В чем измеряется гамма излучение: Что такое радиация и ионизирующее излучение?

Содержание

Радиоактивность и единицы ее измерения

Радиоактивность — самопроизвольный распад неустойчивых ядер некоторых атомов, сопровождающийся испусканием ионизирующего излучения (радиации).

Ионизирующее излучение — поток элементарных частиц или квантов, энергия которых достаточно велика, чтобы вызвать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. Основные виды ионизирую щего излучения — альфа-частицы, бета-лучи, гамма-лучи, рентгеновские лучи, нейтроны.

Альфа-частица — ядро атома гелия, состоит из двух протонов и двух нейтронов. В воздухе пробег альфа-частицы не превышает нескольких сантиметров, в мягких биологических тканях — нескольких десятков микрометров.

Бета-лучи — электроны и позитроны. В воздухе способны пролететь несколько метров, в мягкие ткани могут проникать на расстояние нескольких миллиметров.

Гамма-лучи — кванты электромагнитного излучения высокой энергии с длиной волны короче 0,01 нм. Способны распространяться на большие расстояния.

Рентгеновские лучи — кванты электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 100 нм. Обладают меньшей энергией, чем гамма-лучи. Образуются не только при радиоактивном распаде, но и в рентгеновской трубке.

Нейтроны — нейтральные частицы, вызывают косвенную ионизацию.

***

Единицей измерения радиоактивности служит беккерель (Бк, Bq). Один беккерель равен одному распаду в секунду. Часто используют внесистемную единицу — кюри (Ки, Ci). Один кюри соответствует числу распадов в секунду в 1 грамме радия. 1 Ки = 3,7.1010 Бк.

***

Широко известная внесистемная единица рентген (Р, R) служит для определения экспозиционной дозы. Один рентген соответствует дозе рентгеновского или гамма-излучения, при которой в 1 см3 воздуха образуется 2.109 пар ионов (суммарный заряд ионов равен одной единице заряда в системе СГС). 1 Р = 2, 58

.10-4 Кл/кг.

***

Чтобы оценить действие излучения на вещество, измеряют поглощенную дозу, которая определяется как поглощенная энергия на единицу массы. Единица поглощенной дозы называется рад (от английского radiation absorbed dose). Один рад равен 100 эрг/г. В системе СИ используют другую единицу — грей (Гр, Gy). 1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг.

*

Биологический эффект различных видов излучения неодинаков. Это связано с отличиями в их проникающей способности и характере передачи энергии органам и тканям живого организма. Поэтому для оценки биологических последствий используют биологический эквивалент рентгена — бэр (в английском языке — rem, Roentgen Equivalent of Man). Доза в бэрах эквивалентна дозе в радах, умноженной на коэффициент качества излучения. Для рентгеновских, бета- и гамма-лучей коэффициент качества считается равным единице, то есть бэр соответствует раду. Для альфа-частиц коэффициент качества равен 20 (это означает, что альфа-частицы вызывают в 20 раз более сильное повреждение живой ткани, чем та же поглощенная доза бета- или гамма-лучей). Для нейтронов коэффициент составляет от 5 до 20 в зависимости от энергии. В системе СИ для эквивалентной дозы введена специальная единица, называемая

зиверт (Зв, Sv). 1 Зв = 100 бэр. Эквивалентная доза в зивертах соответствует поглощенной дозе в греях, умноженной на коэффициент качества.

См. в номере на ту же тему

Н. ДОМРИНА — Сквозь призму чернобыля: диалоги о мире и войне.

См. также статью С. Панкратова «Единицы измерения в радиационной физике». «Наука и жизнь» 1986 г., № 9.

Гамма-излучение

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 1014 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 — 1020–10

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

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

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)

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

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
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)

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)

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.

Схема фотоэлектронного умножителя (ФЭУ)

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

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)

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

Обзор в диапазоне жесткого гамма-излучения выполнен космической гамма-обсерваторией «Комптон» (Compton Gamma Ray Observatory, CGRO), которая была запущена по программе NASA «Великие обсерватории» и с 1991 по 2000 год вела наблюдения в диапазоне от 20 кэВ до 30 ГэВ, то есть от жесткого рентгена до жесткого гамма-излучения.

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)

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

Этот обзор в диапазоне мягкого гамма-излучения также выполнен обсерваторией «Комптон» (см. Небо в гамма-лучах с энергией 100 МэВ), а точнее установленным на ней телескопом COMPTEL.

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

Земное применение

Гамма-дефектоскоп

Гамма-дефектоскоп

 

Далее: Рентген

Гамма-излучение — Большая советская энциклопедия

Га́мма-излучение

Коротковолновое электромагнитное излучение. На шкале электромагнитных волн (См. Электромагнитные волны) оно граничит с жёстким рентгеновским излучением, занимая область более высоких частот. Г.-и. обладает чрезвычайно малой длиной волны (λ ≤ 10-8см) и вследствие этого ярко выраженными корпускулярными свойствами, т. е. ведёт себя подобно потоку частиц — гамма-квантов, или Фотонов, с энергией hv (v — частота излучения, h — Планка постоянная).

Г.-и. возникает при распадах радиоактивных ядер, элементарных частиц, при аннигиляции пар частица-античастица, а также при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество.

Г.-и., сопровождающее распад радиоактивных ядер, испускается при переходах ядра из более возбуждённого энергетического состояния в менее возбуждённое или в основное. Энергия γ-кванта равна разности энергий ΔE состоянии, между которыми происходит переход (рис. 1). Испускание ядром γ-кванта не влечёт за собой изменения атомного номера (См. Атомный номер) или массового числа (См. Массовое число), в отличие от др. видов радиоактивных превращений (см. Альфа-распад, Бета-распад). Ширина линий Г.-и. обычно чрезвычайно мала (~10-2эв). Поскольку расстояние между уровнями (от нескольких кэв до нескольких Мэв) во много раз больше ширины линий, спектр Г.-и. является линейчатым, т. е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров Г.-и. позволяет установить энергии возбуждённых состояний ядер (см. Ядерная спектроскопия, Ядро атомное).

