Gammasäteily

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Radioactive.svg

Radioaktiiviset prosessit

Radioaktiiviset prosessit:


Ydinsynteesi

n  k  m

Gammasäteily on ionisoivaa sähkömagneettista säteilyä, joka on peräisin atomiydinten viritystilojen purkautumisesta radioaktiivisessa hajoamisessa tai elektroni-positroniparien annihilaatiosta. Gammasäteilyä vapautuu suuria määriä gammapurkauksissa.

Gammasäteilyä syntyy maailmankaikkeudessa monissa rajuissa ilmiöissä kuten kaasun kuumentuessa mustaa aukkoa ympäröivässä kertymäkiekossa. Gamma-astronomia on erityisesti satelliiteilla tehtävän avaruustutkimuksen uudempia aloja.

Ominaisuuksia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Gammasäteily on kaikkein suurienergisintä sähkömagneettista säteilyä. Yksittäisen gammakvantin energia on tyypillisesti yli 100 keV, taajuus luokkaa 1020 Hz ja aallonpituus alle 10 pm. Pienen aallonpituutensa vuoksi gammakvantin keskimääräinen vapaa matka väliaineessa on suuri ja siksi se on hyvin läpitunkevaa. Gammasäteilyn tehon vähentämiseksi 50 %:iin vaaditaan 1 cm lyijyä; 4,6 cm graniittia tai 6 cm betonia.

Suuren energiansa vuoksi gammasäteily on vaarallista eläville soluille ja sitä käytetään lääketieteessä muun muassa syöpäsolujen tuhoamiseen ja lääketieteellisten instrumenttien sterilointiin. Gammasäteilyä käytetään myös isotooppi- eli gammakuvauksessa esimerkiksi teollisuudessa. Tavallisin gammasäteilyn lähde on koboltti-60 tai iridium-192.

Vuorovaikutus materiaalin kanssa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Gammasäteilyllä on pääasiassa kolme tapaa vuorovaikuttaa materiaalin kanssa: valosähköinen ilmiö, Compton-sironta ja parinmuodostus.[1]

Gammahajoaminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Gammasäteily

Gammasäteilyä syntyy tavallisesti yhdessä muunlaisen säteilyn kanssa. Monessa tapauksessa radioaktiivisen hajoamisen tuloksena syntyy virittynyt ydin.[2] Kun ytimen viritystila laukeaa, ydin emittoi osan energiastaan gammafotonina. Emittoituneen gammahiukkasen energia vastaa ytimen alkutilan energian ja lopputilan energian erotusta.[3]

Esimerkiksi koboltti-60 hajoaa ensin virittyneeksi nikkeli-60:ksi beetahajoamisella:


{}^{60}\hbox{Co}\;\to\;^{60}\hbox{Ni*}\;+\;e^-\;+\;\overline{\nu}_e.

Sitten nikkeli-60:n viritystila purkautuu ja viritystilaa vastaava energiamäärä purkautuu gammasäteilynä:


{}^{60}\hbox{Ni*}\;\to\;^{60}\hbox{Ni}\;+\;\gamma.

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Gammasäteilyn havaitsi ranskalainen kemisti Paul Ulrich Villard vuonna 1900 tutkiessaan uraania. Hän toimi École Normale -korkeakoulussa Pariisissa. Hän rakensi laitteiston, jolla määritti, ettei gammasäteily käänny magneettikentässä, eikä se siis koostu varatuista hiukkasista, kuten alfa- tai beetasäteily.

Pitkään gammasäteilyn uskottiin olevan hiukkassäteilyä. Aaltoluonteen osoitti brittiläinen fyysikko William Henry Bragg vuonna 1910,lähde? jolloin hän osoitti, että gammasäteily siroaa kidehilasta kuten röntgensäteily.

Ernest Rutherford ja Edward Andrade mittasivat 1914 gammasäteilyn aallonpituuden diffraktion avulla.[4][5] Rutherford nimesi säteilyn gammasäteilyksi kreikkalaisten aakkosten mukaan, kuten oli aiemmin nimennyt alfa- ja beetasäteilynkin.

Heliumytimistä koostuvan alfasäteilyn pysäyttää paperiarkki, elektroneista koostuvan beetasäteilyn alumiinilevy ja gammasäteily vaimenee väliaineessa.

Altistus- ja mittayksiköt[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Gammasäteilyn ionisoivaa vaikutusta kutsutaan altistumiseksi:

  • coulombi per kilogramma (C/kg) on SI-yksikkö, jolla mitataan ionisoivalle säteilylle altistumista. Yksikkö mittaa sen säteilyn määrää, joka aiheuttaa yhden coulombin varauksen yhdessä kilogrammassa materiaa.
  • Röntgen (yksikkö) (R), vanhentunut yksikkö. 1 röntgen tarkoittaa energiaa, jonka gamma- tai röntgensäteily aiheuttaa kuutiosenttimetrissä ilmaa. 1 röntgen = 2,58×10−4 C/kg

Ionisoivan säteilyn, kuten gammasäteilyn, vaikutus elävään kehoon liittyy enemmänkin siihen, kuinka suuren energiamäärän säteily on jättänyt kohdeaineeseen massayksikköä kohden. Tätä ilmaistaan absorboituneella annoksella:

  • Gray (Gy), ilmoittaa sen säteilyn määrän, jolla välitetään 1 joule energiaa 1 kilogrammaan mitä tahansa materiaa.
  • Rad, vanhentunut absorboituneen säteilyannoksen yksikkö, 1/100 graytä

Ekvivalenttiannos kuvaa ionisoivan säteilyn (radioaktiivisen säteilyn) aiheuttamaa säteilyannosta ja nimenomaan sen biologista vaikutusta. Gammasäteillä se on yhtä suuri kuin absorboitunut säteilyannos.

  • Sievert (Sv) SI-yksikkö, joka gammasäteillä vastaa Gray:ta
  • Rem (Röntgen equivalent man), vanhentunut säteilyn ekvivalenttiannoksen yksikkö, 1/100 sievertiä

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. John Lilley: Nuclear Physics, s. 136. Wiley, 2002. ISBN 0471979368.
  2. Darrell Ebbing & Steven Gammon: General chemistry, s. 828. Cengage Learning, 2009. ISBN 9780618934690. (englanniksi)
  3. John Lilley: Nuclear Physics, s. 65. Wiley, 2002. ISBN 0471979368.
  4. Deslattes, R.D.: High Resolution Gamma-Ray Spectroscopy: the First 85 Years (pdf) J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 105, 1 (2000). Viitattu 3.3.2012.
  5. E. Rutherford and E. N. da C. Andrade, The spectrum of the penetrating x-rays from Radium B and Radium C, Phil. Mag. 28, 263–273 (1914)