Гамма излучение сопровождающее ядерные реакции

Если энергия гамма излучения выше той имеющейся энергии, которая требуется бета активным изотопам, то некоторый другой процесс должен приводить к заполнению вышележащих ядерных состояний. Один из вариантов – ядерная реакция

где образовавшееся ядро ¹²С осталось в возбужденном состоянии. Результатом этого распада является фотон с энергией 4.44 МэВ. К сожалению, среднее время жизни этого состояния такое короткое (61 фс), что атом отдачи углерода не имеет достаточно времени, чтобы перейти в состояние покоя до того как произойдет гамма излучение. Поэтому спектр результирующей энергии фотонов уширяется эффектами Доплера, зависящими от взаимной ориентации скорости атома отдачи и направления фотона. Происходит обязательное уширение энергетического спектра фотонов примерно на 1%. Толщина этой спектральной линии удовлетворяет многим требованиям к калибровке, но она слишком велика для детекторов с высоким энергетическим разрешением (например, германиевые детекторы из Гл. 12). Также в результате данной реакции излучаются нейтроны, а число гамма-квантов с энергией 4.44 МэВ приходящихся на нейтрон составляет, как было измерено, 0,59. Это для типичных источников, базирующихся на смеси радиоизотопных излучателей альфа частиц и бериллия.

Другой возможный вариант

Здесь ядро ¹⁶О образуется в возбужденном состоянии с энергией 6.130 МэВ выше основного состояния, время жизни в этом состоянии около 2*10^-11 с. Это время жизни довольно длительное для того, чтобы устранились практически все эффекты Доплера. В результате образовавшиеся гамма кванты с энергией 6.130 МэВ по существу являются моноэнергетическими.

Обе представленные выше реакции могут использоваться благодаря комбинированию радиоизотопа, распадающегося с излучением альфа частиц, с подходящим веществом мишени (может быть ⁹Ве или ¹³С). Т.к. источники данного типа наиболее часто используются для генерирования нейтронов, то дальнейшие рассуждения по поводу выбора альфа излучателя и рассуждения о других аспектах конструкции источника будут отложены до следующего параграфа об источниках нейтронов. Т.к. большинство альфа частиц не участвует в реакции до того, как они потеряют свою энергию в веществе мишени, большие активности альфа излучателей должны использоваться для образования источников гамма излучения с интенсивностями, реально применяемыми на практике. Например, типичный источник, изготовленный из ²³⁸PuO₂ с активностью 6*10⁹ Бк, и двухсот миллиграмм разделенного на изотопы ¹³С, генерирует гамма излучение с энергией 6.130 МэВ и выходом 770 квантов/сек.

Также гамма излучение обычно генерируется вслед за поглощением тепловых нейтронов определенными ядрами. Источники тепловых нейтронов, используемые для генерации гамма излучения, могут образовывать интенсивные пучки при использовании ядерных реакторов или ускорителей, или слабые потоки при замедлении нейтронов от радиоизотопных источников. Это гамма-излучение, сопровождающее захват нейтронов, обычно имеет энергию до 9 МэВ, и данные о вероятности излучения, приходящейся на один захват нейтрона, которые могут использоваться для калибровки детекторов, известны для различных источников (например, приложение 13).