Gammaübergang
Der Gammaübergang (kurz: \({\rm{\gamma }}\)-Übergang) tritt bei praktisch allen Kernumwandlungen auf. Nach der Kernumwandlung wie z.B. dem Alpha- oder dem Beta-Minus-Zerfall verbleibt der Atomkern meist in einem angeregten Zustand; die noch vorhandene überschüssige Energie gibt er in Form eines oder mehrerer Gammaquanten ab. Abgesehen von der Art des Entstehens sind die Gammaquanten praktisch identisch mit den RÖNTGEN-Quanten. Die Gammaquanten bewegen sich mit einer konstanten Geschwindigkeit \(c = 299792458\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}\), der Vakuumlichtgeschwindigkeit. Den Strom aus Gammaquanten bezeichnet man auch als Gammastrahlung (kurz: \(\rm{\gamma }\)-Strahlung).
Keine Änderung der Kennzahlen des Kerns
Beim Gammaübergang ändert sich weder die Massenzahl noch die Kernladungszahl; der Atomkern verliert lediglich Energie und geht von einem höheren in einen niedrigeren Energiezustand über. Die Reaktionsgleichung lautet\[_{\rm{Z}}^{\rm{A}}{{\rm{X}}^*}\mathop \to \limits^{\rm{\gamma }} \;_{\rm{Z}}^{\rm{A}}{\rm{X}} + _{\rm{0}}^{\rm{0}}{\rm{\gamma }}\]
Beispiel: Ein energiereicherer, angeregter, sogenannter metastabiler Bariumkern gibt ein Gammaquant ab und geht dadurch in einen niedrigeren und gleichzeitig stabileren Energiezustand über: \({}_{{\rm{56}}}^{{\rm{137}}}{\rm{B}}{{\rm{a}}^*}\mathop \to \limits^{\rm{\gamma }} {}_{{\rm{56}}}^{{\rm{137}}}{\rm{Ba}} + {}_{\rm{0}}^{\rm{0}}{\rm{\gamma }}\); die dabei in Form des Gammaquants frei werdende Energie beträgt \(0{,}662\,{\rm{MeV}}\).
Eigenschaften von Gammastrahlung
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Gammastrahlung besitzt ein niedriges Ionisierungsvermögen. Gammastrahlung ionisiert also auf einem kleinen Raum nur wenige andere Teilchen.
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Die bei einem speziellen Gammaübergang entstehenden Gammaquanten haben gleiche oder fast gleich große Energien.
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Gammastrahlung kann nicht durch Magnetfelder ablenkt werden. Gammaquanten sind also nicht elektrisch geladen.
Energien von Gammaquanten
Gammastrahlung kann je nach Zerfallsprozess unterschiedliche Energie haben. Tab. 1 zeigt die Energie der häufigsten Gammaquanten bei verschiedenen, häufig auftretenden Zerfallsprozessen.
Radionuklid | Umwandlungsart | Energie der häufigsten Gammaquanten in \(\rm{MeV}\) |
---|---|---|
U-235 | Alpha-Zerfall | \(0{,}186\) ; ... |
N-16 | Beta-Minus-Zerfall | \(6{,}129\) ; \(7{,}115\) ; ... |
Ba-137m | Gammaübergang | \(0{,}662\) |
Na-22 | Beta-Plus-Zerfall | \(1{,}275\) |
Be-7 | K-Einfang | \(0{,}478\) |
Reichweite und Abschirmung von Gammastrahlung
Die Reichweite von Gammastrahlung hängt sowohl von der Energie der Gammaquanten als auch von dem Material ab, durch das sich die Gammastrahlung bewegt. Tab. 2 zeigt die Materialschichtdicke, die bei verschiedenen Materialien nötig ist, um die Intensität von Gammastrahlung unterschiedlicher Energie auf die Hälfte zu verringern.
Achtung: Eine weitere Materialschicht der entsprechenden Dicke führt wiederum lediglich zu einer Halbierung der Intensität, sodass diese nach dem Durchgang noch \(50\%\cdot 50\%=25\%\) der Ausgangsintensität beträgt. Gammastrahlung kann entsprechend nur von dicken Bleischichten wirkungsvoll abgeschirmt werden.
Quantenenergie in \(\rm{MeV}\) |
Materialschichtdicke zur Intensitätsverringerung auf 50% | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Wasser | Beton | Eisen | Blei | |||
\(0{,}1\) | \(4{,}15\rm{cm}\) | \(1{,}75\rm{cm}\) | \(0{,}257\rm{cm}\) | \(0{,}0118\rm{cm}\) | ||
\(0{,}5\) | \(7{,}18\rm{cm}\) | \(3{,}41\rm{cm}\) | \(1{,}06\rm{cm}\) | \(0{,}422\rm{cm}\) | ||
\(1\) | \(9{,}85\rm{cm}\) | \(4{,}66\rm{cm}\) | \(1{,}47\rm{cm}\) | \(0{,}893\rm{cm}\) | ||
\(5\) | \(23{,}1\rm{cm}\) | \(10{,}3\rm{cm}\) | \(2{,}82\rm{cm}\) | \(1{,}43\rm{cm}\) | ||
\(10\) | \(31{,}6\rm{cm}\) | \(12{,}9\rm{cm}\) | \(3{,}02\rm{cm}\) | \(1{,}21\rm{cm}\) | ||
\(100\) | \(40{,}2\rm{cm}\) | \(12{,}5\rm{cm}\) | \(2{,}10\rm{cm}\) | \(0{,}642\rm{cm}\) |