Гамма-кванты с большими энергиями испускаются при распадах некоторых элементарных частиц. Так, при распаде покоящегося π°-мезона возникает Г.-и. с энергией ~70 Мэв. Г.-и. от распада элементарных частиц также образует линейчатый спектр. Однако испытывающие распад элементарные частицы часто движутся со скоростями, сравнимыми со скоростью света с. Вследствие этого возникает доплеровское уширение линии (см. Доплера эффект) и спектр Г.-и. оказывается размытым в широком интервале энергии (см. Элементарные частицы).

Г.-и., образующееся при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, вызывается их торможением в кулоновском поле атомных ядер вещества. Тормозное Г.-и., так же как и тормозное рентгеновское излучение, характеризуется сплошным спектром, верхняя граница которого совпадает с энергией заряженной частицы, например электрона. В ускорителях заряженных частиц (См. Ускорители заряженных частиц) получают тормозное Г.-и. с максимальной энергией до нескольких десятков Гэв (см. Тормозное излучение).

В межзвёздном пространстве Г.-и. может возникать в результате соударений квантов более мягкого длинноволнового электромагнитного излучения, например света, с электронами, ускоренными магнитными полями космических объектов. При этом быстрый электрон передаёт свою энергию электромагнитному излучению и видимый свет превращается в более жёсткое Г.-и. (см. Гамма-астрономия).

Аналогичное явление может иметь место в земных условиях при столкновении электронов большой энергии, получаемых на ускорителях, с фотонами видимого света в интенсивных пучках света, создаваемых Лазерами. Электрон передаёт энергию световому фотону, который превращается в γ-квант. Т. о., можно на практике превращать отдельные фотоны света в кванты Г.-и. высокой энергии.

Г.-и. обладает большой проникающей способностью, т. е. может проникать сквозь большие толщи вещества без заметного ослабления. Основные процессы, происходящие при взаимодействии Г.-и. с веществом, — фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), комптоновское рассеяние (комптон-эффект) и образование пар электрон-позитрон. При фотоэффекте происходит поглощение γ-кванта одним из электронов атома, причём энергия γ-кванта преобразуется (за вычетом энергии связи электрона в атоме) в кинетическую энергию электрона, вылетающего за пределы атома. Вероятность фотоэффекта прямо пропорциональна 5-й степени атомного номера элемента и обратно пропорциональна 3-й степени энергии Г.-и. (см. Фотоэффект). Т. о., фотоэффект преобладает в области малых энергий γ-квантов (≤ 100 кэв) на тяжёлых элементах (Pb, U).

При комптон-эффекте (См. Комптона эффект) происходит рассеяние γ-кванта на одном из электронов, слабо связанных в атоме, В отличие от фотоэффекта, при комптон-эффекте γ-квант не исчезает, а лишь изменяет энергию (длину волны) и направление распространения. Узкий пучок гамма-лучей в результате комптон-эффекта становится более широким, а само излучение — более мягким (длинноволновым). Интенсивность комптоновского рассеяния пропорциональна числу электронов в 1 см3 вещества, и поэтому вероятность этого процесса пропорциональна атомному номеру вещества. Комптон-эффект становится заметным в веществах с малым атомным номером и при энергиях Г.-и., превышающих энергию связи электронов в атомах. Так, в случае Pb вероятность комптоновского рассеяния сравнима с вероятностью фотоэлектрического поглощения при энергии ~ 0,5 Мэв. В случае Al комптон-эффект преобладает при гораздо меньших энергиях.

Если энергия γ-кванта превышает 1,02 Мэв, становится возможным процесс образования электрон-позитронных пар в электрическом поле ядер. Вероятность образования пар пропорциональна квадрату атомного номера и увеличивается с ростом hv. Поэтому при hv ~ 10 Мэв основным процессом в любом веществе оказывается образование пар (рис. 2). Обратный процесс аннигиляции электрон-позитронной пары является источником Г.-и. (см. Аннигиляция и рождение пар).

Для характеристики ослабления Г.-и. в веществе обычно пользуются коэффициент поглощения, который показывает, на какой толщине х поглотителя интенсивность I0 падающего пучка Г.-и. ослабляется в е раз:

Гамма-излучение

Здесь μ0 — линейный коэффициент поглощения Г.-и. в см-1. Иногда вводят массовый коэффициент поглощения, равный отношению μ0 к плотности поглотителя. В этих случаях толщину измеряют в г/см2.

Экспоненциальный закон ослабления Г.-и. справедлив для узкого направленного пучка гамма-лучей, когда любой процесс, как поглощения, так и рассеяния, выводит Г.-и. из состава первичного пучка. Однако при высоких энергиях (hv > 10 Мэв) процесс прохождения Г.-и. через вещество значительно усложняется. Вторичные электроны и позитроны обладают большой энергией и поэтому могут, в свою очередь, создавать Г.-и. благодаря процессам торможения и аннигиляции. Т. о. в веществе возникает ряд чередующихся поколений вторичного Г.-и., электронов и позитронов, т. е. происходит развитие каскадного ливня. Число вторичных частиц в таком ливне сначала возрастает с толщиной, достигая максимума. Однако затем процессы поглощения начинают преобладать над процессами размножения частиц и ливень затухает. Способность Г.-и. развивать ливни зависит от соотношения между его энергией и т. н. критической энергией, после которой ливень в данном веществе практически теряет способность развиваться. Эта энергия Екр тем выше, чем легче вещество. Так, для воздуха Екр = 50 Мэв, а для свинца Екр = 5 Мэв.

