Гамма-нұрлану. Гамма - нұрдың спектрі, мультипөлділігі, шығарылу ықтималдылығы.

Гамма-нұрлану деп ядролардың өздігінен гамма-нұр шығаруын атайды. Гамма-квант шығару процесінде ядро қозған күйінен энергиясы азырақ күйге көшеді (радиациондық көшу). Ядро қозған күйінен негізгі күйге бірден бір g-квант шығарып (3.14-а-сурет) немесе сатылап, бірінен кейін бірі шығатын бірнеше квант шығарып (3.14-б-сурет), өтуі мүмкін.

қасиеттері нашар байқалады, оның бөлшектік қасиеттері басымырақ сезіледі. Гамма-кванттарға, кезкелген фотонға сияқты, энергия, импульс пен L спин тән.

Гамма-кванттың энергиясының мөлшері, арасында радиациялдық көшу өтетін, ядроның деңгейлерінің энергияларының айырмасымен анықталады. Энергия мен импульстің сақталу заңына сәйкес тыныш тұрған ядроның нұрлануы үшін

E=E_γ+T_яд

0=р_γ+p_яд (2.1)

Мұндағы Е мен Е_g - сәйкес ядроның күйлерінің энергияларының айырмасы (көшу энергиясы) мен g-кванттың энергиясы, р_γ - g-кванттың импульсы, Т_{я д} мен p_яд –ядроның тебілу энергиясы мен импульсы. Осылардан ядроның тебілу энергиясы

(2.2)

мардымсыз болады. Мұның шамасы, Е=0.1¸1 МэВ, А=100 үшін, Т_яд =(0.1¸100) эВ=(10^-6¸10^-5)Е болады. Демек, нұрлану энергиясы тұтас дерлік g-кванттың еншісіне тиеді.

Гамма-нұр мен бөлшектер зат арқылы өткенде олар оны құрайтын атомдармен, яғни электрондармен және атом ядроларымен (кейде нуклондармен) әсерлеседі. Осының нәтижесінде бөлшектердің де, заттың да кейбір сипаттамалары өзгереді. Зарядталған бөлшектер мен g-кванттардың затпен әсерлесуіне негізгі үлесті электромагниттік әсерлесу қосады. Ядролық әсерлесудің үлесі оның қысқа қашықтықтығы мен ядролардың санының электрондардың санынан едәуір аздығынан мардымсыз болады. Әрине, зарядталған бөлшектер үшін кулондық тосқауыл, ал g-кванттардың ядролық әсерлесуге қатыспайтыны да өз ықпалдарын тигізеді. Нәзік әсерлесудің тұрақтысы электромагниттік әсерлесу тұрақтысынан 10¹³ есе кем. Сондықтан, оларды зарядталған бөлшектердің зат арқылы өтуі кезінде елемеуге болады. g-квант нәзік әсерлесуге қатыспайды. Сондықтан, нұрдың затпен әсерлесуін олардың электромагниттік әсерлесуімен ауыстыруға болады.

Гамма кванттарға тән энергиягың ең кіші мәні ондаған кэВ, ал жоғары мәні анықталмаған, қазіргі үдеткіштерде алынатын g-кванттардың энергясы ондаған ГэВ. Тәжірибеде маңызы бар гамма-кванттардың энергиялары бірнеше кэВ-тан 200-300 МэВ-ке дейін созылады. Гамма-кванттардың затпен әсерлесуінде, зарядталған бөлшектерге ұқсас, электромагниттік күштердің әсері басым болады. Бірақ, бұл әсерлесудің өзіндік ерекшеліктері бар. Біріншіден, g-квант зарядсыз бөлшек, ол затпен кулондық электр өрісі арқылы әсерлеспейді. Гамма-бөлшектер электрондармен 10^-13 м қашықтықта әсерлеседі. Бұл заттың атомаралық қашықтығынан мың есе кіші. Сондықтан, гамма-кванттар заттың электрондарымен, ядроларымен сирек соқтығысады. Есесіне, соқтығысу нәтижесінде, әлбетте, таралу бағытын күрт өзгертіп, шоқтан шығып кетеді. g-кванттың екінші ерекшелігі оның массасы жоқ , ол еш уақытта жарық жылдамдығынан кем жылдамдықпен қазғала алмайды. Демек, затта ол баяулатылмайды. Соқтығысуда ол жұтылады немесе шашыратылады (көбіне үлкен бұрышқа).

Гамма-кванттар үшін жол, ең ұзын жол, меншікті энергия шығыны ұғымдарының мәні жоқ. Гамма-кванттар шоғы зат арқылы өткенде олардың энергиясы өзгермейді, тек шоқтың қарқыны төмендейді.

Гамма-кванттардың затта жұтылуы негізінен үш құбылыстың: фотоэффект, комптон эффект, электрон-позитрондық қосақтар туғызу әсерінен болады. Шығарылатын гамма-кванттардың толқын ұзындықтары ядроның радиуысынан (R~10^-14м) көп үлкен, демек олар үшін

(2.6)

Мұндай жағдайларда мультипөлдігі 2^L гамма-кванттың шығарылу ықтималдылығы

Электрлік квант үшін ~ -ге (2.7)

Магниттік квант үшін ~ -ге (2.8)

пропорционал. Сонда, электрлік гамма-квант пен МL магниттік фотонның шығарылу ықтималдылықтары шамалас болады. Мультиполділігі L бірдей кванттар үшін электрлік көшудің ықтималдылығы магниттік көшудікінен есе артық.

(2.7) мен (2.8) ден моменті (L+1) фотонның шығарулу ықтималдылығы моменті L фотонның шығарылу ықтималдылығынан рет кіші болады. Осылардан бірдей мүмкіндіктер кезінде мулььтипөлдігі кіші кванттар басымырақ шығарылады деген қорытынды шығады.

Электрлік және магниттік фотондардың анықтамасынан гамма-нұрланудың жұптылық бойынша сұрыптау ережелері шығады.

Электрлік жұп (L-жұп) мультипөлдер мен магниттік тақ (L-тақ) нұрланулар үшін ядроның бастапқы және ақырғы күйлерінің жұптылықтарының бірдей болуы керектігі, ал электрлік тақ, магниттік жұп мультипөлдер үшін олардың жұптылықтары қара-қарсы болуы керектігі шығады.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: