Гамма излучение что это
Гамма-излучение
мягкое
энергия E — от 100 кэВ = 10 5 эВ
температураТ — от 20 млн К
частота ν (ню) — от 2 ·10 19 Гц
длина волны λ (лямбда) —
жесткое
E — от 10 МэВ = 10 7 эВ
Т — от 2 ·10 10 К
ν — от 2 ·10 21 Гц
λ — до 10 –13 м
сверхвысоких энергий
E — от 100 ГэВ = 10 11 эВ
Т — от 2 ·10 14 К
ν — от 2 ·10 25 Гц
λ — до 10 –17 м
ультравысоких энергий
E — от 100 ТэВ = 10 14 эВ
Т — от 2 ·10 17 К
ν — от 2 ·10 28 Гц
λ — до 10 –20 м
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)
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)
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.
Гамма излучение что это
Гамма-лучи — это фотоны, освобождающиеся при распаде атомных ядер радиоактивных изотопов, например цезия ( l37 Cs), кобальта ( 60 Со). Рентгеновское излучение представляет собой фотоны, образовавшиеся в электрическом поле в результате бомбардировки электронами мишени, например, из вольфрама (таков принцип работы линейного ускорителя).
Когда быстро летящие электроны приближаются к ядру вольфрама достаточно близко, они притягиваются к нему и изменяют траекторию движения. Изменение направления вызывает замедление движения, и кинетическая энергия переходит в фотоны тормозного рентгеновского излучения. Фотоны этого излучения имеют различный диапазон энергии, от нуля до максимума, который зависит от кинетической энергии бомбардирующих электронов.
Такие аппараты, как бетатрон и линейный ускоритель, генерируют электроны с высокой кинетической энергией и поэтому продуцируют рентгеновское излучение с высокой энергией. В дополнение к фотонам тормозного излучения образуются характеристические фотоны, т. к. атомы стремятся заполнить образовавшиеся свободные электронные орбитали. Гамма-лучи и рентгеновские лучи можно собирательно назвать фотонами; для лечебных целей больший интерес представляютзначения энергии, способы подведения фотонов к мишени, но не их источники.
Взаимодействие фотонов гамма-лучей и рентгеновского излучения
Следующие шесть механизмов лежат в основе взаимодействия фотонов с веществом:
1) комптоновское рассеяние;
2) фотоэлектрическое поглощение;
3) образование пар;
4) образование триплетов;
5) фотохимический распад;
6) когерентное рассеяние (без передачи энергии).
Эффект Комптона — основной механизм взаимодействия фотонов с веществом, который используется в современной лучевой терапии (ЛТ). Когда фотон пучка линейного ускорителя взаимодействует с электронами внешних атомных орбиталей, часть энергии фотона передается электрону в виде кинетической энергии. Фотон изменяет направление движения, его энергия уменьшается. Выброшенный электрон летит и, отдавая энергию, выбивает другие электроны.
Результатом такого запуска и развития эффекта накопления при облучении пучками фотонов с большой энергией, измеряемой в мегавольтах, служит низкий повреждающий эффект кожи, т. к. в поверхностных тканях при этом происходят минимальные изменения. Старые модели аппаратов не обеспечивали подобную защиту кожных покровов.
Фотоэлектрический эффект наблюдается при более низких энергиях и используется в аппаратах, применяющихся в диагностической рентгенологии. При этом взаимодействии налетающий фотон полностью поглощается электроном внутренней оболочки, и последний вылетает с кинетической энергией, равной энергии фотона за вычетом энергии, затраченной на соединение с ним. Электрон внешней оболочки «проваливается» на освободившееся место. Поскольку этот электрон меняет орбиту, приближаясь к ядру, его энергия уменьшается, а избыток освобождается в виде фотона, который называют характеристическим.
При образовании пар фотоны с энергией более 1,02 МэВ взаимодействуют с сильным электрическим полем ядра и теряют всю энергию столкновения. Энергия столкновения фотона переходит в вещество в форме позитрон-электронной пары. Если это происходит в поле электронной орбитали, то образуется три частицы и такое взаимодействие называют формированием триплета.
И последнее, при фотохимическом распаде фотон с большой энергией влетает в ядро и выбивает нейтрон, протон или а-частицу. Это явление указывает на необходимость создания защиты при установке линейных ускорителей, дающих энергию более 15 МэВ.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Гамма-излучение
Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны — −3 нм и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.
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.
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 (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).
Содержание
Физические свойства
Гамма-лучи, в отличие от α-лучей и β-лучей, не отклоняются электрическими и магнитными полями, 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:
Использование
Области применения гамма-излучения:
Детектирование
Зарегистрировать гамма-кванты можно с помощью ряда ядерно-физических детекторов ионизирующего излучения (сцинтилляционных, газовых, полупроводниковых и т. д.).
