Перегляд вихідного коду сторінки Гамма-промені

{{Otheruses|Гамма (значення)}}
{{unibox}}

'''Га́мма-випромі́нювання''' або '''гамма-промені'''&nbsp;— [[електромагнітне випромінювання]] найвищої [[енергія|енергії]] з [[довжина хвилі|довжиною хвилі]] меншою за 1 [[ангстрем]]. Утворюється в реакціях за участю атомних ядер і [[Елементарна частинка|елементарних частинок]] у процесах розпаду, синтезу, [[анігіляція|анігіляції]], під час гальмування заряджених частинок великої енергії.

Позначаються грецькою літерою γ.

Гамма-промені мають велику проникність, не заломлюються, під час взаємодії з речовиною спричиняють [[іонізація|іонізацію]] [[атом]]ів, породжують [[електрон]]-[[позитрон]]ні пари.

Окремі фотони в гамма-променях називають ''гамма-квантами''.

== Утворення ==
[[Файл:Cobalt-60 Decay Scheme.svg|thumb|300px|Схема радіоактивного розпаду <sup>60</sup>Co. У результаті бета-розпаду утворюється ядро Ni<sup>*60</sup> у збудженому стані. Згодом відбувається каскад переходів в основний стан із випромінюванням гамма-квантів.]]
Одним із процесів утворення гамма-квантів є випромінювання [[радіоактивність|радіоактивним]] [[ядро атома|ядром]], яке перебуває в збудженому стані. Гамма-квант випромінюється внаслідок переходу ядра зі [[збуджений стан квантовомеханічної системи|збудженого стану]] в [[Основний стан квантовомеханічної системи|основний]]. При цьому не змінюються ні [[атомний номер]], ні [[масове число]] ядра.

Гамма-кванти можуть з'являтися також в інших, складніших [[ядерна реакція|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 має бути дуже високою, лежати в області принаймні десятків [[електронвольт|МеВ]]. Такі частинки можна отримати в [[Прискорювач заряджених частинок|прискорювачах]], зокрема [[синхротрон]]ах.

Гамма-промені можуть також утворюватися внаслідок анігіляції частинок з [[античастинка]]ми. Оскільки в такому випадку сумарний імпульс частинок та античастинок зазвичай невисокий, утворені два гамма-кванти рухаються в протилежних напрямках. Одночасне детектування двох гамма-квантів, що розповсюджуються в протилежних напрямках, є експериментальним підтвердженням акту анігіляції.

== Енергія ==
Енергія гамма-квантів обмежена лише знизу&nbsp;— довжина хвилі у 1 ангстрем відповідає енергії фотона трохи більше за десять [[електрон|кеВ]].

Енергія гамма-квантів теплової природи може досягати сотень кеВ&nbsp;— фотони з енергією 1&nbsp;МеВ випромінюються [[абсолютно чорне тіло|абсолютно чорним тілом]] температурою 2 млрд [[кельвін|К]]<ref>[https://www.mpe.mpg.de/~rod/papers/Universe_2_Processes.pdf Gamma-Ray Production and AbsorptionProcesses] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20220123221846/https://www.mpe.mpg.de/~rod/papers/Universe_2_Processes.pdf |date=23 січня 2022 }}{{ref-en}}</ref>.

При радіоактивному розпаді утворюються гамма-кванти з енергіями від десятків кеВ до десятка Мев<ref>[https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/Pub1287_Vol2_web.pdf UPDATE OF X RAY AND GAMMA RAY DECAY DATA STANDARDS FOR DETECTOR CALIBRATION AND OTHER APPLICATIONS] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20210129100821/https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/Pub1287_Vol2_web.pdf |date=29 січня 2021 }}{{ref-en}}</ref>. У випадку β<sup>+</sup>-розпаду, при якому утворюється [[позитрон]], він швидко анігілює з навколишніми електронами, випромінюючи при цьому фотон з енергією 511&nbsp;кеВ.

При зіткненні частинок у прискорювачах утворюються фотони з енергіями у сотні ГеВ<ref>[https://arxiv.org/pdf/1309.2360.pdf Modeling gamma ray productionfrom proton-proton interactions inhigh-energy astrophysicalenvironments] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20210128230324/https://arxiv.org/pdf/1309.2360.pdf |date=28 січня 2021 }}{{ref-en}}</ref>.

Фотони з енергіями вище 30 ГеВ називають {{не перекладено|дуже високоенергетичне гамма-випромінювання|дуже високоенергетичними||Very-high-energy gamma ray}}, а з енергіями вище 30 ТеВ&nbsp;— {{не перекладено|Ультра-високоенергетичне гамма-випромінювання|ультра-високоенергетичними||Ultra-high-energy gamma ray}}, з енергіями вище 30 ПеВ&nbsp;— екстремально високоенергетичними<ref>{{Cite web |url=https://arxiv.org/pdf/0712.0315.pdf |title=Very High Energy Gamma Astrophysics |accessdate=22 січня 2021 |archive-date=28 січня 2021 |archive-url=https://web.archive.org/web/20210128220456/https://arxiv.org/pdf/0712.0315.pdf }}</ref>. Такі гамма-кванти утворюються в [[астрофізика|астрофізичних]] процесах, проте детектувати їж дуже складно. Імовірно, на 1&nbsp;км² поверхні Землі падає менш ніж один гамма-квант з енергією вище за 30&nbsp;ПеВ на день. Найбільш енергетичне зафіксоване гамма-випромінювання прийшло з боку [[Крабоподібна туманність|Крабоподібної туманності]]. Енергія його фотонів досягала 450&nbsp;ТеВ<ref>[https://www.sciencemag.org/news/2019/07/highest-energy-light-ever-seen-traced-crab-nebula Highest energy light ever seen traced to Crab nebula] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20210128124708/https://www.sciencemag.org/news/2019/07/highest-energy-light-ever-seen-traced-crab-nebula |date=28 січня 2021 }}{{ref-en}}</ref>.

