Gamma-sugárzás

A gamma-sugárzás nagyfrekvenciájú elektromágneses hullámokból (10¹⁹ Hz, 30-50 keV felett, illetve 20-30 pikométer hullámhossz alatt) álló sugárzás, mely a gerjesztett atommagok alacsonyabban fekvő állapotba történő átmenetekor, az úgynevezett gamma-bomláskor is keletkezik. Ez a bomlás sok esetben kíséri az alfa- és béta-bomlást, valamint a magreakciókat.

Jelentkezik egy bizonyos átfedés a röntgen- és a gamma-sugarak között: a röntgensugarak egészen a 60-80 keV-os tartományig terjedhetnek.

A gamma-sugarak (mint minden más ionizáló sugárzás) előidézhetnek égési sebeket, rákot és genetikai mutációkat.

A gamma-sugarak elleni védekezés nagy atomtömegű és sűrűségű elemekkel a leghatásosabb. Erre a célra általában az ólmot használják. De például a reaktorok aktív zónáját több méter vastag nehézbeton fallal veszik körül, ami egy magas kristályvíz tartalmú, nehézfémmel, például báriummal (barit) adalékolt beton. Minél nagyobb energiájú a gamma-sugárzás, annál vastagabb réteg szükséges a védekezéshez.

Kölcsönhatása az anyaggal

A gamma-sugárzás három módon lép kölcsönhatásba az anyaggal:

• Fotoeffektus (fényelektromos hatás) – egy atom elektronhéja elnyeli a fotont. E foton energiája teljesen egy elektron energiájává alakul át, amely gerjesztett állapotba kerül vagy elhagyja az atomot.
• Compton-szórás a foton rugalmatlan szóródása egy szabad, illetve gyengén kötött elektronon. Ez esetben a foton energiájának csak egy részét adja át az elektronnak.
• Párképződés – elektron-pozitron pár képződhet, ha a foton energiája meghaladja az 1,02 MeV-ot (az elektron – pozitronpár nyugalmi tömege)

Az alumínium abszorpciós koefficiense. Látható, hogy kisebb energiákon a Compton-effektus, míg nagy energiákon a párkeltés dominál.

Mivel ezen jelenségek egy meghatározott valószínűség szerint következnek be, ezért felírhatjuk a következő egyenletet:

$dI=-I\ \mu \ dx$

Ezt integrálva kapjuk a sugárzás intenzitására (I) vonatkozó törvényt a közegben megtett távolság (x) függvényében.

$I(x)=I_{0}\ e^{-\mu \ x}$

A $\mu$ az abszorpciós koefficiens. A mellékelt ábrán látható az abszorpciós koefficiens energiafüggősége.

Alkalmazása

• sterilizálás
• terápia – rákos daganatok eltávolítása
• radiológia – radioaktív izotópok nyomon követése a szervezetben
• gamma-radiográfia – roncsolásmentes anyagvizsgálat, átvilágítás, hibakeresés
• elemanalízis – karakterisztikus gammafotonok segítségével (például aktivációs analízis és pgga)

Felfedezése

A gamma-sugarakat 1900-ban Paul Ulrich Villard fedezte fel. Sokáig részecskéknek hitték őket, míg 1910-ben William Henry Bragg be nem bizonyította, hogy elektromágneses hullámokról van szó. Megmérte a hullámhosszukat kristályon való diffrakció segítségével.

Külső hivatkozások

• A sugárzás - muszakiak.hu - a műszaki portál
• Magyarított Flash animáció a Compton-szórás, a fotoeffektus és a párképződés összevetéséről. Szerző: David M. Harrison
• Magyarított sztochasztikus Java szimuláció a Compton-effektusról. Szerző: Jan Humble
• Magyarított Flash animáció a párképződésről, majd az azt követő pozitronannihilációról. Szerző: David M. Harrison