-лучи также используются в ядерной медицине для постановки диагноза . Используются многие гамма-излучающие радиоизотопы . Одним из них является технеций 99m: 99m Tc. При введении пациенту гамма-камера может использовать испускаемое излучение для получения изображения распределения радиоизотопа. Эта методика используется при диагностике широкого спектра заболеваний , например при выявлении рака костей ( кости ).

Смотрите также

использованная литература

внешняя ссылка

В Викисловаре есть определения и другая информация о гамма-излучении .
Астрономия высоких энергий: рентгеновские лучи, гамма-лучи и космические лучи
Очень полный портал по физике высоких энергий

Гамма-излучением называется одна из коротковолновых разновидностей электромагнитных излучений. Из-за крайне малой длины волны излучения гамма диапазона обладают выраженными корпускулярными свойствами, при этом волновые свойства практически отсутствуют.

Гамма ионизирующее излучение обладает мощнейшим травмирующим действием на живые организмы, и при этом его совершенно невозможно распознать органами чувств.

Оно относится к группе ионизирующих излучений, то есть способствует превращению устойчивых атомов различных веществ в ионы с положительным или отрицательным зарядом. Скорость гамма-излучения сопоставима со скоростью света. Открытие ранее неизвестных радиационных потоков было сделано в 1900 году французским учёным Вилларом.

Для названий радиоактивных излучений были использованы буквы греческого алфавита. Излучение, находящееся на шкале электромагнитных излучений после рентгеновского, получило название гаммы — третьей буквы алфавита.

Следует понимать, что границы между различными видами радиации, весьма условны.

Что такое гамма-излучение

Попробуем, избегая специфической терминологии, разобраться, что такое гамма ионизирующее излучение. Любое вещество состоит из атомов, которые в свою очередь включают в себя ядро и электроны. Атом, а тем более его ядро отличаются высокой устойчивостью, поэтому для их расщепления нужны особые условия.

Если эти условия каким-то образом возникают или получены искусственно, происходит процесс ядерного распада, который сопровождается выделением большого количества энергии и элементарных частиц.

В зависимости от того, что именно выделяется в этом процессе, излучения делятся на несколько видов. Альфа, бета и нейтронное излучение отличаются выделением элементарных частиц, а рентгеновские и гамма активный луч — это поток энергии.

Хотя, на самом деле, любое излучение, в том числе и излучение в гамма-диапазоне, подобно потоку частиц. В случае этого излучения частицами потока являются фотоны или кварки.

По законам квантовой физики, чем меньше длина волны, тем более высокой энергией обладают кванты излучения.

Так как длина волны гамма лучей очень мала, то можно утверждать, что энергия гамма излучения чрезвычайно велика.

Возникновение гамма-излучения

Источниками излучения в гамма-диапазоне являются различные процессы. Во вселенной существуют объекты, в которых происходят реакции. Результатом этих реакций является космическое гамма-излучение.

Основные источники гамма-лучей — это квазары и пульсары. Ядерные реакции с массивным выделением энергии и гамма-излучения также происходят в процессе преобразования звезды в сверхновую.

Гамма электромагнитное излучение возникает при различных переходах в области атомной электронной оболочки, а также при распаде ядер некоторых элементов. Среди источников гамма-лучей можно также назвать определённую среду с сильным магнитным полем, где элементарные частицы тормозятся сопротивлением этой среды.

Опасность гамма-лучей

В силу своих свойств радиация гамма-спектра обладает очень высокой проникающей способностью. Чтобы её задержать, нужна свинцовая стена толщиной не менее пяти сантиметров.

Кожные покровы и прочие защитные механизмы живого существа не являются препятствием гамма-излучению. Оно проникает прямо в клетки, оказывая разрушительное воздействие на все структуры. Облучённые молекулы и атомы вещества сами становятся источником излучения и провоцируют ионизацию других частиц.

В результате этого процесса из одних веществ получаются другие. Из них составляются новые клетки с другим геномом. Ненужные при строительстве новых клеток остатки старых структур становятся токсинами для организма.

Наибольшая опасность радиационных лучей для живых организмов, получивших дозу радиации, в том, что они не способны ощущать наличие в пространстве этой смертельной волны. А также в том, что у живых клеток нет никакой специфической защиты от разрушительной энергии, которую несёт гамма ионизирующее излучение. Наибольшее влияние этот вид радиации оказывает на состояние половых клеток, несущих молекулы ДНК.

