Promieniowanie gamma

Wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego. Za promieniowanie gamma uznaje się promieniowanie o energii kwantu większej od 50 keV. Zakres ten częściowo pokrywa się z zakresem promieniowania rentgenowskiego. W wielu publikacjach rozróżnienie promieniowania gamma oraz promieniowania X opiera się na ich źródłach, a nie na długości fali. Promieniowanie gamma wytwarzane jest w wyniku przemian jądrowych albo zderzeń jąder lub cząstek subatomowych, a promieniowanie rentgenowskie - w wyniku zderzeń elektronów z atomami. Promieniowanie gamma jest promieniowaniem jonizującym i przenikliwym. Nazwa promieniowania gamma pochodzi od greckiej litery γ.

Źródła promieniowania gamma

§                     Reakcja jądrowa – jądra atomowe izotopów promieniotwórczych po rozpadzie znajdują się w stanie wzbudzonym. Powrót do stanu podstawowego, o niższej energii, powoduje emisję fotonu gamma.

§                     Nukleosynteza – dwa jądra atomowe zderzają się, tworząc nowe jądro w stanie wzbudzonym. Jego przejściu do stanu podstawowego może towarzyszyć emisja jednego lub wielu kwantów gamma.

§                     Anihilacja – zderzenie cząstki i antycząstki, np. elektronu i pozytonu, powoduje zniknięcie obu tych cząstek i emisję co najmniej dwóch fotonów gamma.

§                     Rozpady cząstek elementarnych – fotony gamma mogą być produktami rozpadu wielu nietrwałych cząstek elementarnych, np. neutralny pion rozpada się najczęściej na dwa fotony.

§                     Promieniowanie hamowania i promieniowanie synchrotronowe – wysokoenergetyczne cząstki naładowane (najczęściej elektrony) poruszające się w silnym polu elektrycznym, np. jąder atomowych, lub polu magnetycznym mogą emitować fotony promieniowania gamma.

§                     Odwrotne rozpraszanie Comptona – wysokoenergetyczne elektrony mogą zderzać się z nisko energetycznymi fotonami (np. promieniowania tła) i przekazywać im energię, zmieniając je w kwanty gamma.

Detekcja promieniowania gamma

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

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

Przenikliwość promieniowania alfa, beta i gamma

1. Promieniowanie alfa

Emisja cząstek alfa. Jądro emitujące cząstkę alfa traci dwa protony i dwa neutrony. Ponieważ cząstka alfa unosi ze sobąładunek dodatni, emisji towarzyszy zmiana ładunku jądra na ujemny. Cząstki alfa wylatują z jądra z dużą energią, jednak tracą jąszybko przy przechodzeniu przez materię i do ich wyhamowania wystarczą dwie kartki papieru.

2. Promieniowanie beta

Emisja szybkich elektronów o ładunku ujemnym, zwanych cząstkami beta. Niekórym rozpadom towarzyszy emisja elektronów o ładunku dodatnim, zwanych pozytonami. Promieniowanie beta rozchodzi sięz prędkościami bliskimi prędkości światła. Jego przenikliwość jest blisko 100- krotnie większa niż przenikliwość promieniowania alfa.

3. Promieniowanie gamma

Jest to forma promieniowania elektromagnetycznego o długości fali któtszej niż promieniowanie rentgenowskie. Promieniowanie gamma rozchodzi się z prędkością światła na duże odległości. Nie jest obdarzone ładunkiem elektrycznym. Nie zmienia składu emitującego je jądra. Ma większą zdolność do przenikania materii niż pormieniowanie alfa i beta.

W wybuchu jądrowym

Grubość warstwy materiału redukującej natężenie promieniowania gamma o połowę

Materiał	Grubość mm
	Energia 662 keV	Energia 284 keV
Ołów	63,5	35,6
Stal	172,7	94,0
Beton	533,4	355,6

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

Zastosowania

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