Гамма-излучение
-
История открытия гамма-излучения
- Поль Виллар открыл гамма-излучение в 1900 году, изучая радий.
- Эрнест Резерфорд назвал это излучение гамма-лучами в 1903 году.
- Гамма-лучи отличаются от альфа- и бета-лучей по своей проникающей способности.
-
Свойства гамма-излучения
- Гамма-лучи имеют самую высокую энергию среди всех форм электромагнитного излучения.
- Они образуются в результате радиоактивного распада и имеют энергию от нескольких кэВ до 8 МэВ.
- Гамма-лучи могут быть использованы для идентификации радионуклидов.
-
Источники гамма-излучения
- Естественные источники включают радиоактивный распад и вторичное излучение от космических лучей.
- Искусственные источники включают ядерное деление и эксперименты по физике высоких энергий.
-
Опасность гамма-излучения
- Гамма-лучи являются ионизирующим излучением и опасны для жизни.
- Они могут вызывать мутации, рак и ожоги.
- Гамма-лучи легко проникают сквозь тело и требуют защиты из плотных материалов.
-
Радиоактивный распад
- Гамма-лучи образуются при гамма-распаде, который происходит после альфа- или бета-распада.
- Возбужденное ядро испускает гамма-фотон, что занимает 10-12 секунд.
- Гамма-распад может сопровождаться ядерными реакциями.
-
Гамма-спектроскопия
- Гамма-спектроскопия используется для идентификации радионуклидов.
- Гамма-флуоресценция возникает при бомбардировке материалов гамма-лучами.
- Ядерные изомеры имеют периоды полураспада, которые легче измерить.
-
Фотоэлектрический эффект
- Гамма-лучи могут передавать энергию электронам, вызывая их выброс из атома.
- Фотоэлектрический эффект отличается от внутреннего преобразования, где фотон гамма-излучения не образуется.
-
Схемы распада
- Пример: распад кобальта-60, где 60Co распадается до 60Ni, испуская гамма-лучи.
- Альфа-распад 241Am также сопровождается гамма-излучением.
-
Физика элементарных частиц
- Гамма-лучи образуются при электромагнитных взаимодействиях.
- Примеры: электрон-позитронная аннигиляция, распад нейтрального пиона.
-
Другие источники
- Гамма-лучи возникают в астрономии, включая солнечные вспышки и космические лучи.
- Лабораторные источники включают лазеры и каскады.
-
Наземные грозы
- Грозы могут вызывать гамма-вспышки, создаваемые статическими электрическими полями.
- Гамма-лучи могут достигать 100 МэВ и представлять риск для здоровья.
-
Вспышки на солнце
- Солнечные вспышки излучают весь электромагнитный спектр, включая гамма-лучи.
-
Космические лучи
- Фоновое гамма-излучение возникает при столкновении космических лучей с материей.
- Тормозное излучение возникает при взаимодействии электронов с ядрами.
-
Пульсары и магнетары
- Пульсары испускают гамма-лучи при торможении заряженных частиц.
- Магнетары также являются источниками гамма-излучения.
-
Квазары и активные галактики
- Гамма-лучи генерируются квазарами и активными галактиками.
- Сверхмассивные черные дыры обеспечивают энергию для этих процессов.
-
Гамма-всплески
- Наиболее интенсивные источники гамма-излучения.
- Длительные гамма-всплески происходят при взрыве сверхновой.
-
Свойства
- Гамма-лучи требуют толстой защиты из-за своей проникающей природы.
- Свинцовый экран эффективнее других материалов для защиты от гамма-излучения.
-
Поглощение гамма-излучения
- Гамма-излучение поглощается различными материалами в зависимости от их толщины и плотности.
- Свинец, гранит, бетон и уплотненный грунт имеют разную эффективность поглощения.
- Обедненный уран используется для экранирования портативных источников гамма-излучения.
-
Взаимодействие гамма-излучения с веществом
- Гамма-излучение ионизирует вещество через фотоэлектрический эффект, комптоновское рассеяние и образование пар.
- Фотоэлектрический эффект важен для энергий ниже 50 кэВ, комптоновское рассеяние — для энергий от 100 кэВ до 10 МэВ, образование пар — для энергий выше 1,02 МэВ.
-
Применение гамма-излучения
- Гамма-лучи используются для оценки внегалактического фонового излучения и в гамма-спектроскопии.
- Гамма-излучение применяется в промышленности для измерения уровня и плотности, а также в медицине для стерилизации и лечения рака.
-
Воздействие на здоровье
- Гамма-лучи вызывают повреждения на клеточном уровне, но обладают меньшей ионизацией, чем альфа- и бета-частицы.
- Низкие дозы гамма-излучения создают стохастический риск, высокие дозы вызывают детерминированные эффекты.
-
Эффекты и реакция организма
- Гамма-излучение разрушает молекулы ДНК, но клетки могут восстанавливать поврежденный генетический материал при высоких дозах, но не при низких.
-
Влияние гамма-излучения на здоровье
- Низкие дозы гамма-излучения могут вызывать рак.
- В исследованиях на мышах и крысах показано генотоксическое воздействие гамма-излучения.
- Острые дозы гамма-излучения вызывают окислительное повреждение белков и ДНК.
-
Естественное воздействие гамма-излучения
- Естественное воздействие гамма-лучей в Великобритании составляет от 0,1 до 0,5 мкЗв/ч.
- В США среднее общее количество радиации за год составляет 3,6 мЗв.
- Доза облучения при рентгенографии грудной клетки составляет около 0,06 мЗв.
-
Единицы измерения и экспозиция
- Экспозиция измеряется в рентгенах, но теперь используется kerma.
- Поглощенная доза измеряется в Грей (Гр), эквивалентная доза — в Зивертах.
- Рад и rem — устаревшие единицы измерения.
-
Различие между рентгеновскими и гамма-лучами
- Первоначально гамма-лучи считались излучением с более высокой энергией.
- Современные источники могут воспроизводить любое электромагнитное излучение.
- Гамма-лучи теперь различаются по происхождению: рентгеновские лучи испускаются электронами, гамма-лучи — ядром.
-
Астрономические гамма-лучи
- В астрономии гамма-лучи часто возникают в результате нерадиоактивных процессов.
- Некоторые гамма-лучи в астрономии возникают в результате гамма-распада ядер.
- Классическим примером является вспышка сверхновой SN 1987A.