Для измерения энергии Г.-и. в экспериментальной физике применяются гамма-спектрометры различных типов, основанные большей частью на измерении энергии вторичных электронов. Основные типы спектрометров Г.-и.: магнитные, сцинтилляционные, полупроводниковые, кристалл-дифракционные, (см Гамма-спектрометр, Сцинтилляционный спектрометр, Полупроводниковый спектрометр).

Изучение спектров ядерных Г.-и. даёт важную информацию о структуре ядер. Наблюдение эффектов, связанных с влиянием внешней среды на свойства ядерного Г.-и., используется для изучения свойств твёрдых тел (см. Мёссбауэра эффект, Ориентированные ядра). Г.-и. находит применение в технике, например для обнаружения дефектов в металлических деталях (гамма-дефектоскопия, см. Дефектоскопия). В радиационной химии (См. Радиационная химия) Г.-и. применяется для инициирования химических превращений, например процессов полимеризации. Г.-и. используется в пищевой промышленности для стерилизации продуктов питания. Основными источниками Г.-и. служат естественные и искусственные радиоактивные изотопы, например 226Ra, 60Co и 137Cs, а также электронные ускорители.

Е. М. Лейкин.

Действие на организм Г.-и. подобно действию др. видов ионизирующих излучений (См. Ионизирующие излучения). Г.-и. может вызывать лучевое поражение организма, вплоть до его гибели. Характер влияния Г.-и. зависит от энергии γ-квантов и пространственных особенностей облучения (например, внешнее или внутреннее). Относительная биологическая эффективность (ОБЭ) Г.-и. (эффективность жёсткого рентгеновского излучения принимается за 1) составляет 0,7—0,9. В производств. условиях (хроническое воздействие в малых дозах) ОБЭ Г.-и. принята равной 1.

Г.-и. используется в медицине для лечения опухолей (см. Лучевая терапия), для стерилизации помещений, аппаратуры и лекарственных препаратов (см. Гамма-установка). Г.-и. применяют также для получения мутаций (См. Мутации) с последующим отбором хозяйственно-полезных форм. Так выводят высокопродуктивные сорта микроорганизмов (например, для получения антибиотиков (См. Антибиотики)) и растений. См. также Биологическое действие ионизирующих излучений.

Лит.: Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, пер. с англ., под ред. К. Зигбана, в, 1, М., 1969; Экспериментальная ядерная физика, под ред. Э. Сегре, пер. с англ., т. 1, М., 1955: Гамма-лучи, М. — Л., 1961; Глесстон С., Атом. Атомное ядро. Атомная энергия, пер. с англ., М., 1961.

Гамма-излучение. Рис. 2

Рис.1 к ст. Гамма-излучение.

Гамма-излучение. Рис. 3

Рис. 2. Зависимость коэффициента поглощения гамма-излучения в свинце от энергии γ-квантов Е.

Источник: Большая советская энциклопедия на Gufo.me


Значения в других словарях

  1. гамма-излучение — ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ -я; ср. Физ. Коротковолновое электромагнитное излучение, испускаемое радиоактивными веществами. Г. радия. Толковый словарь Кузнецова
  2. гамма-излучение — гамма-излучение ср. Коротковолновое электромагнитное излучение, испускаемое радиоактивными веществами. Толковый словарь Ефремовой
  3. ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ — (g-излучение), коротковолновое эл.-магн. излучение. Г.-и. обладает чрезвычайно малой длиной волны (l?10-8 см) и вследствие этого — ярко выраженными корпускулярными св-вами, т. е. является потоком ч-ц — гамма-квантов (фотонов) с энергией ?… Физический энциклопедический словарь
  4. гамма-излучение — орф. гамма-излучение, -я Орфографический словарь Лопатина
  5. Гамма-излучение — Фотонное излучение, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер, ядерных превращениях или при аннигиляции частиц; обладает выраженным биологическим действием. Медицинская энциклопедия
  6. гамма-излучение — -я, ср. физ. Коротковолновое электромагнитное излучение, возникающее при распадах радиоактивных ядер, элементарных частиц, при их превращениях в другие частицы в результате столкновения частицы и отвечающей ей античастицы и т. д. Малый академический словарь
  7. гамма-излучение — Га́мм/а/-из/луч/е́ни/е [й/э]. Морфемно-орфографический словарь
  8. ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ — ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ (? -излучение) — коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны < 10-8 см, возникающее при распаде радиоактивных ядер и элементарных частиц, взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом (см. Тормозное излучение) — аннигиляции электронно-позитронных пар и др. Большой энциклопедический словарь
  9. ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ — ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ (гамма-лучи), ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ с очень короткими длинами волн, испускаемое ядрами некоторых РАДИОАКТИВНЫХ АТОМОВ. Научно-технический словарь
  10. гамма-излучение — ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ, гамма-излучения, ср. (спец.). Коротковолновое электромагнитное излучение, испускаемое радиоактивными веществами. Толковый словарь Ожегова
  11. гамма-излучение — сущ., кол-во синонимов: 1 излучение 27 Словарь синонимов русского языка
Гамма-излучение. Рис. 3

Гамма-излучение — Википедия. Что такое Гамма-излучение

Художественная иллюстрация: ядро атома испускает гамма-квант

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[1]. Относится к ионизирующим излучениям, то есть к излучениям, взаимодействие которых с веществом способно приводить к образованию ионов разных знаков[2].

