Що таке гамма-промені?
Після відкриття матеріалів, здатних до мимовільного випромінювання елементарних частинок (радіовипромінюванню в результаті розпаду), почалося вивчення їх властивостей. Активну участь в пошуку нових і систематизації вже існуючих знань у фізиці брали знамениті подружжя Кюрі, а також Е. Резерфорд. Саме йому першому вдалося відкрити гамма-промені. Поставлений ним експеримент був простим і, одночасно, геніальним.
В якості джерела випромінювання був узятий радій. У товстостінній свинцевою ємності повторювалося вузький отвір. На дні отриманого каналу розміщувався радій. На невеликій відстані від ємності перпендикулярно осі отвору був розташований фоточутливий елемент - пластина. У проміжку між нею і ємністю з радіоактивною речовиною спеціальна установка могла генерувати магнітне поле високої інтенсивності, лінії напруженості якого були орієнтовані паралельно фоточутливої пластині. Всі елементи, крім генератора поля, перебували в безповітряному середовищі, щоб виключити вплив атомів повітря на результат експерименту. Якби Резерфорд проігнорував цей момент, то гамма-промені міг би відкрити хтось інший.
При відсутності магнітного впливу на пластині виникало темна пляма, що свідчить про прямолінійній поширенні випромінювання (всі інші напрямки попросту відтиналися стінками свинцевою ємності). Але варто було з'явитися магнітному полю, як на фоточутливому елементі системи виникали відразу три плями. Це означало, що якісь частинки, які випромінює радієм, відхиляються полем. Резерфорд припустив, що промінь складається як мінімум з трьох компонентів. Характер відхилення вказував на те, що частки двох променів мають електричним зарядом, а третій промінь електронейтрален. Причому, негативна складова вихідного випромінювання відхилялася набагато виразніші, ніж позитивна. Електронейтральна складова - це і є гамма-промені. Компонент з негативним зарядом отримав назву бета-променів, а останній, позитивний заряд - альфа-промінь.
Крім того, що вони вели себе по-різному в магнітному полі, промені володіли різними властивостями. Гамма-промені здатні проникати в матерію на досить великі відстані. Так, свинцева пластина товщиною в 1 см зменшує їх інтенсивність всього в два рази. Альфа-промінь може бути зупинений навіть тонким аркушем паперу. А ось бета-випромінювання займає проміжне положення: зупинити потік можна металом товщиною в кілька міліметрів.
Згодом з'ясувалося, що:
- бета-промінь являє собою потік негативно заряджених частинок (електронів), що переміщаються з високою скоростью;
- альфа-промінь - це ядра гелію, дуже стійке освіта;
- гамма-промінь - один з різновидів електромагнітних хвиль. Спектр випромінювання повністю лінійчатий, так як випромінює ядро характеризується дискретними енергетичними станами. Представляють у вигляді рівнів розподілу енергії випроменених квантів. Термін «гамма-випромінювання» все частіше застосовується не тільки для опису процесів радіоактивного розпаду, але і, взагалі, для будь-якого жорсткого випромінювання електромагнітної природи в якому кожному кванту відповідає енергія не менше 10 кеВ. Джерелом даного виду випромінювання є електрони в структурі збуджених атомів. Надлишок енергії переводить електрони на більш високі енергетичні рівні. Звідти вони повертаються до колишнього стану, виділяючи випромінювання у вигляді рентгена або світла (електромагнітні хвилі). Спектр електромагнітного випромінювання в разі гамма-променів надзвичайно малий і становить не більше 5 * 0,001 нм через що виразніше проявляються властивості частинок, а не хвиль.