اشعة گاما

 

اشعه گاما نوعی از امواج الکترومغناطیسی است. طول موج آن بسیار کوتاه است و از ۱ تا ۰٫۰۱ آنگستروم تغییر می‌کند. جرم آن در مقیاس اتمی صفر، سرعت آن برابر سرعت نور، بار الکتریکی آن صفر است. انرژی اشعه گاما از ۱۰ کیلو الکترون ولت تا ۱۰ مگا الکترون ولت تغییر می‌کند.

به گزارش دنفر،  برد اشعه گاما بسیار زیاد است.  مثلاً در هوا چندین متر است.  خاصیت ایجاد یونیزاسیون  و برانگیختگی در اشعه گاما نیز وجود دارد. ولی به مراتب کمتر از ذرات آلفا و بتا است.

مثلاً اگر قدرت یونیزاسیون متوسط اشعه گاما را یک فرض کنیم، قدرت یونیزاسیون متوسط ذره بتا ۱۰۰ و ذره آلفا ۱۰۴ خواهد بود. قدرت نفوذ این اشعه به مراتب بیشتر از ذرات بتا و آلفا است. طیف انرژی اشعه گاما، همانند ذرات آلفا تک انرژی است. یعنی تمام فوتون‌های گامای حاصل از یک عنصر رادیواکتیو دارای انرژی یکسانی هستند.وبه علم کمک بسیار اساسی می کند.

این اشعه تنها از یک تکه فلز سرب به طول ۴۰ سانتی متر نمی‌تواند عبور کند. این پرتو از لحاظ انر‍ژی شباهت بسیاری با اشعه ایکس دارد ولی مهمترین تفاوت این اشعه با اشعه ایکس در این است که اولاً منشا تولیداشعه ایکس یک واکنش اتمی است در حالی که منشا تولید اشعه گاما یک برهمکنش هسته ای است و دوم اینکه طیف اشعه گاما نسبت به اشعه ایکس همدوس تر و متمرکز تر می باشد.

تشعشعات هسته‌ای

این تشعشعات بسیار خطرناک و به محض انفجار بمب در تمام نقاط پخش می‌شود که شامل چهار دسته‌اند:

آلفا

این ذره برد و قدرت نفوذ کمتری نسبت به سایر ذرات دارد و توسط یک ورق کاغذ یا پارچه یا پوست انسان متوقف می‌شود.

بتا

این ذره از ذرات آلفا قدرت نفوذ بیشتری دارد ولی دارای برد کمتری می‌باشد و توسط یک صفحه فلزی با ضخامت بیش از سه میلیمتر متوقف می‌شود.

گاما

این اشعه مانند امواج رادیویی دارای برد بسیار زیادی می‌باشد , قدرت نفوذ و تخریب این اشعه بسیارزیاد است. یک لایه ۱۵سانتیمتری بتن یا یک لایه ۲۰ سانتیمتری خاک فقط نیمی از این اشعه را می‌گیرد و همان نیمی دیگر اثرات زیانبار خود را بر جای میگذارد.

نوترون

نوترون نیز مانند گاما هم بسیار زیانبار است هم دارای برد بسیار زیادی می‌باشد و قدرت نفوذ و تخریب بسیار زیادی دارد با این تفاوت که نوترون ذره است و گاما اشعه.

اثر تخریبی آن در موجودات زنده بیشتر است تا اشیاء.

پرتو گاما

اشعه گاما Gamma ray اشعه ای که در انتهای طیف ودر بالاتر از منطقه اشعه ایکس قرار دارد. طول موج امواج گاما کمتر از چهارصدم نانومتر است. انرژی فوتونهای گاما بین ۱۰۰۰۰الکترون ولت تا یک میلیون الکترون ولت است .بر خلاف اشعه ایکس منشاءآن انتقالات بین حالت های مختلف درون هسته می باشد.

تولید این اشعه در پدیده های اخترفیزیکی به شکل موارد زیر می باشد:

۱-واپاشی هسته های رادیو اکتیو در انفجارات ابرنواختری
۲- در واکنشهای اشعه کیهانی
۳-تابش انحناء در میدان های مغناطیسی بسیار قوی
۴- برخورد ذرات ماده و ضد ماده.

قدرت نفوذ اشعه گاما بسیار زیاد است برای جلوگیری از نفوذ آن از فلزاتی مانند سرب وتنگستن استفاده می شود. انفجارات ابرنواختری ،برخورد میان کهکشانها، کوازار ها ، تپنده ها وواکنشهای نزدیک به سیاهچاله ها از منابع اصلی تولید اشعه گاما در طبیعت به حساب می آیند.

ماه، منبع پرتو گاما(حتی قویتر از خورشید) در منظومه شمسی ماست. خورشید به تنهایی میزان بسیار اندکی پرتو گاما تولید می کند (البته به جز شراره های خورشیدی) چرا که انرژی کافی برای شتاب دادن ذرات را ندارد. پرتوهای گامای رصد شده از ماه نیز از برهم کنش مابین امواج کیهانی و سطح ماه تولید و ساطع می شوند. چنین اتفاقی بصورت مشابه در خورشید هم شاید رخ بدهد اما میدان مغناطیسی خورشید، مانع از آن می شود تا این امواج کیهانی به سطح آن برسند. چنین بر هم کنش هایی همچنین باعث می شوند تا جو زمین از لحاظ پرتوهای گاما بسیار درخشان به نظر برسد.

