产生γ射线的过程与机制探究

γ射线是放射性同位素经α衰变或β衰变后，从激发态向稳定态过度的过程中从原子内发出的辐射，称γ衰变，又称γ跃迁。γ跃迁是核内能级之间的跃迁，放出的光子能量等于跃迁前后两能级值之差。

工业射线检测常用放射源有Co60（钴）、Cs137（铯）、Ir192（铱）和Tm170（铥）等。它们蜕变过程如图1-2和图1-3所示。

图1-2 放射性同位素蜕变过程示意图

图1-3 Ir192蜕变过程示意图

Co60是人工放射性同位素，由稳定同位素Co59被中子照射后形成不稳定同位素Co60，先经过一次β衰变后，再经过二次γ衰变，成为稳定的⁶⁰ Ni（镍）。

Cs137是U235分裂时的一种产物，它的衰变过程是8%部分经过一次β衰变，变为稳定态的¹³⁷ Ba，另一部分先经一次β衰变后再经过一次γ衰变，成为稳定态的¹³⁷ Ba（钡）。

Ir192是Ir191俘获热中子反应后，释放出0.057MeV的γ射线能量，此状态下Ir192仍不稳定，其中有4%经K俘获过渡到¹⁹² Os，其余核素经β衰变过渡到¹⁹²Pt（铂），从不稳定状态过渡到稳定态放射出γ射线。

不同的原子核具有不同的能级结构，所以不同的放射性元素的辐射γ射线具有不同的能量，由此可知，γ射线的能量是由放射同位素的种类所决定的。一种放射性同位素能放出多种能量的γ射线，其射线为线状波谱出现在特定波长的若干点上（见图1-4）。

图1-4 Co60 γ射线线状谱

1.放射性同位素衰变规律

放射性同位素的原子核衰变是自发不停发生衰变，对任意一个放射性核，衰变具有偶然性，对同种放射性元素，它每个原子核发生衰变的可能性是相同的，不是同时发生衰变有先有后。在很短的时间间隔内，衰变的原子数与存在的原子数成正比，放射性原子的减少服从指数衰减规律：

N=N₀e^-λT（1-6）(www.xing528.com)

式中 N₀——开始时刻（T=0）放射性物质未发生衰变的原子核数量；

N——T时刻放射性物质尚未发生衰变的原子核数量；

T——经过的衰变时间；

λ——衰变常数（单位时间内原子核发生衰变的概率）。

衰变常数是描述放射性元素衰变的快慢。λ越大衰变越快，不同放射性元素具有λ是不同，各种放射性元素有自己衰变速率。

2.半衰期T₁/2

放射性同位素衰变掉原有核数一半所需时间称半衰期，用T₁/2表示

当T=T₁/2时，N=N₀/2，式（1-6）得

T₁/2反映出放射性同位素固有属性。λ越大，T₁/2越小，衰变很快，比活度较高；T₁/2长，衰变很慢，比活度较低λ越小。

半衰期时间单位有用秒、分、小时、天、年表示。

3.衰变常数λ

衰变常数λ是反映放射性物质的固有属性，表征单位时间内的一个原子的蜕变概率。λ越大，则蜕变进行越快，λ与T₁/2关系为λ=0.693/T₁/2，λ的因次为秒^-1、天^-1、年^-1。