Гамма-излучение ядер

Радиоактивный распад часто сопровождается g-излучением. Гамма-излучение – это электромагнитное излучение, подобное радиоволнам, световому и тепловому излучениям. Все эти излучения различаются длиной волны. Уменьшение длины волны качественно изменяет характер их распространения в пространстве. Чем короче длина волны, тем больше проявляются корпускулярные свойства, и электромагнитное излучение превращается в поток фотонов. Гамма-кванты имеют энергию от ~1 кэВ до десятков МэВ. Термин «фотон» может применяться для обозначения квантов любого электромагнитного излучения – от теплового (инфракрасного) до ядерного, а термин «гамма-квант» имеет более узкое значение – так называют фотоны, возникающие вследствие ядерных превращений.

Система, состоящая из микрочастиц (атом и атомное ядро), обладает внутренней энергией. При этом она может находиться только в состояниях с дискретными, вполне определенными значениями энергии. Такие значения энергии называются энергетическими уровнями и обозначаются как показано на рис. 1.10. В состояниях, лежащих между энергетическими уровнями, данная система находиться не может. Самый нижний уровень называется основным, ему приписывается значение внутренней энергии, равное нулю, а остальные уровни энергии называются возбужденными и обозначаются в порядке возрастания соответствующими номерами. Обычно ядра находятся в основном состоянии, но если по какой-то причине ядро оказалось в одном из возбужденных состояний, то после некоторого времени пребывания в нем оно может перейти на один из более низко лежащих уровней, как показано на рис. 1.10 стрелками. При таком переходе испускается g-квант, который имеет энергию, равную разности энергий соответствующих уровней возбуждения.

Рис. 1.10. Пример изображения структуры возбужденных
состояний ядра и разрешенных переходов между ними

Расположение уровней и их параметры сугубо индивидуальны для каждого нуклида. Обычно времена жизни ядер в возбужденном состоянии очень малы, порядка 10^-10 – 10^-12 с и менее, однако бывают и долгоживущие возбужденные состояния с временем жизни на много порядков больше обычного. Такие долгоживущие состояния называются метастабильными, и соответствующие ядра называют ядерными изомерами, о чем уже упоминалось ранее.

При радиоактивном распаде дочернее ядро может оказаться в возбужденном или метастабильном состоянии. В таком случае помимо заряженной частицы испускается один или несколько
g-квантов с характерными интенсивностями и энергиями. Подобный набор называется g-спектром и для многих радионуклидов может служить «паспортом», по которому можно идентифицировать радионуклид и определить его активность.