放射性γ衰变

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简介

γ衰变是一种放射性现象，其中不稳定的原子核通过自发的电磁过程释放出多余的能量。γ衰变最显著的形式是γ射线发射，γ射线以光子的形式传播，光子是具有极短波长的电磁能量包。γ衰变还包括两个主要的电磁过程：内转换和内电子对产生。

在内转换中，原子核中多余的能量直接转移到其轨道电子之一，而在内电子对产生中，原子核的特定电磁场中的多余能量转换为一个电子和一个正电子，它们一起被发射出来。

什么是γ衰变？

γ衰变过程表现出与极高频率相关的电磁辐射发射，因此产生非常高的能量。它释放出稳定不稳定原子核所需的过量能量。原子核通过γ衰变过程发射高能光子，从高能级降到低能级。这种能级跃迁在兆电子伏特（MeV）范围内。

因此，与X射线类似，发射的γ射线也表现出相同数量级的很高能量。γ射线来自原子核，由于存在大量能量，因此具有极强的穿透力，因此这些射线对地球上的生命形式具有危险性。

与α衰变和β衰变不同，母核不发生物理变化。在整个放射性γ衰变过程中，子核和母核是相同的。大多数情况下，γ衰变发生在放射性原子核经历α衰变和β衰变阶段之后。α和β衰变使子核处于激发态。子核从激发态返回基态，并发射一个或多个高能γ射线。

图1：γ衰变

γ射线：来源

除了放射性衰变之外，γ射线的来源还包括不同的自然现象。根据 Mailyan 等人（2020）的说法，最突出的例子是陆地雷暴和闪电。正如 De Angelis 和 Mallamaci（2018）所述，γ射线从包括脉冲星、类星体和星系在内的各种天体在太空中爆发。

从这些天体中，γ射线在太空中传播。恒星的坍塌导致黑洞的形成，被称为超新星。超新星事件导致长时间的γ射线爆发（NASA，2022）。

这些爆发产生的总能量输出约为 1044 焦耳，相当于太阳在其整个生命周期中产生的总能量。爆发的持续时间在 20 到 40 秒之间。

图2：γ射线来源

γ射线的应用

宇宙中大多数高能事件都是通过γ射线的辐射发生的。

然而，如果没有γ射线探测器，这些事件就无法被观察到。为了解决这个问题，科学家们建造了一颗大型卫星，称为费米伽马射线太空望远镜，它有助于提供对已发现宇宙中发生的事件的清晰视野。

• γ射线传感器用于食品包装和化工行业。这样做是为了测量密度、厚度和成分。正如 Roshani 等人（2021）所述，
• γ辐射也用于石油工业。
• γ射线也用于医疗实践。γ射线用于肿瘤学领域，用于治疗某些类型的癌症（studiousguy，2022）。在这种治疗过程中，高能γ射线照射到癌细胞以杀死它们。
• γ射线用于土木工程，用于检查油管中发现的密度变化和薄弱环节。
• 根据 Caraveo（2020）的说法，γ射线用于天文学领域，用于观察宇宙中的遥远天体。γ射线还用于杀死各种小型昆虫，包括霉菌、细菌和有害细菌。

图3：γ射线的应用

结论

放射性过程通常受三个主要过程的控制：α衰变、β衰变和γ衰变。在γ衰变过程中，会发射高能光子。由于天体活动，γ射线在太空中大量存在。然而，它也有各种现实生活中的应用。γ射线对生物体的细胞水平造成很大损害。由于γ射线的穿透性，它们会穿过生物体的整个身体。然而，与α射线或β射线相比，γ射线的电离作用要小得多。因此，与穿透力相比，其严重程度较低。

常见问题

Q1. γ射线传感器的应用有哪些？

γ射线传感器用于食品包装过程。γ射线传感器用于化工行业，以测量化学品的厚度、密度和成分等各个方面。γ射线也用于治疗某些类型的癌症。它也用于消毒行业。

Q2. 三种不同的放射性衰变类型是什么？

有三种主要的放射性衰变类型。α衰变是导致氦核发射的过程。β衰变会导致电子的释放，而γ衰变则有助于释放高能光子。

Q3. γ衰变是什么意思？

γ衰变与有助于产生属于非常高频率的电磁辐射的过程相关。高频率归因于释放出稳定不稳定原子核所需的过量能量的高能量释放。

Q4. 谁发现了γ射线？

γ射线是由法国化学家和物理学家保罗·维拉德发现的。他在 1900 年发现了γ射线。

Q5. γ射线的特性是什么？

γ射线波长非常短，并且在所有辐射中具有最高的能量。

参考文献

期刊

Caraveo, P. A. (2020)。高能伽马射线天文学的黄金时代：切伦科夫望远镜阵列的多信使时代。La Rivista Del NuovoCimento，43（6），281-318。检索自：https://www.researchgate.net

De Angelis, A. & Mallamaci, M. (2018)。伽马射线天体物理学。欧洲物理学报 Plus，133（8），1-18。检索自：https://arxiv.org/

Mailyan, B. G.，Nag, A.，Dwyer, J. R.，Said, R. K.，Briggs, M. S.，Roberts, O. J.，... & Rassoul, H. K. (2020)。从太空和地面观测到的雷暴产生的伽马射线和射频辐射。科学报告，10（1），1-9。检索自：https://www.nature.com/

Roshani, M.，Phan, G.，Faraj, R. H.，Phan, N. H.，Roshani, G. H.，Nazemi, B.，... & Nazemi, E. (2021)。提出一种基于伽马辐射的智能系统，用于同时分析和检测石油副产品的类型和数量。核工程与技术，53（4），1277-1283。检索自：www.sciencedirect.com

网站

NASA，2022。关于伽马射线。检索自：https://science.nasa.gov/ [检索日期：2022 年 6 月 10 日]

Studiousguy，2022。关于伽马射线示例。检索自： [检索日期：2022 年 6 月 10 日]