γ射线

(5)光致核反应 也称为光核吸收，大于一定能量的γ光子与物质原子的原子核作 用，能发射出粒子，例如（γ，n）反应。但这种相互作用的大小与其 它效应相比是小的，所以可以忽略不计。光核吸收的阈能在5MeV或 更高，这种过程类似于原子光电效应，但在这一过程中光子为原子核 所吸收而不是由围绕核转动的壳层电子，光核吸收一般会引起中子的 发射。光核吸收最显著的特点是“巨共振”(giant resonance)。光核 反应中的巨共振是一种偶极共振，它来自γ光子所引起的核的电偶极 激发，称为巨偶极共振(Giant Dipole Resonance，GDR)。对于轻核， 吸收截面的中心约在24MeV。随着靶核质量数增加，中心能量减小， 巨共振峰的位置也随之减小，最重的稳定为12MeV，巨共振的宽度 (相应于半最大高度截面的能量差)随靶核而变化，大约为3-9MeV。即 使是共振峰，光核截面比前面提到的光电截面要小，它对总截面的贡 献小于10%，然而在辐射屏蔽设计中，光核吸收很重要，因为所发射 的中子比入射的光子在重核中具有更大的穿透性。在辐照技术中引起 的放射性显得更重要。


(3)电子对效应 能量大于1.02MeV的γ光子从原子核旁 经过时，在原子核的库仑场作用下，γ光子 转变成一个电子和一个正电子。光子的能 量一部分转变成正负电子的静止能量 (1.02MeV)，其余就作为它们的动能。被发 射出的电子还能继续与介质产生激发、电 离等作用；正电子在损失能量之后，将于 物质中的负电子相结合而变成γ射线，即湮 没，探测这种湮没辐射是判明正电子产生 的可靠实验依据。
γ射线与物质的相互作用


(1)光电效应 γ光子与介质的原子相互作用时，整个 光子被原子吸收，其所有能量传递给原子 中的一个电子（多发生于内层电子）。该 电子获得能量后就离开原子而被发射出来， 称为光电子。光电子的能量等于入射γ光子 的能量减去电子的结合能。光电子与普通 电子一样，能继续与介质产生激发、电离 等作用。由于电子壳层出现空位，外层电 子补空位并发射特征X射线。
γ射线

波长短于0.2埃的电磁波。放射性原子核在发生α衰变,β 衰变后产生的新核往往处于高能量级,要向低能级跃迁,辐 射出γ光子.首先由法国科学家P.V.维拉德发现，是继α、β 射线后发现的第三种原子核射线。原子核衰变和核反应均 可产生γ射线。γ射线的波长比X射线要短，所以γ射线具有 比X射线还要强的穿透能力。可以透过几厘米厚的铅板。 当γ射线通过物质并与原子相互作用时会产生光电效应、 康普顿效应和正负电子对三种效应。原子核释放出的γ光 子与核外电子相碰时，会把全部能量交给电子，使电子电 离成为光电子，此即光电效应。由于核外电子壳层出现空 位，将产生内层电子的跃迁并发射X射线标识谱。高能γ光 子（>2兆电子伏特）的光电效应较弱。γ光子的能量较高 时，除上述光电效应外，还可能与核外电子发生弹性碰撞， γ光子的能量和运动方向均有改变，从而产生康普顿效应。 当γ光子的能量大于电子静质量的两倍时，由于受原子核 的作用而转变成正负电子对，此效应随γ光子能量的增高 而增强。γ光子不带电，故不能用磁偏转法测出其能量


威力 一般来说，核爆炸（比如原子弹、氢弹的爆炸）的杀伤力量由四个因

素构成：冲击波、光辐射、放射性沾染和贯穿辐射。其中贯穿辐射则 主要由强γ射线和中子流组成。由此可见，核爆炸本身就是一个γ射线 光源。通过结构的巧妙设计，可以缩小核爆炸的其他硬杀伤因素，使 爆炸的能量主要以γ射线的形式释放，并尽可能地延长γ射线的作用时 间（可以为普通核爆炸的三倍），这种核弹就是γ射线弹。 贯穿辐 射 与其他核武器相比，γ射线的威力主要表现在以下两个方面：一 是γ射线的能量大。由于γ射线的波长非常短，频率高，因此具有非常 大的能量。高能量的γ射线对人体的破坏作用相当大，当人体受到γ射 线的辐射剂量达到200－600雷姆时，人体造血器官如骨髓将遭到损坏， 白血球严重地减少，内出血、头发脱落，在两个月内死亡的概率为0 －80%；当辐射剂量为600－1000雷姆时，在两个月内死亡的概率为 80－100%；当辐射剂量为1000－1500雷姆时，人体肠胃系统将遭破 坏，发生腹泻、发烧、内分泌失调，在两周内死亡概率几乎为100%； 当辐射剂量为5000雷姆以上时，可导致中枢神经系统受到破坏，发生 痉挛、震颤、失调、嗜眠，在两天内死亡的概率为100%。二是γ射线 的穿透本领极强。γ射线是一种杀人武器，它比中子弹的威力大得多。 中子弹是以中子流作为攻击的手段，但是中子的产额较少，只占核爆 炸放出能量的很小一部分，所以杀伤范围只有500－700米，一般作为 战术武器来使用。γ射线的杀伤范围，据说为方圆100万平方公里，这 相当于以阿尔卑斯山为中心的整个南欧。因此，它是一种极具威慑力 的战略武器。


