Rentgeno ir gama spinduliai. Jų savybės
Rentgeno spinduliai, X spinduliai, elektromagnetiniai jonizuojantieji spinduliai, kurių bangos ilgis ( = 10-14 – 10-7m. Rentgeno spinduliai, kurių ( < 0,2 nm, sąlygiškai vadinami kietaisiais, kurių ( > 0,2 nm –
minkštaisiais. Rentgeno spindulius sukuria rentgeno vamzdis, sinchronuotas, priešpriešinių pluoštų greitintuvo elektronų kaupimo žiedas; juos skleidžia radioktyvieji izotopai, Saulė, kiti kosminiai rentgeno šaltiniai. Pagal sužadinimo būdą rentgeno spinduliai ir jų spektrai būna stabdomieji, arba baltieji ir charakteringieji, arba būdingieji. Stabdomųjų rentgeno spindulių intensyvumas tolydus pagal visus dažnius iki didžiausio dažnio
(0. Rentgeno spindulių kvantų energija h(0 (čia h – Planko konstanta) lygi rentgeno spindulių žadinančių pagreitintų elektronų energijai eU; čia e –
elektrono krūvis, U – greitintuvo įtampa. Dažnį (0 atitinka rentgeno spindulių spektro trumpabangė riba (0 = hc/eU; čia c – šviesos greitis vakuume. Charakteringieji rentgeno spinduliai susidaro dėl atomo jonizacijos, išlėkus elektronui iš atomo vidinių sluoksnių. Jei atomą jonizuoja susidūrusi su juo didelės energijos dalelė, pvz., elektronas, yra pirminiai rentgeno spinduliai, jei rentgeno arba gama kvantas – antriniai, arba fluorescenciniai. Charakteringųjų rentgeno spindulių spektro linijų dažnis būdingas kiekvieno cheminio elemento atomui; dažnio priklausomybę nuo atomų skaičiaus nusako Mozlio dėsnis. Stabdomieji rentgeno spinduliai, kurie sužadinami labai plonuose taikiniuose, arti dažnio (0 yra visiškai poliarizuoti; mažėjant dažniui, poliarizacijos laipsnis mažėja.
Charakteringieji rentgeno spinduliai visiškai nepoliarizuoti. Rentgeno spindulių ir medžiagos sąveika sukelia fotoefektą, rentgeno spindulių(iai)
absorbciją ir sklaidymą. Fotefekto metu medžiagos atomas, absorbavęs rentgeno spindulių kvantą, išspinduliuoja vieną savo vidinių sluoksnių elektroną ir charakteringųjų rentgeno spindulių kvantą arba antrąją – Ožė elektroną.
Rentgeno spindulių naudojimo sritys : medicina (Rentgenodiagnostika,
Rentgenoterapija), technika (Rentgeno defektoskopija), moksliniai tyrimai
(Rentgenostruktūrinė analizė, Rentgenografija, Rentgeno mikroskopija). Iš kosminių rentgeno spindulių sužinoma apie kosminių kūnų cheminę sudėtį ir fizikinius procesus kosmose (Rentgeno astronomija). Rentgeno spinduliai spartina kai kurias chemines reakcijas, medžiagų polimerizaciją, organinių medžiagų krekingą (Radiacinė chemija), jais naudojamasi senovės tapybai rasti po vėlesnės tapybos sluoksnių, maisto pramonėje (svetimkūniams rasti), kriminalistikoje, archeologijoje.
Rentgeno spindulius 1895 atrado vokietis V. Rentgenas. 1985-97 jis nustatė, kad rentgeno spinduliai jonizuoja dujas, sužadina medžiagų fluorescenciją, veikia foto plokštelę; yra labai skvarbūs. Rentgeno spindulių banginį pobūdį numatė Dž. Stoksas (D. Britanija), eksperimentais
1906 patvirtino È. Barkla (D. Britanija).
Gama spinduliai, ( spinduliai, trumpųjų bangų ( bangos ilgis ( < 4 *
10-10 m) elektromagnetiniai spinduliai. Gama spindulius skleidžia po radioktyviojo skilimo ir branduolinių reakcijų sužadinti atomų branduoliai;
gama spinduliai spinduliuodami, stabdant greitas elektringąsias daleles, anihiliuojant dalelių ir antidalelių poroms, kai kurioms elementariosioms dalelėms (pvz., (0 mezonams, (0 hiperonams) virstant kitomis elementariomis dalelėmis. Gama spindulių, sužadintų stabdant elektringąsias daleles, spektras yra ištisinis, sužadintų kitais būdais – linijinis.
Korpuskulinės gama spindulių savybės ryškesnės už bangines, todėl gama spinduliai dažnai laikomi dalelių ( ( kvantų), apibūdinamų kvanto energija
E( = h((, srautu; čia h – Planko konstanta, (( – spinduliuojamos bangos dažnis. Radioaktyviojo skilimo sužadintų gama spindulių energija siekia iki
5 MeV (( ( 2,4 * 10-13 m), branduolinių reakcijų – iki 20 MeV (( ( 0,6 * 10-
13 m), gautų galinguose greitintuvuose – iki 10 GeV (( ( 1,2 * 10-16 m).
Gama spinduliai labai svarbūs. Sklisdamas medžiagoje, gama spindulių srautas silpnėja eksponentiškai pagal dėsnį I = I0e-(x; čia I – x storio medžiagos sluoksnį praėjusio gama spindulių srauto stiprumas, I0 – pradinis gama spindulių srauto stiprumas, ( – absorcijos koeficientas. Srauto silpnėjimą sąlygoja 3 pagrindiniai procesai: fotoefektas, kai ( kvanto energija perduodama su atomu susijusiam elektronui ir atomas jonizuojamas;
Komptono efektas, kai ( kvantas, susidūręs su atomo elektronu, perduoda jam dalį energijos ir pakeičia savo judėjimo kryptį; elektrono ir pozitrono porų sukūrimas (jei E( > 1,022 MeV). Šių procesų tikimybė tuo didesnė, kuo didesnis medžiagos atomų skaičius Z (fotoefekto tikimybė proporcinga Z5,
Komptono efekto – Z, porų susikūrimo – Z2), dėl to apsaugai nuo gama spindulių vartojamos medžiagos, kuriose daug sunkiųjų elementų (pvz., švino). Antriniai elektronai, susidarę medžiagoje po gama spindulių absorcijos, stipriai jonizuoja atomus ir sudaro sąlygas vykti cheminėms reakcijoms. Sudėtingos struktūros medžiagose (pvz., gyvuose audiniuose)
didesnės gama spindulių dozės sukelia negrįžtamų pakitimų. 13 mm. storio švino (arba 120 m oro) sluoksnis perpus sumažina jų intensyvumą.
Gama spinduliai vartojami defektoskopijoje, vėžinėms ligoms gydyti, maisto produktams sterilizuoti, radiacinės chemijos , biologijos, selekcijos tyrimams, teikia duomenų apie branduolių energijos lygmenis ir branduoliuose vykstančius procesus. Svarbiausieji gama spindulių šaltiniai yra gamtiniai ir dirbtiniai radioktyvieji izotopai, pvz., radis 226Ra, kobaltas 60Co, cezis 137Cs, taip pat elektronų greitintuvai. Gama spindulius 1900 atrado P. Vilaras iš Prancūzijos. Jų elektromagnetinę banginę prigimtį 1914 įrodė E. Rezerfordas ir E. N. da Andreinas (D.
Britanija), sukėlę gama spindulių difrakciją.