هیچ منبع پرتوی گامایی به جز اینها در فواصلی نزدیک به ما (در منظومه شمسی)، تاکنون دیده نشده است

تمامی تصاویر پرتو گاما (و همچنین پرتو X وامواج رادیویی ، مادون قرمز ، ماورای بنفش و …)بدست آمده از تلسکوپهای فضایی مانند تلسکوپ گلاست و تلسکوپ کامپتون بصورت مجازی رنگ آمیزی می شوند. رنگ های متفاوت نور عادی، برای نمایش دادن میزان قدرت پرتوگاما و یا انرژی آنها به کار می روند.

اگر چه دانشمندان در واقع اینگونه تصاویر را برای برقراری ارتباط بیشتر با عموم تولید می کنند، تمامی اطلاعاتی که – از طریق این رصدها – به دست می آید، بصورت عددی است که برای استخراج داده های علمی، این اعداد و ارقام هستند که پردازش می شوند. حتی زمانی که دانشمندان، تصاویر را آنالیز می کنند، در واقع به بررسی اعدادی مشغولند که چنین تصاویری را ساخته اند.

دید کلی

با توجه به اینکه اشعه گاما دارای تشعشع الکترومغناطیسی می‌باشد، آن فاقد بار و جرم سکون است. اشعه گاما موجب برهمکنشهای کولنی نمی‌گردد و لذا آنها برخلاف ذرات باردار بطور پیوسته انرژی از دست نمی‌دهند. معمولا اشعه گاما تنها یک یا چند برهمکنش اتفاقی با الکترونها یا هسته‌های اتم‌های ماده جذب کننده احساس می‌کند. در این برهمکنش‌ها اشعه گاما یا بطور کامل ناپدید می گردد یا انرژی آن بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌یابد. اشعه گاما دارای بردهای مجزا نیست، به جای آن ، شدت یک باری که اشعه گاما بطور پیوسته با عبور آن از میان ماده مطابق قانون نمایی جذب کاهش می‌یابد.

فروپاشی گاما

در فروپاشی گاما ، هنگامی که یک هسته تحت گذارهایی از حالات برانگیخته بالاتر به حالات برانگیخته پایین‌تر یا حالت پایه آن می‌رود، تشعشع الکترومغناطیسی منتشر می‌گردد. معادله عمومی فروپاشی گاما بصورت زیر است:

AZX*——–>AZX + γ

که در آنX و X* به ترتیب نشان دهنده حالت پایه (غیر برانگیخته) و حالت با انرژی بالاتر است. قابل ذکر است که این فروپاشی با هیچ گونه تغییر در عدد جرمی (A) و عدد اتمی (Z) همراه نیست.

حالت برانگیخته هسته و حالت با انرژی پایین حاصل شده در اثر نشر پرتو گاما ، فقط زمانی به عنوان ایزومر هسته‌ای در نظر گرفته می‌شود که نیمه عمر حالت برانگیخته به اندازه‌ای طولانی باشد که بتوان آن را به سادگی اندازه گیری نمود. زمانی که این حالت وجود داشته باشد، فروپاشی گاما به عنوان یک گذار ایزومری توصیف می‌گردد. اصطلاحات حالت نیمه پایدار یا حالت برانگیخته برای توصیف گونه‌ها در حالات انرژی بالاتر از حالت پایه نیز به کار می‌رود.

حالتهای فروپاشی گاما

• نشر اشعه گامای خالص :

در این حالت فروپاشی گاما ، اشعه گامای منتشر شده بوسیله یک هسته از یک فرآیند فروپاشی گاما برای کلیه گذارها بین ترازهای انرژی که محدوده انرژی آن معمولا از 2 کیلو الکترون ولت تا 7 میلیون الکترون ولت می‌باشد، تک انرژی است. این انرژیهای گذارها بین حالت کوانتومی هسته بسیار نزدیک هستند. مقدار کمی از انرژی پس زنی هسته با هسته دختر (هسته نهایی) همراه می‌باشد، ولی این انرژی معمولا نسبت به انرژی اشعه گاما بسیار کوچک بوده و می‌توان از آن صرفنظر کرد.

•حالت فروپاشی بصورت تبدیل داخلی :

در این حالت فروپاشی ، هسته برانگیخته با انتقال انرژی خود به یک الکترون اربیتال برانگیخته می‌گردد، که سپس آن الکترون از اتم دفع می‌شود. اشعه گاما منتشر نمی‌شود. بلکه محصولات این فروپاشی هسته در حالت انرژی پایین یا پایه ، الکترونهای اوژه ، اشعه ایکس و الکترونهای تبدیل داخلی می‌باشد. الکترونهای تبدیل داخلی تک انرژی هستند. انرژی آنها معادل انرژی گذار ترازهای هسته‌ای درگیر منهای انرژی پیوندی الکترون اتمی می‌باشد.

با توجه به اینکه فروپاشی تبدیل داخلی منجر به ایجاد یک محل خالی در اربیتال اتمی می‌شود، در نتیجه فرآیندهای نشر اشعه ایکس و نشر الکترون اوژه نیز رخ خواهد داد.

•حالت فروپاشی بصورت جفت:

برای گذارهای هسته‌ای با انرژی‌های بزرگتر از 1.02 میلیون الکترون ولت تولید جفت اگر چه غیر معمول است اما یک حالت فروپاشی محسوب می‌شود. در این فرآیند ، انرژی گذرا ابتدا برای بوجود آمدن یک جفت الکترون – پوزیترون و سپس برای دفع آنها از هسته بکار می‌رود.انرژی جنبشی کل داده شده به جفت معادل اختلاف بین انرژی گذار و 1.02 میلیون الکترون ولت مورد نیاز برای تولید جفت است. پوزیترون تولید شده در این فرآیند نابود خواهد شد.