Gammastraling

Gammastraling (γ-straling) is onzichtbare elektromagnetische straling met een hogere energie dan ultraviolet licht en röntgenstraling. Het ioniserende vermogen daarentegen is lager dan dat van alfastraling. Alfastraling heeft een hogere ioniserende energie, maar dat zorgt er weer voor dat de straling minder doordringend is doordat onderweg alle moleculen geïoniseerd worden.

Gammastraling ontsnapt uit een atoomkern

In bepaalde kernen zitten de nucleonen als het ware ongelukkig geschikt. Door de γ-straling of hoog energetische elektromagnetische straling met een snelheid van 300.000 km/s uit te zenden gaan de nucleonen zich herschikken tot een meer stabiele vorm. In tegenstelling tot bij alfa- en bètastraling worden hierbij geen deeltjes uitgezonden en treedt er geen transmutatie op. De instabiele kernen worden aangeduid door een m naast het massagetal te plaatsen.

Algemene formule: X (A/Z) → X (A/Z) + Y (0/0) + E
Toepassingen: Th (234/90) → Th (234/90) + Y (0/0) + E

De atmosfeer absorbeert gammastraling uit de ruimte. Waarnemingen hiervan vinden plaats vanuit satellieten.

Frequentie en energie

De energie per foton wordt vaak uitgedrukt in elektronvolt. Deze is evenredig met de frequentie. Bij een frequentie van 2,4 × 10²⁰ Hz (240 EHz) is die 1 MeV. Gammastraling is alle elektromagnetische straling vanaf ongeveer 0,2 MeV (daaronder ligt de categorie van röntgenstraling). Gammastraling door radioactief verval blijft onder de 10 MeV, maar in de astronomie wordt ook gammastraling met een hogere energie waargenomen.

Productie

Overgangen tussen energieniveaus in atoomkernen

Een atoomkern in een hoge aangeslagen toestand kan op vele verschillende manieren vervallen naar zijn grondniveau langs tussengelegen niveaus. Elke stap kan gammastraling opleveren.

Excitatie door snelle nucleonen

Nucleonen met een energie van omstreeks 10 MeV kunnen atoomkernen aanslaan (exciteren) naar hogere energieniveaus. Deze vervallen onder uitzending van een lijnspectrum van gammastraling. De tabel is ontleend aan Hillier (1986) naar gegevens van Ramaty, Kozbovsky en Lingenfelter (Astrophysical Journal, Supplement Series 40, 487, 1979)

Isotoop	Energie (MeV) van de lijn
¹²C	4,438
¹⁴N	2,313 & 5,105
¹⁶O	2,741 & 6,129 & 6,917 & 7,117
²⁰Ne	1,634 & 2,613 & 3,34
²⁴Mg	1,369 & 2,754
²⁸Si	1,779 & 6,678
⁵⁶Fe	0,847 & 1,238 & 1,811

Vangst van een neutron

Eerst wordt een vrij neutron gevormd, bijvoorbeeld door de reactie

p (> 26 MeV) + ⁴He → ³He + n + p

Ontmoet dit vrije neutron een waterstofkern, dan volgt

n + ¹H → ²H + γ (2,23 MeV)

Radioactief verval

Gammastraling ontstaat vaak door radioactief verval van atoomkernen. In zuiver gammaverval verliest de atoomkern alleen energie in de vorm van een foton. Atoomnummer en massagetal blijven gelijk.

Voorbeeld:

^99m₄₃Tc → ⁹⁹₄₃Tc + γ (halveringstijd T_½ = 6 uur)

Vaak blijft een isotoop, ontstaan door een andere kernreactie, achter in een aangeslagen toestand. Deze isotopen worden meestal weergegeven met een symbool 'm' (van metastabiel) achter het massagetal. Bij veel andere soorten van radioactief verval wordt naast andere straling ook een gammafoton uitgezonden.

Voorbeeld:

⁹⁹Mo → ^99mTc + γ + β (T_½ = 66 uur)

Vernietiging van deeltjes door hun antideeltjes

Een voorbeeld is de annihilatie van een positron en een elektron volgens de vergelijking

e⁺ + e⁻ → γ + γ

Verval van elementaire deeltjes

Een neutraal pion is instabiel en vervalt met een levensduur van 10⁻¹⁶ seconde tot twee gamma-quanten:

π⁰ → γ + γ

Er zijn ook andere reacties van pionen die gammastraling opleveren.

Versnelling van elektrisch geladen deeltjes

Gammastraling kan vrijkomen als synchrotronstraling.

Toepassing

Gammastraling wordt onder meer toegepast in de medische fysica.

Verder lezen

Hillier R., Gamma-ray astronomy, Clarendon Press, Oxford, 1984, 1986

Zie ook

Zie de categorie Gamma ray bursts van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.