放射性γ衰變

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簡介

γ衰變是一種放射性現象，其中不穩定的原子核透過自發的電磁過程釋放出多餘的能量。γ衰變最顯著的形式是γ射線發射，γ射線以光子的形式傳播，光子是具有極短波長的電磁能量包。γ衰變還包括兩個主要的電磁過程：內轉換和內電子對產生。

在內轉換中，原子核中多餘的能量直接轉移到其軌道電子之一，而在內電子對產生中，原子核的特定電磁場中的多餘能量轉換為一個電子和一個正電子，它們一起被髮射出來。

什麼是γ衰變？

γ衰變過程表現出與極高頻率相關的電磁輻射發射，因此產生非常高的能量。它釋放出穩定不穩定原子核所需的過量能量。原子核透過γ衰變過程發射高能光子，從高能級降到低能級。這種能級躍遷在兆電子伏特（MeV）範圍內。

因此，與X射線類似，發射的γ射線也表現出相同數量級的很高能量。γ射線來自原子核，由於存在大量能量，因此具有極強的穿透力，因此這些射線對地球上的生命形式具有危險性。

與α衰變和β衰變不同，母核不發生物理變化。在整個放射性γ衰變過程中，子核和母核是相同的。大多數情況下，γ衰變發生在放射性原子核經歷α衰變和β衰變階段之後。α和β衰變使子核處於激發態。子核從激發態返回基態，併發射一個或多個高能γ射線。

圖1：γ衰變

γ射線：來源

除了放射性衰變之外，γ射線的來源還包括不同的自然現象。根據 Mailyan 等人（2020）的說法，最突出的例子是陸地雷暴和閃電。正如 De Angelis 和 Mallamaci（2018）所述，γ射線從包括脈衝星、類星體和星系在內的各種天體在太空中爆發。

從這些天體中，γ射線在太空中傳播。恆星的坍塌導致黑洞的形成，被稱為超新星。超新星事件導致長時間的γ射線爆發（NASA，2022）。

這些爆發產生的總能量輸出約為 1044 焦耳，相當於太陽在其整個生命週期中產生的總能量。爆發的持續時間在 20 到 40 秒之間。

圖2：γ射線來源

γ射線的應用

宇宙中大多數高能事件都是透過γ射線的輻射發生的。

然而，如果沒有γ射線探測器，這些事件就無法被觀察到。為了解決這個問題，科學家們建造了一顆大型衛星，稱為費米伽馬射線太空望遠鏡，它有助於提供對已發現宇宙中發生的事件的清晰視野。

• γ射線感測器用於食品包裝和化工行業。這樣做是為了測量密度、厚度和成分。正如 Roshani 等人（2021）所述，
• γ輻射也用於石油工業。
• γ射線也用於醫療實踐。γ射線用於腫瘤學領域，用於治療某些型別的癌症（studiousguy，2022）。在這種治療過程中，高能γ射線照射到癌細胞以殺死它們。
• γ射線用於土木工程，用於檢查油管中發現的密度變化和薄弱環節。
• 根據 Caraveo（2020）的說法，γ射線用於天文學領域，用於觀察宇宙中的遙遠天體。γ射線還用於殺死各種小型昆蟲，包括黴菌、細菌和有害細菌。

圖3：γ射線的應用

結論

放射性過程通常受三個主要過程的控制：α衰變、β衰變和γ衰變。在γ衰變過程中，會發射高能光子。由於天體活動，γ射線在太空中大量存在。然而，它也有各種現實生活中的應用。γ射線對生物體的細胞水平造成很大損害。由於γ射線的穿透性，它們會穿過生物體的整個身體。然而，與α射線或β射線相比，γ射線的電離作用要小得多。因此，與穿透力相比，其嚴重程度較低。

常見問題

Q1. γ射線感測器的應用有哪些？

γ射線感測器用於食品包裝過程。γ射線感測器用於化工行業，以測量化學品的厚度、密度和成分等各個方面。γ射線也用於治療某些型別的癌症。它也用於消毒行業。

Q2. 三種不同的放射性衰變型別是什麼？

有三種主要的放射性衰變型別。α衰變是導致氦核發射的過程。β衰變會導致電子的釋放，而γ衰變則有助於釋放高能光子。

Q3. γ衰變是什麼意思？

γ衰變與有助於產生屬於非常高頻率的電磁輻射的過程相關。高頻率歸因於釋放出穩定不穩定原子核所需的過量能量的高能量釋放。

Q4. 誰發現了γ射線？

γ射線是由法國化學家和物理學家保羅·維拉德發現的。他在 1900 年發現了γ射線。

Q5. γ射線的特性是什麼？

γ射線波長非常短，並且在所有輻射中具有最高的能量。

參考文獻

期刊

Caraveo, P. A. (2020)。高能伽馬射線天文學的黃金時代：切倫科夫望遠鏡陣列的多信使時代。La Rivista Del NuovoCimento，43（6），281-318。檢索自：https://www.researchgate.net

De Angelis, A. & Mallamaci, M. (2018)。伽馬射線天體物理學。歐洲物理學報 Plus，133（8），1-18。檢索自：https://arxiv.org/

Mailyan, B. G.，Nag, A.，Dwyer, J. R.，Said, R. K.，Briggs, M. S.，Roberts, O. J.，... & Rassoul, H. K. (2020)。從太空和地面觀測到的雷暴產生的伽馬射線和射頻輻射。科學報告，10（1），1-9。檢索自：https://www.nature.com/

Roshani, M.，Phan, G.，Faraj, R. H.，Phan, N. H.，Roshani, G. H.，Nazemi, B.，... & Nazemi, E. (2021)。提出一種基於伽馬輻射的智慧系統，用於同時分析和檢測石油副產品的型別和數量。核工程與技術，53（4），1277-1283。檢索自：www.sciencedirect.com

網站

NASA，2022。關於伽馬射線。檢索自：https://science.nasa.gov/ [檢索日期：2022 年 6 月 10 日]

Studiousguy，2022。關於伽馬射線示例。檢索自： [檢索日期：2022 年 6 月 10 日]