Введення
Гамма-випромінювання (О“-випромінювання) - електромагнітне випромінювання, яке належить найбільш високочастотної (короткохвильової) частини спектру електромагнітних хвиль.
На шкалою електромагнітних хвиль гамма-випромінювання є сусідами з рентгенівськими променями, але має більш коротку довжину хвилі. Спочатку термін "Гамма-випромінювання" ставився до того типу випромінювання радіоактивних ядер, який не відхилявся при проходженні через магнітне поле, на відміну від О±-і ОІ-випромінювань.
Умовно верхньою межею довжин хвиль гамма-випромінювання, що відокремлює його від рентгенівського випромінювання, можна вважати величину 10-10 м. При таких малих довжинах хвиль першорядне значення мають корпускулярні властивості випромінювання. Гамма-випромінювання представляє собою потік часток - гамма-квантів або фотонів, з енергіями Е = hОЅ. Фотони з енергіями Е> 10 кеВ відносять до гамма-кванта. Частота гамма-випромінювання (> 3 в€™ 1018 Гц) відповідає швидкостям електромагнітних процесів, що протікають усередині атомних ядер і за участю елементарних частинок. Тому джерелами гамма-випромінювання можуть бути атомні ядра і частинки, а також ядерні реакції та реакції між частинками, зокрема анігіляція пар частинка-античастинка. І навпаки, гамма-випромінювання може поглинатися атомними ядрами і здатне викликати перетворення частинок. Вивчення спектрів ядерного гамма-випромінювання і гамма-випромінювання, що виникає в процесах взаємодії частинок, дає важливу інформацію про структуру цих мікрооб'єктів.
Механізм виникнення і характеристики випромінювання
Джерелом гамма-випромінювання є:
гальмування швидких заряджених частинок в середовищі (гальмівне гамма-випромінювання, що утворюється при проходженні швидких заряджених частинок через речовину, викликається їх гальмуванням в кулонівському полі ядер речовини) або при їх русі в сильних магнітних полях (Синхротронне випромінювання);
процеси в космічному просторі. Космічні гамма-промені приходять від пульсарів, радіогалактик, квазарів, наднових зірок;
переходи ядра зі стану з більшою енергією в стан з меншою енергією, і енергія випускається гамма-кванта з точністю до незначної енергії віддачі ядра дорівнює різниці енергій цих станів (рівнів) ядра. Енергія ядерного гамма-випромінювання зазвичай лежить в інтервалі від декількох кеВ до декількох МеВ і спектр цього випромінювання лінійчатий, тобто складається з ряду дискретних ліній. Вивчення спектрів ядерного гамма-випромінювання дозволяє визначити енергії станів (рівнів) ядра;
при розпадах частинок і реакціях з їх участю зазвичай испускаются гамма-кванти з великими енергіями - десятки-сотні МеВ.
при співударі електронів великої енергії від прискорювачів з інтенсивними пучками видимого світла, що створюються лазерами. При цьому електрон передає свою енергію світловому фотону, який перетворюється на гамма-квант. Аналогічне явище може мати місце і в космічному просторі в результаті зіткнень фотонів з великою довжиною хвилі зі швидкими електронами, прискореними електромагнітними полями космічних об'єктів.
Енергія Оі-кванта дорівнює різниці енергій станів, між якими відбувається перехід.
Е2
hОЅ
Е1
Рис.1 Освіта гамма-кванта
Випущення ядром Оі-кванта не спричиняє за собою зміни атомного номера або масового числа, на відміну від інших видів радіоактивних перетворень. Ширина ліній гамма-випромінювань надзвичайно мала (10-2 еВ). Оскільки відстань між рівнями у багато разів більше ширини ліній, спектр гамма-випромінювання є лінійчатим, тобто складається з ряду дискретних ліній. Вивчення спектрів гамма-випромінювання дозволяє встановити енергії збуджених станів ядер. Гамма-кванти з великими енергіями випускаються при розпадах деяких елементарних частинок. Гамма-випромінювання від розпаду елементарних частинок також утворює лінійчатий спектр. Однак випробовують розпад елементарні частинки часто рухаються з швидкостями, порівнянними зі швидкістю світла. Внаслідок цього виникає доплеровське розширення лінії і спектр гамма-випромінювання виявляється розмитим в широкому інтервалі енергій.
Гамма-випромінювання володіє великою проникаючою здатністю, тобто може проходити крізь великі товщі речовини. Інтенсивність вузького пучка моноенергетіческіх гамма-квантів падає експоненціально з ростом прохідного їм в речовині відстані. Основні процеси взаємодії гамма-випромінювання з речовиною:
фотоелектричне поглинання (фотоефект);
комптонівське розсіювання (Комптон-ефект);
освіту пар електрон-позитрон.
