4.3.2 Место гамма-излучения в электромагнитном спектре

Электромагнитное излучение, как таковое охватывает такие различные явления, как радиоволны, телевидение, микроволны, инфракрасное излучение, свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-излучение. Эти излучения распространяются в вакууме со скоростью света. Они могут быть описаны как волновые процессы в виде колебаний электрического и магнитных полей, а также в виде движения потока материальных частиц, которые могут создавать давление. В этом и проявляется дуализм (двойственность природы) электромагнитного излучения.

Несмотря на различные названия, электромагнитное излучение образуют непрерывный спектр, простирающийся от низкочастотных радиоволн с частотой колебания несколько герц до гамма-излучения с частотой 10¹⁸ Гц и более (рис.4.12).

Рис. 4.12. Спектр электромагнитного излучения.

Для описания электромагнитных колебаний используются такие параметры, как частота колебаний, длина волны и энергия. Эти параметры связанны между собой и взаимозаменяемы. На практике для описания рентгеновского и гамма-излучения используют – энергию, выраженную в эВ.

Видимый свет испускается при изменении химического состояния элемента или соединений. Такие изменения происходят с внешними и наименее связанными с ядром электронами атома. Испускаемый свет является характеристикой излучающих элементов и соединений и имеет энергию около 1 эВ. Для описания атомных и молекулярных процессов используются кратные электрон-вольт единицы – кэВ (10³ эВ) и МэВ (10⁶эВ).

4.3.3 Рентгеновское излучение

В результате целого ряда взаимодействий фотонов и элементарных частиц с веществом происходит ионизация атомов. Такие ядерные взаимодействия, как внутренняя конверсия или захват электрона, также могут привести к ионизации атома.

Когда электрон покидает атом, атом переходит в возбужденное состояние с энергией Е_i , соответствующей вакансии на i-ом электронном уровне. Эта вакансия может быть заполнена электроном с более слабой связью с внешней орбиты j-уровня. Такое изменение энергетического уровня сопровождается испусканием рентгеновского кванта – кванта с энергией Е_i – Е_о или испусканием Оже-электронов с энергией Е_i – 2Е_о. Доля вакансий на i-ом уровне, вызывающих испускание рентгеновских квантов, называется выходом флюоресценции ω_i. На рисунке 4.13 представлено изменение выхода флюоресценции К-оболочки в зависимости от атомного номера элемента. Испускание рентгеновских квантов более вероятно для элементов с высоким Z (для Z  70, ω_к  95 %).

Так как K-, L-, M-уровни являются дискретными, и им соответствует строго определенная энергия, зависящая от Z, то и соответствующие спектры рентгеновского излучения также дискретны и являются однозначной характеристикой данного элемента. Это используется при рентгено-флуоресцентном анализе (РФА), когда неизвестный образец облучают спектром тормозного излучения и возбуждают соответствующие K- и L-линии элементов, содержащихся в образце.

Рис. 4.13. Изменение выхода флюоресценции К-оболочки ω_к с увеличением атомного номера.

Те, в свою очередь, испускают вторичное – флуоресцентное излучение, которое и регистрируется. По полученным спектрам определяют энергию перехода, а по ней - атомный номер элемента, а по интенсивности линии - относительное содержание.

Другой причиной возникновения рентгеновского излучения является радиационное торможение заряженных частиц, особенно электронов, заключающееся в том, что при быстром торможении заряженной частицы, движущейся в поле ядра и орбитальных электронов, испускается рентгеновское излучение, называемое в данном случае тормозным. Боле подробно этот вопрос изложен в главе 6 при рассмотрении прохождения бета-частиц через вещество.