ГА́ММА-ИЗЛУЧЕ́НИЕ

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).