Биологические эффекты
Облучение гамма-квантами в зависимости от дозы и продолжительности может вызвать хроническую и острую лучевые болезни. 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
Полезное
Смотреть что такое «Гамма-излучение» в других словарях:
Гамма-излучение — (g излучение), коротковолновое электромагнитное излучение (длина волны l … Иллюстрированный энциклопедический словарь
гамма-излучение — (см. гамма) гамма лучи электромагнитное излучение, испускаемое радиоактивными веществами (см. также альфа лучи и бета лучи); гамма излучение той же природы, что и рентгеновског излучение, но с гораздо меньшей длиной волны и большей проникающей… … Словарь иностранных слов русского языка
ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ — поток фотонов с очень высокой частотой, что соответствует короткой длине волны (10 12 м). Энергия гамма фотонов имеет порядок 1 МэВ. Ионизирующая способность гамма лучей невелика (1 2 пары ионов на 1 см “пробега”). Гамма лучи являются одним из… … Экологический словарь
ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ — (гамма лучи), ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ с очень короткими длинами волн, испускаемое ядрами некоторых РАДИОАКТИВНЫХ АТОМОВ. Обладает очень высокой энергией; по проникающей способности выше, чем РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ, поэтому вещества, обладающие… … Научно-технический энциклопедический словарь
гамма-излучение — Фотонное излучение, возникающее в процессе ядерных превращений или при аннигиляции частиц. [РМГ 78 2005] гамма излучение Электромагнитное ионизирующее излучение, эмитируемое особыми радиоактивными материалами [Система неразрушающего контроля.… … Справочник технического переводчика
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… … Большой Энциклопедический словарь
ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ — ГАММА ИЗЛУЧЕНИЕ, гамма излучения, ср. (спец.). Коротковолновое электромагнитное излучение, испускаемое радиоактивными веществами. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
Гамма-излучение — (вид ионизирующего излучения) Gamma radiation электромагнитное излучение, испускаемое при радиоактивном распаде и ядерных реакциях, распространяющееся со скоростью света и обладающее большой энергией и проникающей способностью. Эффективно… … Термины атомной энергетики
Гамма-излучение — (γ излучение) коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны Российская энциклопедия по охране труда
гамма-излучение — гамма излучение; отрасл. гамма лучи Квантовое излучение атомных ядер … Политехнический терминологический толковый словарь
Гамма-излучение
Гамма-излучение – это электромагнитное излучение с очень короткой длиной волны, менее 0,1 нм (1 А), испускаемое возбужденными атомными ядрами при радиоактивных превращениях и ядерных реакциях (взрывах), а также возникающее при торможении заряженных частиц в веществе, их распаде, при аннигиляции пар «частица-античастица», при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, в лазерных пучках света, в межзвездном пространстве.
Основными источниками Г.и. служат естественные и искусственные радиоактивные изотопы радия, кобальта, цезия и др. химических элементов. Гамма-лучи (γ-лучи) принято рассматривать как поток частиц — γ-квантов, а не электромагнитных волн, т.к. волновые свойства заметно проявляются лишь у самых длинноволновых гамма-лучей, корпускулярные же их свойства выражены достаточно отчетливо. Г.и. не отклоняется в магнитном поле и, следовательно, не имеет электрического заряда. Оно идентифицировано как жесткое (т.е. имеющее очень высокую энергию) электромагнитное излучение. Г.и. испускается при переходах ядра из более возбужденного энергетического состояния в менее возбужденное или основное.
Энергия γ-кванта равна разнице энергий состояний, между которыми происходит переход. Испускание ядром γ-кванта не влечет за собой изменения атомного номера или массового числа, в отличие от др. радиоактивных излучений (α-, β-распадов). Г.и. обладает большей проникающей способностью, чем альфа и бета-излучение, т.е. может проходить через большие толщины 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». Действие Г.и. на организм аналогично действию др. ионизирующих излучений, вызывает в зависимости от дозы лучевое поражение вплоть до гибели. Характер воздействия Г.и. зависит от энергии γ-квантов и пространственных особенностей излучения (внутреннее, внешнее). Повреждения организма радиоактивными излучениями могут носить наследственный характер. Воздействие Г.и. на растения, животных и микроорганизмы может вызывать образование мутаций. Относительная биологическая эффективность Г.и. составляет 0,7—0,9 от эффективности жесткого рентгеновского излучения, принятого равной 1. Предупреждение опасного воздействия Г.и. достигается снижением риска аварий на радиационноопасном объекте с выбросом радиоактивных веществ, построением защитных систем от ионизирующих излучений естественного и искусственного происхождения, регламентацией интенсивности и доз облучения, проведением реабилитационно-восстановительных процедур. Ликвидация последствий аварий и катастроф с источниками ионизирующих излучений (в т.ч. Г.и.) — одна из самых сложных задач специальных и общих служб ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Источник: Гражданская защита: Энциклопедия в 4 томах. Том I (А–И); под общей редакцией С.К. Шойгу; МЧС России. – М.: Московская типография № 2, 2006.
Гамма-излучение
Художественная иллюстрация: ядро атома испускает гамма-квант.
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.
1 кэВ до десятков МэВ), при ядерных реакциях (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 ). 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.
Содержание
Физические свойства
Детектирование
Использование
Области применения гамма-излучения:
Биологические эффекты
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.).