ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ

Атомное ядро подчиняется тем же законам квантовой механики, что и атом. Энергия атома принимает не любые значения, а вполне определенный ряд величин, которые называются энергетическими уровнями. Такие уровни существуют и в ядре. Нижний из них носит название основного, а уровни с большей энергией — возбужденных. В атоме различие между уровнями связано с различными состояниями электронных оболочек, в ядре — с состояниями ядерных частиц — протонов и нейтронов.

Переходя из возбужденного состояния в основное, атом излучает порции — кванты видимого света, ультрафиолетового или рентгеновского излучения. Ядро при аналогичных переходах излучает гамма-кванты. Это — очень коротковолновое, с длиной волны λ = 10^-10 - 10^-13 м, электромагнитное излучение. Соответственно, энергия гамма-квантов с Е_γ= hv=hc/λ — лежит в пределах от десятков КэВ до нескольких МэВ (напомним, что v — частота, λ — длина волны излучения, с — скорость света, h — постоянная Планка).

Тот факт, что энергия ядерного излучения в тысячи и даже миллионы раз больше атомного, связан с огромной величиной сил, действующих в ядре между частицами.

Причины, по которым ядро может оказаться в возбужденном состоянии, самые разные. Это происходит после бета- или альфа-распада, при ядерных реакциях и т. п. Время перехода из возбужденного состояния в основное (если при этом не требуется сильная перестройка ядра) очень мало, оно составляет 10^-10 — 10^-13 с.

Проходя через вещество, гамма-излучение поглощается за счет фотоэффекта, Комптона эффекта и образования электрон-позитронных пар (см. Антивещество).

Пробеги гамма-квантов с энергией 1 МэВ достаточно велики и составляют десятки сантиметров в легких веществах.

Гамма-кванты излучаются во многих процессах, в которых участвуют элементарные частицы. Например, при распадах частиц:

π⁰ → 2γ(E_2γ=135 МэВ),

η₅₄₉ → 2γ(E_2γ=549МЭВ) —

или при аннигиляции частицы и античастицы (позитрона и электрона):

е⁺ + е^- = 2γ(E_2γ=1,02 МэВ).

Гамма-излучение широко используется в различных областях человеческой деятельности. Так, в медицине для лечения злокачественных опухолей применяют кобальтовые пушки (энергия γ-лучей ~ 1,3 МэВ), а для диагностики заболеваний используют радиоактивный иод (E_γ~0,3 МэВ) и десятки других гамма-активных препаратов. Гамма-излучение естественного радиоактивного изотопа калия-40, содержащегося в природном калии, служит для определения радиоактивности человеческого тела.