Гамма-излучение представляет собой поток фотонов, имеющих высокую энергию (гамма-квантов). Условно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105эВ, 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[3] в 1900 году при исследовании излучения радия[4][5]. Три компоненты 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[4]. В 1912 году Резерфорд и Эдвард Андраде[en] доказали электромагнитную природу гамма-излучения[4].

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, газовых, полупроводниковых и т. д.).

Использование

Области применения гамма-излучения:

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. 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.).

См. также

Примечания

Литература

Гамма-излучение

ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ
Gamma-radiation

    Гамма-излучение (γ-излучение) – электромагнитное излучение, принадлежащее наиболее высокочастотной (коротковолновой) части спектра электромагнитных волн. Приведем классификацию электромагнитных волн:

Название Длина волны, м Частота, Гц
радиоволны 3·105 — 3 103 — 108
микроволны 3 — 3·10-3 108 — 1011
инфракрасное излучение 3·10-3 — 8·10-7 1011 — 4.1014
видимый свет 8·10-7 — 4·10-7 4·1014 — 8·1014
ультрафиолетовое излучение 4·10-7 — 3·10-9 8·1014 — 1017
рентгеновское излучение 3·10-9 — 10-10 1017 — 3·1018
гамма-излучение < 10-10 > 3·1018

    На шкале электромагнитных волн гамма-излучение соседствует с рентгеновскими лучами, но имеет более короткую длину волны. Первоначально термин “гамма-излучение” относился к тому типу излучения радиоактивных ядер, который не отклонялся при прохождении через магнитное поле, в отличие от α- и β-излучений.
    Условно верхней границей длин волн гамма-излучения, отделяющей его от рентгеновского излучения, можно считать величину 10-10 м. При столь малых длинах волн первостепенное значение имеют корпускулярные свойства излучения. Гамма-излучение представляет собой поток частиц — гамма-квантов или фотонов, с энергиями Е = hν (h – постоянная Планка, равная 4.14·10-15 эВ.сек, ν частота электромагнитных колебаний). Фотоны с энергиями Е > 10 кэВ относят к гамма-квантам. Между длиной волны λ гамма-излучения и его частотой ν существует то же соотношение, что и для других типов электромагнитных волн:

ν·λ = с (с – скорость света).

    Частота гамма-излучения (> 3·1018 Гц) отвечает скоростям электромагнитных процессов, протекающих внутри атомных ядер и с участием элементарных частиц. Поэтому источниками гамма-излучения могут быть атомные ядра и частицы, а также ядерные реакции и реакции между частицами, в частности аннигиляция пар частица-античастица. И наоборот, гамма-излучение может поглощаться атомными ядрами и способно вызывать превращения частиц. Изучение спектров ядерного гамма-излучения и гамма-излучения, возникающего в процессах взаимодействия частиц, дает важную информацию о структуре этих микрообъектов.
    Гамма-излучение может также возникать при торможении быстрых заряженных частиц в среде (тормозное гамма-излучение) или при их движении в сильных магнитных полях (синхротронное излучение).
    Источниками гамма-излучения являются также процессы в космическом пространстве. Космические гамма-лучи приходят от пульсаров, радиогалактик, квазаров, сверхновых звёзд.
    Гамма-излучение ядер испускается при переходах ядра из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, и энергия испускаемого гамма-кванта с точностью до незначительной энергии отдачи ядра равна разности энергий этих состояний (уровней) ядра. Энергия ядерного гамма-излучения обычно лежит в интервале от нескольких кэВ до нескольких МэВ и спектр этого излучения линейчатый, т. е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров ядерного гамма-излучения позволяет определить энергии состояний (уровней) ядра.
    При распадах частиц и реакциях с их участием обычно испускаются гамма-кванты с бoльшими энергиями — десятки-сотни МэВ.
    Гамма-излучение, образующееся при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, вызывается их торможением в кулоновском поле ядер вещества. Тормозное гамма-излучение имеет сплошной, спадающий с ростом энергии спектр, верхняя граница которого совпадает с кинетической энергией заряженной частицы. На ускорителях заряженных частиц получают тормозное гамма-излучение с энергиями до нескольких десятков ГэВ и более.
    Гамма-излучение можно получить при соударении электронов большой энергии от ускорителей с интенсивными пучками видимого света, создаваемых лазерами. При этом электрон передает свою энергию световому фотону, который превращается в гамма-квант. Аналогичное явление может иметь место и в космическом пространстве в результате соударений фотонов с большой длиной волны с быстрыми электронами, ускоренными электромагнитными полями космических объектов.
    Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, т. е. может проходить сквозь большие толщи вещества. Интенсивность узкого пучка моноэнергетических гамма-квантов падает экспоненциально с ростом проходимого им в веществе расстояния. Основные процессы взаимодействия гамма-излучения с веществом — фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), комптоновское рассеяние (комптон-эффект) и образование пар электрон-позитрон. При фотоэффекте гамма-квант выбивает из атома один из его электронов, а сам исчезает. При комптон-эффекте гамма-квант рассеивается на одном из слабо связанных с атомом или свободных электронов вещества. Если энергия гамма-кванта превышает 1.02 МэВ, то возможно его превращение в электрическом поле ядер в пару электрон-позитрон (процесс обратный аннигиляции).

Рис. Зависимость полного коэффициента поглощения гамма-излучения в свинце и алюминии от энергии (сплошные линии). Поглощение за счёт фотоэффекта в алюминии пренебрежимо мало при рассматриваемых энергиях. Пунктирные линии − отдельные вклады, вносимые в полный коэффициент поглощения фотоэффектом, комптоновским рассеянием, рождением пар для свинца.

