Для измерения энергии Г.-и. в экспериментальной физике применяются гамма-спектрометры различных типов, основанные большей частью на измерении энергии вторичных электронов. Основные типы спектрометров Г.-и.: магнитные, сцинтилляционные, полупроводниковые, кристалл-дифракционные, (см Гамма-спектрометр , Сцинтилляционный спектрометр , Полупроводниковый спектрометр ).
Изучение спектров ядерных Г.-и. даёт важную информацию о структуре ядер. Наблюдение эффектов, связанных с влиянием внешней среды на свойства ядерного Г.-и., используется для изучения свойств твёрдых тел (см. Мёссбауэра эффект , Ориентированные ядра ). Г.-и. находит применение в технике, например для обнаружения дефектов в металлических деталях (гамма-дефектоскопия, см. Дефектоскопия ). В радиационной химии Г.-и. применяется для инициирования химических превращений, например процессов полимеризации. Г.-и. используется в пищевой промышленности для стерилизации продуктов питания. Основными источниками Г.-и. служат естественные и искусственные радиоактивные изотопы, например 226 Ra, 60 Co и 137 Cs, а также электронные ускорители.
Е. М. Лейкин.
Действие на организм Г.-и. подобно действию др. видов ионизирующих излучений . Г.-и. может вызывать лучевое поражение организма, вплоть до его гибели. Характер влияния Г.-и. зависит от энергии g -квантов и пространственных особенностей облучения (например, внешнее или внутреннее). Относительная биологическая эффективность (ОБЭ) Г.-и. (эффективность жёсткого рентгеновского излучения принимается за 1) составляет 0,7—0,9. В производств. условиях (хроническое воздействие в малых дозах) ОБЭ Г.-и. принята равной 1.
Г.-и. используется в медицине для лечения опухолей (см. Лучевая терапия ), для стерилизации помещений, аппаратуры и лекарственных препаратов (см. Гамма-установка ). Г.-и. применяют также для получения мутаций с последующим отбором хозяйственно-полезных форм. Так выводят высокопродуктивные сорта микроорганизмов (например, для получения антибиотиков ) и растений. См. также Биологическое действие ионизирующих излучений .
Лит.: Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, пер. с англ., под ред. К. Зигбана, в, 1, М., 1969; Экспериментальная ядерная физика, под ред. Э. Сегре, пер. с англ., т. 1, М., 1955: Гамма-лучи, М. — Л., 1961; Глесстон С., Атом. Атомное ядро. Атомная энергия, пер. с англ., М., 1961.
Рис. 2. Зависимость коэффициента поглощения гамма-излучения в свинце от энергии g-квантов Е .
Рис.1 к ст. Гамма-излучение.
Гамма-метод
Га'мма-ме'тод, геофизический метод разведки полезных ископаемых по радиоактивному излучению горных пород. См. Радиометрическая разведка .
Гамма-спектрометр
Га'мма-спектро'метр, прибор для измерения спектра гамма-излучения . В большинстве Г.-с. энергия и интенсивность потока -g -квантов определяются не непосредственно, а измерением энергии и интенсивности потока вторичных заряженных частиц, возникающих в результате взаимодействия g -излучения с веществом. Исключение составляет кристалл-дифракционный Г.-с., непосредственно измеряющий длину волны -g -излучения (см. ниже).
Основными характеристиками Г.-с. являются эффективность и разрешающая способность. Эффективность определяется вероятностью образования вторичной частицы и вероятностью её регистрации. Разрешающая способность Г.-с. характеризует возможность разделения двух гамма-линий, близких по энергии. Мерой разрешающей способности обычно служит относительная ширина линии, получаемой при измерении монохроматического g -излучения; количественно она определяется отношением DE/E , где E — энергия вторичной частицы, DE — ширина линии на половине её высоты (в энергетических единицах) (см. Ширина спектральных линий ).
В магнитных Г.-с. вторичные частицы возникают при поглощении g -квантов в т. н. радиаторе; их энергия измеряется так же, как и в магнитном бета-спектрометре (рис. 1 ).
