ГА́ММА-ИЗЛУЧЕ́НИЕ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ГА́ММА-ИЗЛУЧЕ́НИЕ (γ-излучение), коротковолновое электромагнитное излучение (длина волны λ⩽10–10 м, короче, чем у рентгеновского излучения). При столь малых λ волновые свойства Г.-и. проявляются слабо, первостепенное значение имеют корпускулярные свойства. Г.-и. представляет собой поток частиц – гамма-квантов, которые, как и др. фотоны, характеризуются энергией Е=hν (h – постоянная Планка, ν – частота электромагнитных колебаний). Г.-и. открыто в нач. 20 в. как компонента излучения радиоактивных ядер, которая не отклонялась при прохождении через магнитное поле, в отличие от α- и β-излучений. В 1914 Э. Резерфорд совм. с англ. физиком Э. Андраде в опытах по дифракции гамма-лучей на кристалле доказал электромагнитную природу гамма-излучения.
Г.-и. может испускаться атомными ядрами и элементарными частицами, а также в результате ядерных реакций и реакций между частицами, в частности аннигиляции пар частица – античастица. Г.-и. может поглощаться атомными ядрами и способно вызывать превращения частиц. Изучение спектров Г.-и., возникающего в процессах взаимодействия частиц, и Г.-и. ядер даёт информацию о структуре этих микрообъектов.
Г.-и. ядер испускается при переходах 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 Г.-и. лежит в интервале от нескольких кэВ до нескольких МэВ; спектр этого излучения линейчатый, т. е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров ядерного Г.-и. позволяет определить энергии состояний (уровней) ядра.
При распаде частиц и реакциях с их участием обычно испускаются гамма-кванты с энергиями в десятки–сотни МэВ.
Г.-и. может также возникать при торможении быстрых заряженных частиц в среде (тормозное излучение) или при их движении в сильных магнитных полях (синхротронное излучение). Тормозное Г.-и. имеет сплошной спадающий с ростом энергии спектр, верхняя граница которого совпадает с кинетической энергией заряженной частицы. На ускорителях заряженных частиц энергия тормозного Г.-и. достигает десятков ГэВ.
Г.-и. можно получить при соударении электронов большой энергии от ускорителей с интенсивными лазерными пучками. При этом электрон передаёт свою энергию оптич. фотону, который превращается в гамма-квант. Аналогичное явление может иметь место и в космич. пространстве. Космич. гамма-лучи приходят от пульсаров, радиогалактик, квазаров, сверхновых звёзд (см. Гамма-астрономия).
Г.-и. 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. Осн. процессы взаимодействия Г.-и. с веществом – фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), комптоновское рассеяние (Комптона эффект) и образование пар электрон – позитрон.
Г.-и. используется в технике (напр., в дефектоскопии), радиационной химии для инициирования химич. превращений (напр., при полимеризации), с. х-ве, пищевой пром-сти, медицине и др.
Действие на организм. Г.-и. действует на живые клетки подобно др. видам ионизирующих излучений. Хотя биосфера подвергается постоянному воздействию Г.-и. в составе космич. лучей и излучений радиоактивных элементов, находящихся в рассеянном виде в почвах, атмосфере и воде (радиац. фон Земли), их интенсивность невелика, и они не представляют опасности для живых организмов. Действие Г.-и. проявляется по мере накопления вторичных электронов в объекте облучения и их переноса в близлежащие структуры. Тотальное гамма-нейтронное облучение организмов, сопровождающее ядерные взрывы, в зависимости от дозы может приводить к гибели организмов (для человека смертельная доза – 100 Гр), развитию лучевой болезни (при дозах 5–10 Гр). Воздействие более низких доз опасно отдалёнными последствиями: злокачественным перерождением клеток, развитием лейкозов, рождением генетически неполноценного потомства и др. Г.-и. применяют в медицине при лечении онкологич. заболеваний (гамма-терапия; см. Лучевая терапия). Оно используется также в генетич. исследованиях для получения мутаций в молекулах ДНК и селекции организмов с последующим отбором хозяйственно полезных форм. Таким образом, напр., были получены высокопродуктивные штаммы микроорганизмов, продуцирующих антибиотики. В качестве источников Г.-и. применяют естеств. и искусств. радиоактивные изотопы (обычно 60Co, реже 137Cs).