Введение
Гамма-излучение (γ-излучение) – электромагнитное излучение, принадлежащее наиболее высокочастотной (коротковолновой) части спектра электромагнитных волн.
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. Фотоны с энергиями Е > 10 кэВ относят к гамма-квантам. 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.
Механизм возникновения и характеристики излучения
Источником гамма-излучения являются:
торможение быстрых заряженных частиц в среде (тормозное гамма-излучение, образующееся при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, вызывается их торможением в кулоновском поле ядер вещества) или при их движении в сильных магнитных полях (синхротронное излучение);
процессы в космическом пространстве. Космические гамма-лучи приходят от пульсаров, радиогалактик, квазаров, сверхновых звёзд;
переходы 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 большими энергиями - десятки-сотни МэВ.
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.
Энергия γ–кванта равна разности энергий состояний, между которыми происходит переход.
Е2
hν
Е1
Рис.1 Образование гамма-кванта
Испускание ядром γ-кванта не влечет за собой изменения атомного номера или массового числа, в отличие от других видов радиоактивных превращений. Ширина линий гамма-излучений чрезвычайно мала (
10-2 эВ). Поскольку расстояние между уровнями во много раз больше ширины линий, спектр гамма-излучения является линейчатым, т.е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров гамма-излучения позволяет установить энергии возбужденных состояний ядер. Гамма-кванты с большими энергиями испускаются при распадах некоторых элементарных частиц. Гамма-излучение от распада элементарных частиц также образует линейчатый спектр. Однако испытывающие распад элементарные частицы часто движутся со скоростями, сравнимыми со скоростью света. Вследствие этого возникает доплеровское уширение линии и спектр гамма-излучения оказывается размытым в широком интервале энергий.
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);
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).
Что рождает гамма-излучение в космосе?
Рис.2 Образование вспышки гамма-излучения
Таинственные вспышки гамма-излучения действительно вызваны последствиями вспышек новых звезд с образованием черных дыр. Это подтвердили результаты нового исследования. Исследователи из Австралии, США и Великобритании - включая Пауля Прайса из Mount Stromlo Observatory в Канберре сообщают о своих результатах 13 сентября в выпуске журнала Nature.
Вспышки гамма-излучения самые сильные и мощные во Вселенной. Они были впервые зарегистрированы в 60-ых годах прошлого века американскими военными, которые ошибочно их приняли за ядерные взрывы советских атомных бомб. С тех пор ученые обнаружили, что они исходят из дальнего космоса – в миллиардах световых лет от нас. Но что было причиной их возникновения оставалось тайной.
Согласно доктору Паулю Фрэнсису, старшему лектору в Австралийском Национальном Университете и астрофизику Прайсу из Mount Stromlo Observatory, недавно появились две конкурирующие гипотезы объяснения причин вспышек гамма-излучения. Одна из них заключалась в том, что вспышки гамма-излучения возникают из-за столкновения нейтронных звезд и черных дыр. Другая основывалась на вспышках гамма-излучения в момент коллапса новых звезд и становления черных дыр.
Однако теперь Прайс и его коллеги нашли, что близлежащие вспышки гамма-излучения фактически столь же мощны как и те, которые исходят из дальнего космоса, просто фиксируются их последствия – вторая стадия. Им удалось впервые засвидетельствовать по крайней мере одну вспышку гамма-излучения, которая была связана с новой звездой.
Кроме гамма-излучения от этих объектов исходит свет и радиоволны. Ученые выяснили, что вспышки гамма-излучения возникают в двух моментах на определенных стадиях. Сначала происходит очень короткий и сильный взрыв, который сопровождается потоками гамма-излучения. Его практически невозможно засечь, поскольку нужно знать где произойдет вспышка в определенный момент времени. Затем возникает более энергичная по длительности вспышка на несколько дней, которая сопровождается 'послесвечением' с излучением оптических и радиоволн. Эти последствия коллапса новой звезды фактически составляют только 1% полной энергии от первой вспышки гамма-излучения. Если рассматривать сумму излученной энергии близлежащих вспышек гамма-излучения, включая потоки радио- и световых волн, то они эквивалентны энергии потоков гамма-излучения, приходящих из далекого космоса. То есть, в основном мы регистрируем последствия вспышек новых звезд, так называемое ‘послесвечение’. Миллиарды лет назад, вспышки новых звезд случались гораздо чаще и были интенсивными. Именно их мы и регистрируем, как картину прошлого. Эти вспышки гамма-излучения могут показать нам, как звезды умирают. "Мы теперь знаем", говорит Прайс, "что в то время, как последствия вспышек гамма-излучения являются очень разрушительными, в реальности они составляют только наконечник айсберга по мощи выпущенной энергии."
Рис.3 Процесс получения гамма-излучения от чёрных дыр
Применение гамма-излучения
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.
Список литературы
Абрамов А. И., Казанский Ю. А., Матусевич Е. С. Основы экспериментальных методов ядерной физики. 3-е изд., перераб. и доп. М., Энергоатомиздат, 1985
Альфа-, бетаи 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
Трофимова Т. И. Курс физики. Учебное пособие для вузов. – Изд 9-е, перераб. И доп. – М:. Издательский центр «Академия», 2004. – 560 с.
В.Ф. Сулейманов. Рентгеновская Астрономия. Физический Факультет Казанского Государственного Университета (Методическое пособие к Специальному практикуму по астрофизике) Казань 1998
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://referat.ru/
Похожие работы
... — крепежное кольцо; 6 — пружина; 7 — фильтр го алюминия; 8 - свинцовый фильтр; 9 — основание кассеты; 10 — фильтр го алюминия; 11 — прокладка из резины. 2.6 Особенности воздействия на организм человека гамма-излучений В соответствии с Законом Украины «Об охране окружающей природной среды» при эксплуатации промышленных или иных объектов должна обеспечиваться экологическая безопасность людей ...
... .12 Форма импульсов напряжения на аноде счетчика Мертвое время имеет величину порядка 10ˉ5—10ˉ3 сек. в зависимости от типа и режима работы счетчика. Мертвое время ограничивает максимальную интенсивность излучений, которую способен регистрировать счетчик без существенных ошибок, т. е. определяет его разрешающую способность — максимальный счет радиоактивных частиц в единицу времени. ...
... частиц (α-, β-частиц, протонов, электронов), кинетическая энергия которых достаточна для ионизации атомов при столкновении, относится к классу непосредственно ионизирующего излучения. Нейтроны и другие элементарные частицы непосредственно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны), способные ионизировать атомы и ...
... , приблизительно пропорциональна g-активности пород. Однако при одинаковой g-активности породы с большей плотностью отмечается меньшими показаниями ГК из-за более интенсивного поглощения g-лучей. Показания гамма – каротажа являются функцией не только радиоактивности и плотности пород, но и условий измерений в скважине (диаметр скважины, плотность промывочной жидкости и др.). Влияние скважины на ...
0 комментариев