Величина магнитного поля Н в спектрометре и радиус r кривизны траектории электронов определяют энергию e электронов, регистрируемых детектором. Если радиатор изготовлен из вещества с малым атомным номером, то вторичные электроны образуются в основном в результате комптон-эффекта , если радиатор изготовлен из тяжёлого вещества (свинец, уран), а энергия g -квантов невелика, то вторичные электроны будут возникать главным образом вследствие фотоэффекта . При энергиях hv ³ 1,02 Мэв становится возможным образование гамма-квантами электронно-позитронных пар. На рис. 2 изображен магнитный парный Г.-с. Образование пар происходит в тонком радиаторе, расположенном в вакуумной камере. Измерение суммарной энергии электрона и позитрона позволяет определить энергию -g -кванта. Магнитные Г.-с. обладают высокой разрешающей способностью (обычно порядка 1% или долей %), однако эффективность таких Г.-с. невелика, что приводит к необходимости применять источники g -излучения высокой активности.
В сцинтилляционных Г.-с. вторичные электроны возникают при взаимодействии g -квантов со сцинтиллятором (веществом, в котором вторичные электроны возбуждают флюоресценцию). Световая вспышка преобразуется в электрический импульс с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ, рис. 3 ), причём величина сигнала, создаваемого ФЭУ, пропорциональна энергии электрона и, следовательно, связана с энергией g -кванта. Для измерения распределении сигналов по амплитуде используются специальные электронные устройства — амплитудные анализаторы (см. Ядерная электроника ).
Эффективность сцинтилляционного Г.-с. зависит от размеров сцинтиллятора и при не очень большой энергии может быть близка к 100%. Однако его разрешающая способность невысокая. Для g -квантов с энергией 662 кэв DE/E ³ 6% и уменьшается с увеличением энергии E примерно как E-1/2 (подробнее см. Сцинтилляционный спектрометр ).
Действие полупроводниковых Г.-с. основано на образовании g -излучением в объёме полупроводникового кристалла (обычно Ge с примесью Li) электронно-дырочных пар. Возникающий при этом заряд собирается на электродах и регистрируется в виде электрического сигнала, величина которого определяется энергией g -квантов (рис. 4 ). Полупроводниковые Г.-с. обладают весьма высокой разрешающей способностью, что обусловлено малой энергией, расходуемой на образование одной электронно-дырочной пары. Для hv = 662 кэв DE/E ~ 0,5%. Эффективность полупроводниковых Г.-с. обычно ниже, чем сцинтилляционных Г.-с., т. к. g -излучение в Ge поглощается слабее, чем, например, в сцинтилляционном кристалле NaJ. Кроме того, размеры используемых полупроводниковых детекторов пока ещё невелики. К недостаткам полупроводниковых Г.-с. следует отнести также необходимость их охлаждения до температур, близких к температуре жидкого азота (подробнее см. Полупроводниковый спектрометр ).
Наивысшую точность измерения энергии g -квантов обеспечивают кристалл-дифракционные Г.-с., в которых непосредственно измеряется длина волны g -излучения. Такой Г.-с. аналогичен приборам для наблюдения дифракции рентгеновских лучей. Излучение, проходя через кристалл кварца или кальцита, отражается плоскостями кристалла в зависимости от его длины волны под тем или иным углом и регистрируется фотоэмульсией или счётчиком фотонов. Недостаток таких Г.-с. — низкая эффективность.
Для измерения спектров g -излучения низких энергии (до 100 кэв ) нередко применяются пропорциональные счётчики , разрешающая способность которых в области низких энергий значительно выше, чем у сцинтилляционного Г.-с. При hv > 100 кэв пропорциональные счётчики не используются из-за слишком малой эффективности. Измерение спектра g -излучения очень больших энергий осуществляется с помощью ливневых детекторов, которые измеряют суммарную энергию частиц электронно-позитронного ливня, вызванного g -kвантом высокой энергии. Образование ливня обычно происходит в радиаторе очень больших размеров (которые обеспечивают полное поглощение всех вторичных частиц). Вспышки флюоресценции (или черенковского излучения) регистрируются с помощью ФЭУ (см. Черенковский счётчик ).