Байду номын сангаас
(2)康普顿效应 1923年美国物理学家康普顿(A.H.Compton)发现X光 与电子散射时波长会发生移动，称为康普顿效应。 γ 光子与原子外层电子（可视为自由电子）发生弹性碰撞， γ光子只将部分能量传递给原子中外层电子，使该电子脱 离核的束缚从原子中射出。光子本身改变运动方向。被发 射出的电子称康普顿电子，能继续与介质发生相互相互作 用。散射光子与入射光子的方向间夹角称为散射角，一般 记为θ。反冲电子反冲方向与入射光子的方向间夹角称为 反冲角，一般记为φ。当散射角θ=0°，散射光子的能量 为最大值，这时反冲电子的能量为0，光子能量没有损失； 当散射角θ=180°时，入射光子和电子对头碰撞，沿相反 方向散射回来，而反冲电子沿入射光子方向飞出，这种情 况称反散射，此时散射光子的能量最小。

伽马射线暴 在天文学界，伽马射线爆发被称作“伽马射线暴”。究竟什么是伽马射线暴？
它来自何方？它为何会产生如此巨大的能量？ “伽马射线暴是宇宙中一 种伽马射线突然增强的一种现象。”中国科学院国家天文台赵永恒研究员告 诉记 伽玛暴 者，伽马射线是波长小于0.1纳米的电磁波，是比X射线能量还高的一种辐射， 伽玛暴的能量非常高。但是大多数伽马射线会被地球的大气层阻挡，观测必 须在地球之外进行。 冷战时期，美国发射了一系列的军事卫星来监测全 球的核爆炸试验，在这些卫星上安装有伽马射线探测器，用于监视核爆炸所 产生的大量的高能射线。侦察卫星在1967年发现了来自浩瀚宇宙空间的伽马 射线在短时间内突然增强的现象，人们称之为“伽马射线暴”。由于军事保 密等因素，这个发现直到1973年才公布出来。这是一种让天文学家感到困惑 的现象：一些伽马射线源会突然出现几秒钟，然后消失。这种爆发释放能量 的功率非常高。一次伽马射线暴的“亮度”相当于全天所有伽马射线源“亮 度”的总和。随后，不断有高能天文卫星对伽马射线暴进行监视，差不多每 天都能观测到一两次的伽马射线暴。 伽马射线暴所释放的能量甚至可以 和宇宙大爆炸相提并论。伽马射线暴的持续时间很短，长的一般为几十秒， 短的只有十分之几秒。而且它的亮度变化也是复杂而且无规律的。但伽马射 线暴所放出的能量却十分巨大，在若干秒钟时间内所放射出的伽马射线的能 量相当于几百个太阳在其一生(100亿年)中所放出的总能量！ 在1997年 12月14日发生的伽马射线暴，它距离地球远达120亿光年，所释放的能量比 超新星爆发还要大几百倍，在50秒内所释放出伽马射线能量就相当于整个银 河系200年的总辐射能量。这个伽马射线暴在一两秒内，其亮度与除它以外的 整个宇宙一样明亮。在它附近的几百千米范围内，再现了宇宙大爆炸后千分 之一秒时的高温高密情形。 然而，1999年1月23日发生的伽马射线暴比 这次更加猛烈，它所放出的能量是1997年那次的十倍，这也是人类迄今为止 已知的最强大的伽马射线暴。


(4)相干散射 对低能光子（能量远小于电子静止能量）来说，内层 电子受原子核束缚较紧不能视为自由电子。如果光子和这 种束缚电子碰撞，相当于和整个原子相碰，碰撞中光子传 给原子的能量很小，几乎保持自己的能量不变。这样散射 光中就保留了原波长。称为汤姆逊散射(Thomson scattering)或瑞利散射(Rayleigh scattering)或相干散射 (coherent scattering)。由于内层电子的数目随散射物原 子序数的增加而增加，外层电子所占比例降低，所以波长 不变的散射光子强度随之增强，而波长变长的康普顿散射 光子强度随之减弱。 瑞利相干散射引起的散射光子 限制在小角度范围内。即其光子角分布在光子的前进方向 有尖锐的峰，偏转光子的能量损失可以忽略。随着散射光 子散射角φ增大，波长不变的瑞利散射光子相对强度逐渐 减弱，而波长变长的康普顿散射光子相对强度逐渐增强， 同时波长的改变量也逐渐增大。