    Гамма-излучение используется в технике (напр., дефектоскопия), радиационной химии (для инициирования химических превращений, напр., при полимеризации), сельском хозяйстве и пищевой промышленности (мутации для генерации хозяйственно-полезных форм, стерилизация продуктов), в медицине (стерилизация помещений, предметов, лучевая терапия) и др.


 

 

Что такое гамма-лучи? | Живая наука

Гамма-излучение — это форма электромагнитного излучения, так же как и радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и микроволны. Гамма-лучи можно использовать для лечения рака, а гамма-всплески изучаются астрономами.

Электромагнитное (ЭМ) излучение передается волнами или частицами с разными длинами волн и частотами. Этот широкий диапазон длин волн известен как электромагнитный спектр. Спектр обычно делится на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты.9 дюймов. (Пикометр составляет одну триллионную часть метра.)

Гамма-лучи и жесткое рентгеновское излучение перекрываются в электромагнитном спектре, что может затруднить их различение. В некоторых областях, таких как астрофизика, в спектре проводится произвольная линия, где лучи с длиной волны выше определенной классифицируются как рентгеновские лучи, а лучи с более короткими длинами волн классифицируются как гамма-лучи. И гамма-лучи, и рентгеновские лучи обладают достаточной энергией, чтобы вызвать повреждение живой ткани, но почти все космические гамма-лучи блокируются атмосферой Земли.

Открытие гамма-лучей

Гамма-лучи были впервые обнаружены в 1900 году французским химиком Полем Вилларом, когда он исследовал излучение радия, согласно Австралийскому агентству радиационной защиты и ядерной безопасности (ARPANSA). Спустя несколько лет химик и физик из Новой Зеландии Эрнест Резерфорд предложил название «гамма-лучи», следуя порядку альфа-лучей и бета-лучей — названия, данные другим частицам, которые образуются во время ядерной реакции, — и название прижилось. ,

Источники гамма-излучения и эффекты

Гамма-лучи образуются в основном в результате четырех различных ядерных реакций: синтеза, деления, альфа-распада и гамма-распада.

Ядерный синтез — это реакция, которая приводит в действие солнце и звезды. Это происходит в многоступенчатом процессе, в котором четыре протона или ядра водорода при экстремальной температуре и давлении вынуждены слиться в ядро ​​гелия, которое состоит из двух протонов и двух нейтронов. Получающееся в результате ядро ​​гелия примерно на 0,7% менее массивно, чем четыре протона, которые вступили в реакцию.2, примерно две трети этой энергии испускается в виде гамма-лучей. (Остальное находится в форме нейтрино, которые представляют собой чрезвычайно слабо взаимодействующие частицы с почти нулевой массой.) ​​На более поздних стадиях жизни звезды, когда у нее заканчивается водородное топливо, она может образовывать все более массивные элементы посредством синтеза, вплоть до до и включая железо, но эти реакции производят уменьшающееся количество энергии на каждой стадии.

Еще один известный источник гамма-излучения — ядерное деление. Национальная лаборатория Лоуренса Беркли определяет ядерное деление как разделение тяжелого ядра на две примерно равные части, которые затем являются ядрами более легких элементов.2, в виде кинетической энергии меньших ядер, нейтрино и гамма-лучей.

Другими источниками гамма-излучения являются альфа-распад и гамма-распад. Альфа-распад происходит, когда тяжелое ядро ​​испускает ядро ​​гелия-4, уменьшая его атомный номер на 2 и его атомный вес на 4. Этот процесс может оставить ядро ​​с избыточной энергией, которая испускается в форме гамма-излучения. Гамма-распад происходит, когда в ядре атома слишком много энергии, из-за чего он испускает гамма-излучение без изменения своего заряда или массового состава.

Художественное впечатление от гамма-всплеска. (Изображение предоставлено НАСА)

Гамма-терапия

Гамма-лучи иногда используются для лечения раковых опухолей в организме путем повреждения ДНК опухолевых клеток. Однако следует проявлять большую осторожность, потому что гамма-лучи также могут повредить ДНК окружающих здоровых тканевых клеток.

Один из способов максимизировать дозу облучения раковых клеток при минимальном воздействии на здоровые ткани — направить несколько пучков гамма-лучей от линейного ускорителя или линейного ускорителя на целевую область со многих различных направлений.Это принцип действия методов лечения CyberKnife и Gamma Knife.

В радиохирургии с гамма-ножом используется специальное оборудование для фокусировки около 200 крошечных пучков излучения на опухоли или другой цели в мозге. По данным Mayo Clinic, каждый отдельный луч оказывает очень небольшое влияние на ткань мозга, через которую проходит, но сильная доза радиации попадает в точку, где встречаются лучи.

Гамма-астрономия

Одним из наиболее интересных источников гамма-излучения являются гамма-всплески (GRB).Это события с чрезвычайно высокой энергией, которые длятся от нескольких миллисекунд до нескольких минут. Впервые их наблюдали в 1960-х годах, а сейчас их наблюдают где-то в небе примерно раз в день.

Согласно НАСА, гамма-всплески являются «самой энергичной формой света». Они светят в сотни раз ярче типичных сверхновых и примерно в миллион триллионов раз ярче Солнца.

По словам Роберта Паттерсона, профессора астрономии из Университета штата Миссури, когда-то считалось, что гамма-всплески возникают на последних стадиях испарения мини-черных дыр.Теперь считается, что они возникают в результате столкновений компактных объектов, таких как нейтронные звезды. Другие теории связывают эти события с коллапсом сверхмассивных звезд с образованием черных дыр.

