Гамма-випромінювання
Га́мма-випромі́нення, гамма-промені — короткохвильове випромінення з довжиною хвилі [math]λ[/math] ≤ 2·10-10 м. Гамма-випромінення яскраво проявляє корпускулярні властивості: потік частинок — гамма-квантів, які, як і інші фотони, характеризуються енергією [math]E=hω[/math] ([math]ω=\frac{ 2πc }{ λ }[/math]), імпульсом [math]р=hк[/math] ([math] к = \frac { 2π }{ λ } [/math]) та спіном.
Утворення
Після відкриття і перших досліджень радіоактивності ядер терміном «гамма-випромінення» називали складову випромінення, яка не відхилялася у магнітному полі. У подальшому поняття почали застосовувати для позначення електромагнітного випромінення з енергією квантів [math]E_γ[/math] ≥ 10 кеВ. Виникнення такого випромінення можливе за радіоактивного розпаду ядер, анігіляції та розпаду елементарних частинок, гальмуванні електрично заряджених частинок у середовищі, космічному випроміненні. Однак спостерігається тенденція до використання спеціальних термінів, які конкретизують джерело гамма-випромінення.
Гамма-випромінення виникає під час радіоактивного розпаду внаслідок переходу ядра зі збудженого стану в стан нижчої енергії. Енергії гамма-квантів можуть перебувати в діапазоні від 10 кеВ до 5 МеВ.
Гамма-випромінення, яке викликане анігіляцією чи розпадом елементарних частинок, також є моноенергетичним, але може мати енергію квантів до кількох десятків МеВ.
Енергетичний спектр гамма-випромінення, яке зумовлене гальмуванням електрично заряджених частинок у кулоновому полі ядер під час проходження їх крізь речовину, неперервний. Якщо використовувати пришвидшувачі заряджених частинок, то енергія «гальмівних» гамма-квантів може досягати десятків ГеВ.
Найпоширенішими джерелами гамма-випромінення, що використовують у радіаційній фізиці, хімії та технології, є ізотопні гамма-устави, радіаційні контури ядерних реакторів та гамма-установ із відпрацьованими тепловидільними елементами (твелами) ядерних реакторів.
В ізотопних уставах застосовують радіонукліди 60Со та 137Сs. Перший, перетворюючись під час розпаду на 60Ni, випромінює гамма-кванти середньої енергії 1,25 МеВ. Другий перетворюється на 137Ва і випромінює гамма-кванти енергії 0,66 МеВ. Супутнє β-випромінення, що виникає під час розпаду, затримується стінками контейнерів, в які вміщено ізотопи.
Принцип дії радіаційних контурів: крізь активну зону ядерного реактора циркулює спеціальна речовина (γ-носій), в якій під впливом потоків нейтронів виникають порівняно короткочасні радіонукліди, що випромінюють гамма-кванти. Останні після виведення речовини з активної зони реактора використовують для проведення радіаційних процесів. γ-носій — як правило, рідкометалічний стоп із великим перетином захоплення нейтронів. Найчастіше використовують евтектичний стоп In-Ga-Sb. Основний радіонуклід у цих стопах є 116In, середня енергія γ-квантів становить 1,15 МеВ.
Унаслідок перебування в ядерних реакторах у відпрацьованих твелах нагромаджується значна кількість продуктів поділу, які є радіонуклідами. Тому ці устави мають дуже багатий енергетичний спектр гамма-випромінення.
Взаємодія з речовиною
Гамма-випромінення має велику проникну здатність. Коли гамма-випромінення проходить крізь речовину, інтенсивність його спадає за законом [math]I = I_0 exp (-μx)[/math], [math]I = I_0[/math] — інтенсивність падаючого жмутка, [math]μ[/math] — коефіцієнт поглинання гамма-випромінення, [math]x[/math] — товщина шару речовини, крізь який пройшло випромінення. Головними процесами, які дають внесок у формування [math]μ[/math] за взаємодії гамма-випромінення з речовиною, є: фотоефект, ефект Комптона, народження електрон-позитронних пар.
У випадку фотоефекту гамма-квант поглинається атомом, його енергія передається одному з внутрішніх електронів атома, який унаслідок цього його залишає. Ймовірність фотоефекту для електронів [math]K[/math]-оболонки пропорційна [math]Z^5[/math] ([math]Z[/math] — атомовий номер) і швидко спадає з ростом [math]E_γ[/math], тобто фотоефект переважає за малих енергій [math]E_γ[/math] ≤ 100 кеВ та для важких первнів.
У випадку ефекту Комптона гамма-квант розсіюється на одному з електронів атома, при цьому зменшується енергія кванта і змінюється напрямок його руху. Ймовірність ефекту Комптона пропорційна кількості електронів [math]Z[/math] і також зменшується зі зростанням [math]E_γ[/math], але значно повільніше, ніж за фотоефекту. Коли [math]E_γ ≥ 2mc^2[/math] ([math]m[/math] — маса спокою електрона), стає можливим процес народження електрон-позитронних пар у кулонованому полі ядер. Імовірність цього процесу пропорційна [math]Z^2[/math] і зростає зі збільшенням [math]E_γ[/math]. Таким чином, за [math]E_γ[/math] ≥ 10 МеВ головним процесом поглинання стає утворення пар.
Література
- Radiation Dosimetry / Ed. by G. J. Hine, G. L. Brownell. New York : Academic Press, 1956. 932 p.
- Деркач А. Л. Контроль у галузі ядерної та радіаційної безпеки (правові та організаційні аспекти). Київ : Юридична думка, 2010. 168 с.
- Носовський А. В., Бондар Б. М. Дозиметрія та захист від іонізуючого випромінювання. Київ : Інститут проблем АЕС НАН України, 2020. 406 с.
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Cугак Д. Ю. Гамма-випромінювання // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Гамма-випромінювання (дата звернення: 29.04.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 21.11.2022
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
