I raggi gamma occupano l’estremo ad alta frequenza dello spettro elettromagnetico e comprendono fotoni con energie che spesso superano 1 MeV (Figura 07.24-01). In pratica, l’intervallo di energie si sovrappone a quello dei raggi X duri, mentre la distinzione operativa è legata principalmente all’origine: i γ sono emessi da transizioni nucleari o da processi subnucleari, mentre i raggi X provengono in genere da fenomeni extranucleari. Numerosi radionuclidi, tuttavia, emettono fotoni γ di energia modesta: ad esempio, l’americio-241 presenta una linea caratteristica a 59,5 keV.

Le sorgenti naturali includono il decadimento di nuclei radioattivi eccitati e processi come l’annichilazione e⁺e⁻, che produce fotoni da 511 keV. In ambito artificiale, fasci di elettroni accelerati a energie dell’ordine di MeV in acceleratori lineari, e quindi frenati in bersagli ad alto numero atomico (ad esempio tungsteno), generano radiazione continua tramite bremsstrahlung; lo spettro risultante ha un’energia massima pari all’energia cinetica degli elettroni incidenti e può essere modellato mediante collimazione e filtrazione.

Essendo fotoni privi di massa a riposo, i γ sono descritti da \(E = h\nu\) e possiedono momento \(p = h/\lambda\). L’interazione con la materia comporta la produzione indiretta di ioni e dipende da energia del fotone e numero atomico del mezzo; i meccanismi principali sono:

• effetto fotoelettrico, dominante alle energie più basse e con forte dipendenza da Z;
• diffusione Compton, prevalente a energie intermedie (centinaia di keV) e solo debolmente dipendente da Z;
• produzione di coppie, possibile per \(E \ge 1,022\ \text{MeV}\), rilevante alle alte energie.

L’elevata energia dei fotoni γ conferisce grande capacità di penetrazione e un’elevata densità di ionizzazioni indirette lungo il percorso nel materiale, con un comportamento che si avvicina a quello di particelle prive di massa a riposo.

Image Gallery

Spettro delle onde elettromagnetiche

Spettro delle onde elettromagnetiche rappresentato nelle tre scale di frequenza, lunghezza d'onda ed energia associata ai fotoni.

Immagine tratta liberamente da Internet. Se viola i tuoi diritti, contattaci.