§5.9 Гамма сәулелену

Гамма-сәулелену өте жоғары энергиялы фотондар болып табылады. Гамма сәулелену деп ядролардың өздігінше гамма-сәулесін шығаруды айтамыз. Гамма-квант шығару кезінде ядро қозған күйден энергияны аз күйге көшеді. Ядро қозған күйден негізгі күйге бірден гамма квант шығарып ауысады, немесе сатылап біртіндеп бірінен кейін біріне бірнеше гаммалық квант шығару арқылы өтеді. Гамма-сәулесі қысқатолқынды (λ≤10^-10) электромагниттік сәуле болып табылады. Фотон сияқты гамма-кванттарға энергия және импульс сәйкес келеді. Гамма сәулесінің толқындық қасиеттерінен гөрі бөлшектік қасиеттері басымырақ сезіледі.

Гамма сәулесінің спектрі сызықты болады. Гамма кванттардардың энергиясы 10Кэв пен 5Мэв ( аралығында жатады. Ядролық реакция кезінде гамма-кванттық сәулелену энергиясы 20Мэв дейін жетеді.

Демек шығарылатын фотондардың энергиясы бірнеше килоэлектронвольттан бірнеше мегаэлектронвольтқа дейін өзгере алады. Тек берілген ыдырауға сәйкес келетін гамма-сәуленуді заряды болмайтындықтан, гамма ыдырау кезінде бір химиялық элементтен, екінші химиялық элементке түрленулер жүрмейді.

Ядро бір бөлшекпен серпімсіз соқтығысу кезінде, ол қозған күйге көшеді. Радиоактивтік ыдырау нәтижесінде пайда болатын ұрпақтық ядро көбіне қозған күйде пайда болады.

Гамма-квантының энергия мөлшері, ядро деңгейлерінің энергияларының айырмасымен анықталады. Гамма-сәулеленудің физикалық табиғаты кез келген электромагниттік сәулеленуге (рентгендік сәулелену көрінетін және ультракүлгін сәулеленуге т.б.) сәйкес келеді. Жұмсақ, энергиясы 10⁵-ке эвтең гамма сәулесінің сипаттаушы рентген сәулесінен өзінің шығысынан басқа ешқандай өзгешелігі болмайды. Бұл сәулелену гамма сәулесі деп аталады. Табиғи радиоактивті зерттеуде альфа және бета сәулелерінен айырмашылығы бұл электр және магнит өрістерінде ешқандай ауытқулар болмайды. Қазіргі таңда кейде квант энергиясы 100 Кэв-тан артық болса, онда "гамма-сәулесі" терминнін кез келген электромагниттік сәулелену белгісіне пайдалануға болады.

Ядроның қозған күйдегі ауысулары нәтижесінде гамма-сәулесін шығарады, оны радиациялық ауысулар деп атаймыз. Қозған ядроның ауысуын қарастырғанда, энергиясы аз күйдің өзінде гамма-кванттары шығарылады. Одан әрі қарастырғанда бұл ауысулар кванттық теория негізінде өткізіледі.

Кванттық энергия мөлшері, радиациялық көшу өтетін ядроның энергия деңгейлерінің айырмасымен анықталады. Энергия мен импульстің сақталу заңына сәйкес тыныштықтағы ядроның сәулеленуі үшін:

Е=Е_γ+Т_яд

0=Р_γ + Р_яд (5.9.1)

мұндағы Е мен Е_γ -сәйкес ядроның көшу энергиясы мен гамма -квант энергиясы, Р_γ-гамма квант импульсы, Т_яд мен Р_яд -ядроның тебілу энергиясымен импульсы. Осылардан ядроның тебілу энергиясы мынадай формуламен өрнектеледі:

(5.9.2)

бұл өте аз шама, болады. Яғни, сәулелену энергиясы тұтасымен гамма квантқа беріледі.

Егер ядроның қозу энергиясы альфа, бета немесе нуклондар шығаруға жеткілікті болса, онда ядрода осы құбылыстар өтеді де гамма-сәулесі шықпайды.

Кейде ядроның қозу энергиясы нуклондық ыдырауға немесе бас ядролық құбылысқа жеткілікті болғанның өзінде де гамма-сәулелену басымдау болуы мүмкін.