== Взаємодія з речовиною ==
Гамма-промені мають найбільшу проникність з усіх видів радіації. Відповідно, від них найважче захиститися. Взаємодія фотонів великих енергій із речовиною слабка. Поглинаючись чи розсіюючись у речовині, гамма-промені передають велику енергію зарядженим частинкам, які відповідають за народження великого числа радіаційних дефектів. Існує три види взаємодії гамма-квантів з речовиною: [[фотоефект]], [[комптонівське розсіювання]] і [[Народження пар|народження електрон-позитронних пар]].

Явище фотоефекту залежить від взаємодії електромагнітної хвилі з [[електрон]]ами в складі атомів. Велика енергія, а отже й частота гамма-квантів призводить до зменшення ефективності такої взаємодії, оскільки електрони стають надто інертними, щоб реагувати на швидкі зміни [[напруженість електричного поля|напруженості електричного поля]] хвилі. Тому зі збільшенням енергії гамма-квантів фотоефект, який є основним типом взаємодії гамма-квантів малих енергій з речовиною, дає дедалі менший внесок у процес їхнього поглинання.

За великих енергій гамма-квантів основним каналом поглинання стає народження електрон-позитронних пар. Гамма-квант може утворити електрон-позитронну пару, якщо його енергія принаймні вдвічі перевищує [[Маса|масу спокою]] електрона. У&nbsp;порожньому просторі утворення електрон-позитронної пари неможливо через вимогу одночасного виконання [[закон збереження енергії|законів збереження енергії]] та [[закон збереження імпульсу|імпульсу]]. Для утворення електрон-позитронної пари потрібне ще одне тіло, яке могло б узяти на себе частину імпульсу, тому народження пар відбувається лише в речовині.

За проміжних енергій гамма-квантів основним шляхом їхньої взаємодії з речовиною є комптонівське розсіювання. Воно відрізняється від інших типів взаємодії тим, що розсіюючись на заряджених частинках, гамма-квант не зникає, а віддає лише частину енергії.

Резонансне поглинання гамма-квантів ядрами загалом не відбувається, оскільки енергія гамма-кванта, який випромінюється атомами, дещо відрізняється від різниці енергій ядерних рівнів. Частина енергії йде на віддачу ядра. Однак таке поглинання можна спостерігати в спеціальних умовах, забезпечених постановкою експерименту. Детальніше про це в статті ''[[Ефект Мессбауера|Ефект Месбауера]]''.

== Застосування ==
Попри небезпеку гамма-променів для живих організмів, вони застосовуються в медицині. Здатність високочастотних фотонів руйнувати живі клітини застосовують для [[Стерилізація (мікробіологія)|стерилізації]] медичних інструментів і для знищення [[Карцинома|ракових]] [[Клітина|клітин]]. Для діагностики застосовують [[мічені атоми]], які випромінюють гамма-промені.

У 1950-х&nbsp;— 1970-х роках виникла [[Гамма-астрономія|галузь астрономії]], яка вивчає космічні об'єкти та процеси за їх гамма-випромінюванням<ref name="AES-Гамма_астрономія"/>.

== Див. також ==
* [[Гамма-активаційний аналіз]]
* [[Гамма-дефектоскопія]]
* [[Поль Ульріш Віллар]]&nbsp;— першовідкривач

== Джерела ==
{{reflist|refs=
<ref name="AES-Гамма_астрономія">{{А-Е-С|Гамма-астрономія|98—99|g}}</ref>
}}

== Література ==
* {{МГЕ|nocat=1}}
* {{книга
|автор        = [[Булавін Леонід Анатолійович|Булавін Л. А.]], [[Тартаковський Віктор Костянтинович|Тартаковський В. К.]]
|заголовок    = Ядерна фізика
|рік          = 2005
|видавництво  = Знання
|місто        = {{Comment|К.|Київ}}
|сторінок     = 439
}}
* {{ref-ru}} {{книга |автор=Коган Р. М., Назаров И. М., Фридман Ш. Д. |заголовок=Основы гамма-спектрометрии природных сред |посилання= |відповідальний= |місце={{М.}} |видавництво=[[Энергоатомиздат]] |рік=1991 |сторінок=233 |isbn= |ref=Коган Р. М. и др. }}

== Посилання ==
* {{УСЕ-4|[http://slovopedia.org.ua/29/53395/8491.html Гамма-випромінювання]}}

{{Ядерні реакції}}
{{Електромагнітний спектр}}
{{Портали|Фізика||}}

[[Категорія:Радіоактивність]]
[[Категорія:Гамма-промені|*]]