В любом случае гамма-всплески могут производить достаточно энергии, чтобы за несколько секунд они могли затмить всю галактику. Поскольку атмосфера Земли блокирует большинство гамма-лучей, их можно увидеть только с помощью высотных аэростатов и орбитальных телескопов.

Дополнительная литература:

Эта статья была обновлена ​​ноябрь.29 января 2018 г., автор Live Science Contributor, Мередит Фор.

,

гамма-излучения. Что это такое и побочные эффекты гамма-излучения

Гамма-излучение: краткая справка

Гамма-частицы состоят из энергетических фотонов и были обнаружены Полом Виллардом в 1900 году, когда он исследовал гамма-излучение, исходящее от радия. Эти частицы представляют собой форму ионизирующего излучения и могут быть опасны для людей, животных и растений. Распад атомного ядра понижается с высоких уровней энергии до более низких энергий. Этот процесс называется гамма-распадом, который порождает гамма-излучение.Ядро высвобождает частицы, уменьшая свою энергию.

Gamma radiation

Радиационная гамма

Как производится гамма-излучение

Обычно гамма-частицы, которые выделяются во время гамма-распада, радиоактивны, поэтому в них достаточно энергии, чтобы причинить вред. Он имеет способность повреждать физическую структуру и вызывать генетические мутации. Из-за способности разрушать естественные связи в человеческом теле, он потенциально может нанести большой вред и вызвать множество серьезных проблем со здоровьем.Некоторые из проблем со здоровьем могут быть острыми, и повреждения невозможно исправить с помощью естественного процесса восстановления организма. Обычно это происходит при длительном воздействии, которое накапливается и вызывает серьезные проблемы со здоровьем.

Что может остановить гамма-излучение?

Гамма-излучение может распространяться очень быстро со скоростью света, и вероятность проникновения очень высока. Он может пробить даже металл и нанести вред. Несмотря на то, что эти лучи опасны при высокой экспозиции, они все еще используются в области медицины для лечения рака и для оборудования для визуализации, такого как рентгеновские лучи.Величину вашего воздействия можно измерить только с помощью счетчика Гейгера и определить, что может остановить гамма-излучение. По этой причине во время рентгенологического процесса вы будете использовать свинцовый фартук. Обычно вам потребуется 3 метра бетона, чтобы предотвратить проникновение гамма-излучения.

Gamma radiations

Гамма-излучение в США

Побочные эффекты гамма-излучения

Некоторые из возможных проблем, связанных с сильным воздействием гамма-излучения, включают лучевую болезнь. Это также известно как радиационное отравление.Некоторыми из признаков гамма-излучения могут быть тошнота, рвота, кровотечение, язвы во рту, тошнота, диарея и выпадение волос. Лучевая болезнь была очень распространена после бомбардировок Хиросимы, а также Нагасаки. Это также обычное дело после аварии на атомной электростанции, например, в Чернобыле. Лучевая болезнь может возникнуть при быстром воздействии высоких уровней радиации.

Даже если вам назначили гамма-излучение для лечения болезни, вы все равно можете испытывать побочные эффекты от него, даже если оно должно было помочь вам.Иногда вы можете увидеть изменение на коже, которое может быть от легкого до сильного покраснения, но иногда оно может быть темным, как ожог. Так же, как симптомы лучевой болезни, у вас могут быть пациенты, принимающие это лечение. Этот тип воздействия также может повредить количество имеющихся у вас клеток крови, что приведет к их снижению. Эти эффекты обычно непродолжительны, но есть вероятность, что они будут иметь долгосрочные последствия. Другие эффекты включают слабость костей, затруднение глотания и сухость во рту. Это также может вызвать проблемы с бесплодием у мужчин и женщин.

Chernobyl Tours

☢ Пожалуйста, поддержите нас LIKE 🙂 ПОЖАЛУЙСТА ☢ .

Измерение радиации | технология | Britannica

Измерение радиации , метод определения интенсивности и характеристик ионизирующего излучения, такого как альфа, бета и гамма-лучи или нейтроны, с целью измерения.

Термин «ионизирующее излучение» относится к тем субатомным частицам и фотонам, энергия которых достаточна, чтобы вызвать ионизацию вещества, с которым они взаимодействуют. Процесс ионизации заключается в удалении электрона из изначально нейтрального атома или молекулы.Для многих материалов минимальная энергия, необходимая для этого процесса, составляет около 10 электрон-вольт (эВ), и это может быть принято как нижний предел диапазона энергий ионизирующего излучения. Наиболее распространенные типы ионизирующего излучения характеризуются энергиями частиц или квантов, измеряемыми в тысячах или миллионах электрон-вольт (кэВ или МэВ, соответственно). В верхней части шкалы энергий настоящее обсуждение будет ограничено теми излучениями с энергией квантов менее примерно 20 МэВ.Этот диапазон энергии охватывает общие типы ионизирующего излучения, встречающиеся в системах радиоактивного распада, деления и синтеза, а также в медицинских и промышленных применениях радиоизотопов. Это исключает режим физики частиц высоких энергий, в котором энергии квантов могут достигать миллиардов или триллионов электрон-вольт. В этой области исследований, как правило, используются гораздо более массивные и специализированные детекторы, чем те, которые обычно используются для излучения с более низкой энергией.

