Lexikon: Gammastrahlung

 

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Gammastrahlen, γ-Strahlen oder γ-Strahlung bezeichnet den Teil der Elektromagnetische Welle|elektromagnetischen Strahlung, der eine sehr kurze (unter 0,5 nm) hat. Die zugehörigen n der Photonen liegen ab 2,5 Kiloelektronenvolt|keV aufwärts. Die Photonen der Gammastrahlung werden auch Gammaquanten, Symbol \gamma, genannt.

Der Name stammt von der Einteilung der Ionisierende Strahlung|ionisierenden Strahlen aus radioaktivem Zerfall in Alphastrahlung|Alphastrahlen, Betastrahlung|Betastrahlen und Gammastrahlen mit deren steigender Fähigkeit, Materie zu durchdringen.

Anders als α- beziehungsweise β-Teilchen sind \gamma-Quanten elektrisch neutral. Gammastrahlen lassen sich daher weder von elektrischen noch von magnetischen Feldern beeinflussen. Beim Durchflug zwischen den Platten eines geladenen Kondensators erfahren \gamma-Quanten im Gegensatz zu α- und β-Teilchen keine Ablenkung und sind dadurch von diesen leicht unterscheidbar.

Gammastrahlung im ursprünglichen Sinne entsteht als Folge radioaktiver Kernumwandlungen(Abgabe der Anregungsenergie des Tochternuklids) beziehungsweise bei der Paarvernichtung. Bei Gammastrahlung handelt es sich um ionisierende Strahlung mit diskretem Energiespektrum, die eine hohe Durchdringungsfähigkeit besitzt.

Nach einem Alphazerfall|α- oder Betazerfall|β-Zerfall befindet sich der neu entstandene Atomkern häufig in einem angeregten Zustand. Beim Übergang in einen weniger angeregten Zustand oder den Grundzustand wird \gamma-Strahlung emittiert. Dabei ändern sich die chemischen Eigenschaften des Elements nicht. Das Gamma-Photon übernimmt die Energiedifferenz zwischen den beiden Zuständen, abzüglich der Rückstoßenergie des verbleibenden Atomkerns.

Der angeregte Zustand (Isomer (Nuklid)|Isomer) kann insbesondere durch einen vorherigen α- oder β-Zerfall erzeugt worden sein. Auch andere Anregungsprozesse sind möglich, wie Neutroneneinfang oder die vorherige Absorption eines \gamma-Quants.

Die durchschnittliche Verzögerungs- beziehungsweise zwischen dem vorhergehenden Zerfall und der Emission des \gamma-Quants hängt vom Kern ab. Typische Halbwertszeiten dieses Zerfallstyps sind vergleichsweise lang, da der angeregte Kern (ähnlich einem pulsierenden Rugbyball) ein oszillierendes Quadrupolfeld aufbaut. Weil das abgestrahlte \gamma-Quant aber nur Dipolschwingungen aufnehmen kann, schwingt der Kern insgesamt sehr Dämpfung|dämpfungsarm.

Gemäß der Heisenberg'schen Unschärferelation ist die mittlere Lebensdauer \tau (entspricht seiner Halbwertszeit geteilt durch ln2) eines Übergangs zu seiner Energieunschärfe \Gamma (Linienbreite der Emission) umgekehrt proportional

\Gamma = ħ / \tau.

Die Energiezustände in Atomkernen sind – zumindest bei "langen" Halbwertszeiten von mehr als etwa 10-15 Sekunde (Einheit)|Sekunden – wohldefiniert; daher sind die Wellenlängen der Gammastrahlen eines radioaktiven es charakteristisch, vergleichbar etwa dem Linienspektrum chemischer Elemente. Hochenergetische Prozesse, insbesondere Kernspaltung und können jedoch auch kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Gammastrahlung erzeugen.

Es ist möglich, dass der Rückstoßimpuls nicht nur von einem einzelnen Atomkern, sondern von dem gesamten Kristallgitter übernommen wird, in das der angeregte Kern eingebettet ist. Dadurch wird der Energieanteil, der auf das Rückstoßteilchen übertragen wird, vernachlässigbar klein. Ist zudem die Halbwertszeit des angeregten Zustands hoch, entstehen dadurch Gammastrahlen mit einem extrem scharfen Energiespektrum, die sich hervorragend für hochpräzise relative Messungen eignen (Mößbauer-Effekt). Die Linienbreite dieser \gamma-Strahlung liegt dabei in Größenordnungen von Übergängen, welche für Atomuhren genutzt werden.

Gammastrahlung entsteht (neben ) aber auch, wenn α- oder β-Teilchen auf ein hartes Hindernis, wie einen Atomkern, treffen. Die so erzeugte Gammastrahlung hat ein kontinuierliches Spektrum. Ein weiterer Prozess zur Erzeugung von Gammastrahlen ist die Annihilation(Zerstrahlung) zwischen Positronen und en oder anderen Teilchen und deren Antiteilchen. Die dabei erzeugten Gammaquanten tragen zusammen mindestens die Energie, die der Ruhemasse der vernichteten Teilchen entspricht.

Gammastrahlung kann experimentell als Synchrotronstrahlung hergestellt werden. Das gleiche Prinzip ist auch für einen Teil der kosmischen Gammastrahlen (Kosmische Strahlung) verantwortlich.

Gammablitze - auch Gammastrahlen-Explosionen genannt -(englisch Gamma Ray Bursts) stellen eines der energiereichsten Phänomene im dar.

Schutz vor Gammastrahlung

Da Gammastrahlung bedingt durch die hohe Energie und elektrische Neutralität der Quanten ein starkes Durchdringungsvermögen hat, werden zur Abschirmung deutlich dickere Materieschichten benötigt, als für Alpha- oder Betastrahlung. Prinzipiell kann man sagen: Je größer die eines Materials ist, desto größer ist die Abschirmwirkung. Deshalb verwendet man beispielsweise platten. Die Halbwertsschicht gibt an, welche Dicke benötigt wird, um die Hälfte der Strahlen abzuschirmen. Nach zwei Halbwertsschichten verbleibt noch ein Viertel der Ausgangsstrahlung usw.

Der zweite Schutzfaktor ist die Aufenthaltszeit. Je kürzer man sich in der Strahlungszone aufhält, umso kleiner ist die , die man aufnimmt.

Wie bei jeder anderen elektromagnetischen Strahlung ist die Intensität der Gammastrahlung umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands von der Quelle. Doppelter Abstand bedeutet also Verringerung der Intensität auf ein Viertel. Damit kommt als dritter Schutzfaktor der "Abstand" hinzu.

Siehe auch

  • Gamma
  • Gammablitz
  • Kernresonanzfluoreszenz
  • Szintillationszähler




Kategorie:Kernphysik Kategorie:Teilchenphysik Kategorie:Ionisierende Strahlung

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