3. - Випромінювання, його спектр, закони збереження енергії, імпульсу, моменту імпульсу і парності.

Одним із процесів утворення  гамма-квантів є випромінювання радіоактивним ядром, яке було утворене в збудженому стані. Гамма-квант випромінюється при переході ядра із збудженого стану в основний. При цьому не міняються ні атомний номер, ні масове число ядра.

Гамма-кванти можуть з'являтися також у інших, складніших ядерних реакціях. Іншим джерелом гамма-променів є гальмівне випромінювання високоенергетичних заряджених частинок. Заряджені частинки, рухаючись з прискоренням випромінюють електромагнітні хвилі. Спектр випромінювання залежить від енергії частинки. Для того, щоб частинка випромінювала гамма-кванти, її енергія повинна бути дуже високою, лежати в області принаймні десятків МеВ.

- випромінювання не відхиляється електричними і магнітними полями, володіє відносно слабкою іонізуючою і надзвичайно великою проникною здатністю (про­ходить крізь шар свинцю завтовшки 5 см), дифрагує на кристалах. - випромінювання – це короткохвильове елек­тромагнітне випромінювання з дуже малою довжиною хвилі і внаслідок цього – яскраво вираженими корпускулярними властивостями.

Експериментально встановлено, що - випромінювання не є самостійним видом радіоактивності, а лише супроводжує - та - розпади; виникає також під час ядерних реакцій, гальмування заряджених частинок, їх розпаду та ін. Встановлено, що - випромінювання не викликає зміни заряду і масового числа ядер, воно випускається дочірнім ядром, яке в момент свого утворення перебуває у збудженому стані.

Повертаючись в основний стан, збуджене ядро може пройти через ряд проміжних станів, тому - випромінювання одного і того самого радіоактивного ізотопу може містити кілька груп -кван­тів, що відрізняються одна від одної своєю енергією. Отже, спектр - випромінювання дискретний.

Ядро, яке знаходиться у збудженому стані, може передати енергію Е при переході в основний стан одному з електронів атома (без випускання - кванта). При цьому випромінюється електрон конверсії, а саме явище називається внутрішньою конверсією. Якщо енергія збудженого ядра виділяється у вигляді - кванта, то його частота визначається з . Якщо випромінюються електрони конверсії, то їх енергія буде , де - робота виходу електронів з відповідних електронних оболонок. Вакантні місця, що виникли внаслідок випромінювання елек­тронів конверсії, будуть заповнюватись електронами з верхніх оболонок. Тому внутрішня конверсія завжди супроводжується характеристичним рентгенівським випромінюванням.

- кванти мають нульову масу спокою, тому під час проходження крізь речовину вони або поглинаються, або розсіюються речовиною, але їх енергія не змінюється. Внаслідок поглинання інтенсивність - випромінювання зменшується за експоненціальним законом: , де та І - інтенсивність - випромінювання на вході і виході речовини завтовшки х, - лінійний коефіцієнт поглинання, який залежить від властивостей речовини та енергії - квантів.

- кванти, проходячи через речовину, можуть взаємодіяти як з електронами атомів речовини, так із їх ядрами.

Рівняння γ-випромінювання можна записати у вигляді:

Основними процесами, які супроводжують проходження - квантів крізь речовину, є фотоефект, комптонівське розсіювання і утворення електрон-позитрон­них пар.

Фотоефект – це процес, при якому атом поглинає - квант і випромінює електрон. Оскільки електрони вибиваються з внутрішніх оболонок атома, він супровод­жується характеристичним рентгенівським випромінюванням. Фотоефект відбувається в області малих енергій - квантів .

Зі збільшенням енергії - квантів основним механізмом взаємодії з речовиною є комптонівське розсіювання.

При стає мо­жливим процес утворення електронно-по­зитронних пар в електричних полях ядер. Ймовірність цього процесу пропорційна до і збільшується з ростом . Тому при основним процесом взаємодії - випромінювання в довільній речовині є утворення електрон-позитронних пар.

Якщо енергія - кванта перевищує енергію зв’язку нуклонів у ядрі , то може спостерігатись ядер­ний фотоефект – виривання з ядра одного з нуклонів, найчастіше нейтрона. Велика проникна здатність - випромінювання використовується в - дефектоскопії – методі спектроскопії, який ґрунтується на відмінності в інтенсивності випромінювання, що пройшло різні ділянки речовини.

Як і для будь-якого іонізуючого випромінювання для γ-випомінювання виконуються закони збереження енергії, імпульсу, моменту імпульсу. Оскільки γ-випромінювання не викликає міни масового та зарядового чисел, то виконується ще й закон збереження парності.

Контрольні питання:

1. Дайте визначення β-розпаду. Назвіть його види.

2. Сформулюйте правило зміщення та охарактеризуйте перетворення для β^- розпаду.

3. Сформулюйте правило зміщення та охарактеризуйте перетворення для β⁺ розпаду.

4. Сформулюйте правило зміщення та охарактеризуйте перетворення для е-захоплення.

5. Розкажіть про розподіл енергії частинок при β-розпаді.

6. Дайте характеристику γ-випромінювання. Як воно виникає?

7. Розкажіть як впливає енергія гамма-випромінювання на процес взаємодії його з речовиною. Які перетворення воно викликає?

Домашнє завдання

1. Опрацювати Лопатинський І.Є., Зачек І.Р., Ільчук Г.А., Романишин Б.М. Фізика – Львів. Афіша, 2009. – 386 c. – § 132.

2. Опрацювати Широков Ю.М. Юдин Н.П. Ядерная физика – М.: Наука, 1980 – 729 с. – C. 230-273.

8