Радиационные взаимодействия в веществе

Для целей данного обсуждения удобно разделить различные типы ионизирующего излучения на две основные категории: те, которые несут электрический заряд, и те, которые не имеют.В первую группу входят излучения, которые обычно рассматриваются как отдельные субатомные заряженные частицы. Такое излучение появляется, например, как альфа-частицы, которые самопроизвольно испускаются при распаде некоторых нестабильных тяжелых ядер. Эти альфа-частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов и несут положительный электрический заряд в две единицы. Другой пример — бета-отрицательное излучение, также испускаемое при распаде некоторых радиоактивных ядер. В этом случае каждый ядерный распад производит быстрый электрон, который несет отрицательный заряд в одну единицу.Напротив, существуют другие типы ионизирующего излучения, не несущие электрического заряда. Распространенными примерами являются гамма-лучи, которые могут быть представлены как высокочастотные электромагнитные фотоны, и нейтроны, которые классически изображаются как субатомные частицы, не несущие электрического заряда. В обсуждениях ниже термин квант обычно используется для обозначения отдельной частицы или фотона, независимо от его типа.

Только заряженные излучения постоянно взаимодействуют с веществом, и поэтому они являются единственными типами излучения, которые непосредственно обнаруживаются в устройствах, описанных здесь.Напротив, незаряженные кванты должны сначала подвергнуться серьезному взаимодействию, которое преобразует всю или часть их энергии во вторичные заряженные излучения. Свойства исходного незаряженного излучения могут быть затем выведены путем изучения произведенных заряженных частиц. Эти основные взаимодействия происходят очень редко, поэтому нередко незаряженное излучение преодолевает расстояния в несколько сантиметров через твердые материалы до того, как такое взаимодействие произойдет. Поэтому инструменты, предназначенные для эффективного обнаружения этих незаряженных квантов, обычно имеют относительно большую толщину, чтобы увеличить вероятность наблюдения результатов такого взаимодействия в объеме детектора.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего 1768 First Edition с подпиской. Подпишитесь сегодня

Термин «тяжелая заряженная частица» относится к тем энергичным частицам, масса которых равна одной атомной единице массы или больше. В эту категорию входят альфа-частицы, а также протоны, дейтроны, осколки деления и другие энергичные тяжелые частицы, часто производимые в ускорителях. Эти частицы несут по крайней мере один электронный заряд, и они взаимодействуют с веществом в первую очередь через кулоновскую силу, которая существует между положительным зарядом на частице и отрицательным зарядом на электронах, которые являются частью материала поглотителя.В этом случае сила притяжения между двумя противоположными зарядами. Когда заряженная частица проходит рядом с электроном в поглотителе, она передает электрону небольшую часть своего импульса. В результате заряженная частица немного замедляется, и электрон (который первоначально был почти в состоянии покоя) забирает часть своей кинетической энергии. В любой момент времени заряженная частица одновременно взаимодействует со многими электронами в материале поглотителя, и конечный результат всех кулоновских сил действует как вязкое сопротивление на частицу.С того момента, как она попадает в поглотитель, частица непрерывно замедляется, пока не остановится. Поскольку заряженная частица в тысячи раз массивнее, чем электроны, с которыми она взаимодействует, она относительно мало отклоняется от прямолинейного пути, когда приходит в состояние покоя. Время, которое проходит до остановки частицы, колеблется от нескольких пикосекунд (1 × 10 –12 секунд) в твердых или жидких телах до нескольких наносекунд (1 × 10 –9 секунд) в газах.Эти времена достаточно малы, чтобы время остановки можно было рассматривать как мгновенное для многих целей, и это приближение предполагается в следующих разделах, которые описывают реакцию детекторов излучения.

Некоторые характеристики процесса замедления частиц важны для понимания поведения детекторов излучения. Во-первых, среднее расстояние, которое проходит частица до остановки, называется ее средней дальностью. Для данного материала средний диапазон увеличивается с увеличением начальной кинетической энергии заряженной частицы.Типичные значения для заряженных частиц с начальной энергией в несколько МэВ составляют десятки или сотни микрометров в твердых или жидких телах и несколько сантиметров в газах при обычных температуре и давлении. Второе свойство — это удельные потери энергии в данной точке на треке (пути) частицы. Эта величина измеряет дифференциальную энергию, выделяемую на единицу длины пути ( dE / dx ) в материале; это также функция энергии частицы. В общем, когда частица замедляется и теряет энергию, значение dE / dx имеет тенденцию к увеличению.Таким образом, плотность, с которой энергия выделяется в поглотителе вдоль траектории частицы, имеет тенденцию к увеличению по мере ее замедления. Среднее значение dE / dx для заряженных частиц относительно велико из-за их короткого пробега, и их часто называют высокими dE / dx излучениями.

Взаимодействие быстрых электронов

Энергичные электроны (например, бета-отрицательные частицы), поскольку они несут электрический заряд, также взаимодействуют с электронами в материале поглотителя посредством кулоновской силы.В этом случае сила является скорее отталкивающей, чем притягивающей, но конечные результаты аналогичны тем, которые наблюдаются для тяжелых заряженных частиц. Быстрый электрон испытывает кумулятивный эффект множества одновременных кулоновских сил и подвергается непрерывному замедлению, пока не остановится. По сравнению с тяжелой заряженной частицей расстояние, которое проходит быстрый электрон, во много раз больше при эквивалентной начальной энергии. Например, бета-частица с начальной энергией 1 МэВ перемещается на один или два миллиметра в типичных твердых телах и на несколько метров в газах при стандартных условиях.Кроме того, поскольку быстрый электрон имеет гораздо меньшую массу, чем тяжелая заряженная частица, его гораздо легче отклонить на своем пути. Типичный трек быстрых электронов значительно отклоняется от прямой линии, и отклонения на большие углы не редкость. Поскольку быстрый электрон может пройти в данном материале, возможно, в 100 раз дальше, чем тяжелая заряженная частица с той же начальной энергией, его энергия гораздо менее плотно депонируется вдоль его пути. По этой причине быстрые электроны часто называют низкими излучениями dE / dx .