При фотоефекті гамма-квант вибиває з атома один з його електронів, а сам зникає. При Комптон-ефекту гамма-квант розсіюється на одному з слабо пов'язаних з атомом або вільних електронів речовини. Якщо енергія гамма-кванта перевищує 1,02 МеВ, то можливо його перетворення в електричному полі ядер в пару електрон-позитрон (процес зворотний анігіляції).
Що народжує гамма-випромінювання в космосі?
Рис.2 Освіта спалахи гамма-випромінювання
Таємничі спалахи гамма-випромінювання дійсно викликані наслідками спалахів нових зірок з утворенням чорних дір. Це підтвердили результати нового дослідження. Дослідники з Австралії, США і Великобританії - включаючи Пауля Прайса з Mount Stromlo Observatory в Канберрі повідомляють про свої результати 13 вересня в випуску журналу Nature.
Спалахи гамма-випромінювання найсильніші і потужні у Всесвіті. Вони були вперше зареєстровані в 60-их роках минулого століття американськими військовими, які помилково їх прийняли за ядерні вибухи радянських атомних бомб. З тих пір вчені виявили, що вони виходять з далекого космосу - в мільярдах світлових років від нас. Але що було причиною їх виникнення залишалося таємницею.
Згідно доктору Паулю Френсісу, старшому лектору в Австралійському Національному Університеті і астрофізику Прайсу з Mount Stromlo Observatory, нещодавно з'явилися дві конкуруючі гіпотези пояснення причин спалахів гамма-випромінювання. Одна з них полягала в тому, що спалахи гамма-випромінювання виникають через зіткнення нейтронних зірок і чорних дір. Інша грунтувалася на спалахах гамма-випромінювання в момент колапсу нових зірок і становлення чорних дір.
Однак тепер Прайс і його колеги знайшли, що довколишні спалахи гамма-випромінювання фактично настільки ж потужні як і ті, які виходять з далекого космосу, просто фіксуються їх наслідки - друга стадія. Їм вдалося вперше засвідчити принаймні одну спалах гамма-випромінювання, яка була пов'язана з новою зіркою.
Крім гамма-випромінювання від цих об'єктів виходить світло і радіохвилі. Вчені з'ясували, що спалахи гамма-випромінювання виникають у двох моментах на певних стадіях. Спочатку відбувається дуже короткий і сильний вибух, який супроводжується потоками гамма-випромінювання. Його практично неможливо засікти, оскільки потрібно знати де відбудеться спалах в певний момент часу. Потім виникає більш енергійна по тривалості спалах на кілька днів, яка супроводжується 'післясвіченням' з випромінюванням оптичних і радіохвиль. Ці наслідки колапсу нової зірки фактично складають тільки 1% повної енергії від першого спалаху гама-випромінювання. Якщо розглядати суму излученной енергії довколишніх спалахів гамма-випромінювання, включаючи потоки радіо-і світлових хвиль, то вони еквівалентні енергії потоків гамма-випромінювання, що приходять з далекого космосу. Тобто, в основному ми реєструємо наслідки спалахів нових зірок, так зване 'послесвечение'. Мільярди років тому, спалахи нових зірок траплялися набагато частіше і були інтенсивними. Саме їх ми і реєструємо, як картину минулого. Ці спалахи гамма-випромінювання можуть показати нам, як зірки вмирають. "Ми тепер знаємо", говорить Прайс, "що в той час, як наслідки спалахів гамма-випромінювання є дуже руйнівними, в реальності вони складають тільки наконечник айсберга по мощі випущеної енергії. "
Рис.3 Процес отримання гамма-випромінювання від чорних дір
Застосування гама-випромінювання
Гамма-випромінювання використовується в техніці (напр., дефектоскопія), радіаційної хімії (для ініціювання хімічних перетворень, напр., при полімеризації), сільському господарстві і харчовій промисловості (мутації для генерації господарсько-корисних форм, стерилізація продуктів), в медицині (стерилізація приміщень, предметів, променева терапія) і ін
Список літератури
Абрамов А. І., Казанський Ю. А., Матусевич Е. С. Основи експериментальних методів ядерної фізики. 3-е изд., Перераб. і доп. М., Вища школа, 1985
Альфа-, Бета гамма-спектроскопія, пер. з англ., під ред. К. Зігбана, в, 1, М., 1969
Експериментальна ядерна фізика, під ред. Е. Сегре, пров. з англ., т. 1, М., 1955
Трофімова Т. І. Курс фізики. Навчальний посібник для вузів. - Изд 9-е, перераб. І доп. - М:. Видавничий центр В«АкадеміяВ», 2004. - 560 с.
В.Ф. Сулейманов. Рентгенівська Астрономія. Фізичний Факультет Казанського Державного Університету (Методичний посібник до Спеціального практикуму по астрофізиці) Казань 1998
Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту referat.ru/
