4.3 Гамма - излучение ядер (изомерный переход)

Под гамма - излучением понимается электромагнитное (фотонное) излучение, испускаемое при ядерных превращениях.

Гамма - излучение является вторичным процессом, сопровождающим процессы  - и  -распада. Гамма- кванты испускаются не непосредственно радиоактивным веществом, а дочерним нуклидом, который находится не в основном, а в возбужденном состоянии. Переход дочернего ядра из возбужденного состояния в основное приводит к эмиссии  - квантов.

При испускании гамма - квантов в ядре не изменяется ни число нуклонов А, ни его заряд Z.

Так как время жизни ядер в возбужденных состояниях очень мало (t  10^-10 с), то при - и - распадах -квант вылетает практически одновременно с заряженной частицей. Поэтому обычно этот процесс не выделяют в самостоятельный вид распада, а говорят лишь о гамма - излучении, сопутствующем другим видам распада :

Th  Ra + He +  ;

Cl  Ar + ^- + 

Pa + e^-  Th + 

Однако в некоторых случаях, из-за квантово - механических запретов время жизни ядра в возбужденном состоянии может оказаться весьма большим.

Внешне распад таких возбужденных ядер выглядит как обычный радиоактивный распад с испусканием только -квантов, т.е. как -распад.

Уровни ядер с аномально большими временами жизни   10 ^-10 с называют метастабильными уровнями, а ядро находящееся в метастабильном состоянии, называется изомером к ядру, находящемся в основном состоянии.

В случае изомерных переходов интенсивность -излучения убывает во времени по обычному экспоненциальному закону с периодом полураспада данного метастабильного уровня. Например: Bа образуется при позитронном распаде La:

La ^mBа,

который затем путем эмиссии гамма- квантов с периодом полураспада 38,9 ч переходит в

¹³³ Ba:

^mBа Bа

Гамма-излучение имеет ту же природу, что и радиоволны, рентгеновские, видимый, ультрафиолетовый, инфракрасный цвет все эти виды излучения различаются условиями образования и свойствами (энергией, частотой, длиной волны). В таблице 4. 1 приведены основные виды электромагнитного излучения в зависимости от энергии фотонов и длины волны.

Таблица 4.1. Основные виды электромагнитного излучения в зависимости от энергии фотонов и длины волны

Вид излучения	Энергия фотонов, эВ	Длина волны, см
Радио (до УВЧ)	 0,00001 (10-5)	 10
Микроволновое	110-5 -110-2	0,01 - 10
Инфракрасное	0,01 - 1	0,0001 - 0,01
Видимое	1 - 6	10-5 - 10-4
Ультрафиолетовое	6 – 103	10-7 -210-5
Рентгеновское	103 -105	10-9 - 10-7
Собственно -излучение	 105	10-8 - 10-12

Как видно из таблицы, радиоволны, видимый свет, УФ и  - излучения имеют одну и ту же природу, но различаются условиями образования и свойствами (энергией или частотой).

Во многих процессах -кванты проявляют себя как частицы, которые называются фотонами. Масса покоя их равна нулю. Скорость распространения гамма - квантов равна скорости света. Энергия фотона зависит от частоты  или от длины волны  гамма-излучения связь между которыми дается соотношением:

E_ = h = h , где с - скорость света, h - постоянная Планка.