Есть еще одно существенное отличие потерь энергии быстрых электронов от потерь энергии тяжелых заряженных частиц. При отклонении на большой угол быстрые электроны могут излучать часть своей энергии в виде электромагнитного излучения, известного как тормозное излучение или тормозное излучение. Эта форма излучения обычно попадает в рентгеновскую область спектра. Доля энергии быстрых электронов, теряемая в виде тормозного излучения, составляет менее 1 процента для электронов низкой энергии в легких материалах, но становится гораздо большей долей для электронов высокой энергии в материалах с высокими атомными номерами.

.

гамма-лучей | Управление научной миссии

Более яркие цвета в области Cygus указывают на большее количество гамма-лучей, обнаруженных космическим гамма-телескопом Ферми. Предоставлено: NASA / DOE / International LAT Team

.
ИСТОЧНИКИ ГАММА-ЛУЧЕЙ

Гамма-лучи имеют наименьшую длину волны и наибольшую энергию среди всех волн электромагнитного спектра. Их производят самые горячие и самые энергичные объекты во Вселенной, такие как нейтронные звезды и пульсары, взрывы сверхновых и области вокруг черных дыр.На Земле гамма-волны генерируются ядерными взрывами, молниями и менее драматической активностью радиоактивного распада.

ОБНАРУЖЕНИЕ ГАММА-ЛУЧЕЙ

В отличие от оптического света и рентгеновских лучей, гамма-лучи не могут улавливаться и отражаться зеркалами. Длины волн гамма-излучения настолько малы, что могут проходить через пространство внутри атомов детектора. Детекторы гамма-излучения обычно содержат плотно упакованные кристаллические блоки. Проходя гамма-лучи, они сталкиваются с электронами в кристалле.Этот процесс называется комптоновским рассеянием, когда гамма-излучение ударяет электрон и теряет энергию, подобно тому, как это происходит, когда биток ударяется о восьмерку. Эти столкновения создают заряженные частицы, которые могут быть обнаружены датчиком.

ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ

Гамма-всплески являются наиболее мощными и яркими электромагнитными событиями со времен Большого взрыва и могут высвободить больше энергии за 10 секунд, чем наше Солнце излучает за все ожидаемое время жизни в 10 миллиардов лет! Гамма-астрономия предоставляет уникальные возможности для исследования этих экзотических объектов.Исследуя Вселенную при этих высоких энергиях, ученые могут искать новую физику, проверять теории и проводить эксперименты, которые невозможны в лабораториях, связанных с Землей.

Если бы мы могли видеть гамма-лучи, ночное небо выглядело бы странным и незнакомым. Знакомый вид постоянно сияющих созвездий сменится постоянно меняющимися всплесками высокоэнергетического гамма-излучения, которые длятся от долей секунды до минут, вспыхивают, как космические лампы-вспышки, на мгновение доминируют в гамма-лучах неба, а затем исчезают.

Спутник НАСА Swift зафиксировал гамма-взрыв, вызванный черной дырой, родившейся на расстоянии 12,8 миллиарда световых лет (внизу). Этот объект входит в число самых далеких когда-либо обнаруженных объектов.

Авторы и права: НАСА / Свифт / Стефан Иммлер и др.

СОСТАВ ПЛАНЕТ

Ученые могут использовать гамма-лучи для определения элементов на других планетах. Гамма-спектрометр (GRS) «Поверхность Меркурия, космическая среда, геохимия и дальность» (MESSENGER) может измерять гамма-лучи, испускаемые ядрами атомов на поверхности планеты Меркурий, пораженных космическими лучами.Под воздействием космических лучей химические элементы в почве и горных породах испускают однозначно идентифицируемые сигнатуры энергии в виде гамма-лучей. Эти данные могут помочь ученым искать геологически важные элементы, такие как водород, магний, кремний, кислород, железо, титан, натрий и кальций.

Гамма-спектрометр на орбитальном аппарате NASA Mars Odyssey Orbiter обнаруживает и наносит на карту эти сигнатуры, такие как эта карта (ниже), показывающая концентрации водорода в почвах на поверхности Марса.

Кредит: НАСА / Центр космических полетов Годдарда, Студия научной визуализации

ГАММА-ЛУЧ НЕБО

Гамма-лучи также исходят от звезд, сверхновых, пульсаров и аккреционных дисков черных дыр, омывая наше небо гамма-излучением.Эти потоки гамма-излучения были получены с помощью космического гамма-телескопа Ферми НАСА, чтобы нанести на карту галактику Млечный Путь, создав полный 360-градусный вид галактики с нашей точки зрения здесь, на Земле.

Предоставлено: НАСА / Министерство энергетики / Международная группа LAT

.
ПОЛНОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ

Составное изображение остатка сверхновой Cas A ниже показывает полный спектр на одном изображении. Гамма-лучи от Ферми показаны пурпурным цветом; Рентгеновские лучи из обсерватории Чандра имеют синий и зеленый цвета.Данные о видимом свете, полученные космическим телескопом Хаббл, отображаются желтым цветом. Инфракрасные данные космического телескопа Spitzer показаны красным; и радиоданные из очень большого массива отображаются оранжевым цветом.

Предоставлено: NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration, CXC / SAO / JPL-Caltech / Steward / O. Krause et al. И NRAO / AUI

Начало страницы | Далее: Радиационный бюджет Земли


Цитата
APA

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Управление научных миссий.(2010). Гамма лучи. Получено [вставить дату — например, 10 августа 2016 г.] , с веб-сайта NASA Science: http://science.nasa.gov/ems/12_gammarays

MLA

Управление научной миссии. «Гамма-лучи» NASA Science . 2010. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. [укажите дату — например, 10 августа 2016 г.] http://science.nasa.gov/ems/12_gammarays

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.