Разные клетки организма по-разному ведут себя в гамма-лучах, и обладают разной степенью устойчивости к воздействию этого вида энергии. Однако ещё одним свойством гамма-излучения является кумулятивная способность.

Однократное облучение небольшой дозой не наносит непоправимого разрушительного воздействия на живую клетку. Именно поэтому радиационным излучениям нашлось применение в науке, медицине, промышленности и других областях человеческой деятельности.

Области применения гамма-лучей

Даже смертоносным лучам пытливые умы учёных нашли сферы применения. В настоящее время гамма-излучение используется в различных отраслях промышленности, идут на благо науки, а также успешно применяются в различных медицинских приборах.

Способность изменять структуру атомов и молекул оказалась на благо при лечении тяжёлых заболеваний, разрушающих организм на клеточном уровне.

Для лечения онкологических новообразований гамма-лучи незаменимы, так как способны разрушить аномальные клетки, и прекратить их стремительное деление. Иногда остановить аномальный рост раковых клеток невозможно ничем, тогда на помощь приходит гамма-излучение, где клетки уничтожаются полностью.

Применяется гамма ионизирующее излучение для уничтожения патогенной микрофлоры и различных потенциально опасных загрязнений. В радиоактивных лучах стерилизуют медицинские инструменты и приборы. Также данный вид радиации применяется для обеззараживания некоторых продуктов.

Гамма-лучами просвечивают различные цельнометаллические изделия для космической и других отраслей промышленности с целью обнаружения скрытых дефектов. В тех областях производства, где необходим предельный контроль за качеством изделий, этот вид проверки просто незаменим.

При помощи гамма-лучей учёные измеряют глубину бурения, получают данные о возможности залегания различных пород. Гамма-лучи могут быть использованы и в селекции. Строго дозированным потоком облучаются определённые отобранные растения, чтобы получить нужные мутации в их геноме. Таким способом селекционеры получают новые породы растений с нужными им свойствами.

С помощью гамма-потока определяются скорости космических аппаратов и искусственных спутников. Посылая лучи в космическое пространство, учёные могут определить расстояние и смоделировать путь космического аппарата.

Способы защиты

Земля обладает естественным механизмом защиты от космической радиации, это озоновый слой и верхние слои атмосферы.

Те лучи, которые, обладая огромными скоростями, проникают в защищённое пространство земли, не причиняют большого вреда живым существам. Наибольшую опасность представляют источники и гамма-радиация, полученная в земных условиях.

Самым главным источником опасности радиационного заражения остаются предприятия, где под контролем человека осуществляется контролируемая ядерная реакция. Это атомные электростанции, где производится энергия для обеспечения населения и промышленности светом и теплом.

Для обеспечения работников этих объектов принимаются самые серьёзные меры. Трагедии, произошедшие в разных точках мира, из-за утраты человеком контроля за ядерной реакцией, научили людей быть осторожными с невидимым врагом.

Защита работников электростанций

На предприятиях ядерной энергетики и производствах, связанных с использованием гамма-излучения, строго ограничивается время контакта с источником радиационной опасности.

Для эффективной защиты от гамма-лучей используются материалы, обладающие высокой прочностью. К ним относятся свинец, высокопрочный бетон, свинцовое стекло, определённые виды стали. Эти материалы применяются в сооружении защитных контуров электростанций.

Элементы из этих материалов используются при создании противорадиационных костюмов для сотрудников электростанций, имеющих допуск к источникам радиации.

Все люди, имеющие дело с гамма-излучением, обеспечиваются индивидуальными измерительными приборами.

Ввиду отсутствия естественной чувствительности к радиации, человек может воспользоваться дозиметром, чтобы определить, какую дозу радиации он получил за определённый период.

При получении дозы в 600 рентген человеку грозит смерть в 95% случаев в течение двух недель. Доза в 700 рентген смертельна в 100% случаев.

Из всех видов радиации именно гамма-лучи несут наибольшую опасность для человека. К сожалению, вероятность радиационного заражения существует для каждого. Даже находясь вдали от промышленных предприятий, производящих энергию посредством расщепления атомного ядра, можно подвергнуться опасности облучения.

Читайте также: