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伽馬射線的原理是什么,人類什么時候可以掌握?

作者:訪客發(fā)布時間:2021-10-08分類:橡膠制品瀏覽:66


導(dǎo)讀:伽馬射線指的是波長短于0.01?(埃米)的電磁波,是法國科學(xué)家P.V.維拉爾(Villard,PaulUlrich)發(fā)現(xiàn)的。在電磁波譜上,比伽馬射線的波長稍長一些的便是我們熟知...

伽馬射線指的是波長短于0.01?(埃米)的電磁波,是法國科學(xué)家P.V.維拉爾(Villard,Paul Ulrich)發(fā)現(xiàn)的。

在電磁波譜上,比伽馬射線的波長稍長一些的便是我們熟知的X光,也就是倫琴射線(波長為0.01埃米~10納米);波長再長一些的就是紫外線(波長為100~400納米)以及可見光了。

所以伽馬射線、X射線、紫外線,乃至光線、紅外線、微波、無線電波從本質(zhì)上來說,其實統(tǒng)統(tǒng)都是電磁波,其區(qū)別無非是波長各不相同而已。

那么電磁波又是什么東西呢?簡單來說,電磁波就是溫度高于絕對零度的物質(zhì),向空間中衍生發(fā)射(輻射)的震蕩粒子波,由方向相同且互相垂直的電場和磁場所組成。換言之,只要不是絕對零度的物體,都會向四面八方釋放出電磁波,這就是通常所說的“電磁輻射(EMR)”。

因此我們不要一聽見“電磁輻射”這個詞語就瑟瑟發(fā)抖,并非所有的電磁輻射都會對人體產(chǎn)生傷害。

由于電磁波是物體具有溫度才釋放出來的一種能量,所以物體的溫度一旦發(fā)生了改變,其輻射出來的電磁波的波長也會產(chǎn)生變化——相同的物體溫度越高,輻射出來的電磁波的波長就越短。

舉個例子來說,金屬、木柴、玻璃在被火焰灼燒后都會釋放出光芒,這種現(xiàn)象正是由于溫度升高后,它們釋放出的電磁波的波長縮短到了400~760納米這個區(qū)間范圍,而這個范圍的電磁波正是能被人類肉眼感知到的“可見光”。

波長高于或低于可見光的電磁波,人類肉眼是無法感知到的,所以鋼鐵、木柴和玻璃在常溫狀態(tài)下釋放出來的電磁波我們是看不見的。

我們平常測量體溫所使用的額溫計能瞬間測出體溫,也是利用的這個原理。當(dāng)我們的體溫升高后,也會釋放出波長更短的電磁波,而額溫計中的芯片能測量出物體釋放出的電磁波的波長,于是就能計算出輻射源的溫度了。這就好比我們看見一根鐵棍發(fā)出了紅光,就知道了它在“發(fā)燒”一樣。

那么通過溫度越高,波長越短這個電磁輻射規(guī)律,我們是否可以認(rèn)為,伽馬射線既然位于電磁波譜上波長最短的位置,那么伽馬射線的輻射源就一定具有相當(dāng)高的溫度呢?

當(dāng)然不能這樣生硬地理解,因為除了溫度之外,物體的元素構(gòu)成也會影響其輻射出的電磁波的波長。燒紅的木柴和燒紅的鋼鐵溫度顯然是不同的,也就是說鋼鐵需要達到更高的溫度時才能釋放出可見光(光子)。

現(xiàn)在你大概能想到螢火蟲為什么既能發(fā)光,又不燙手了。因為有一些元素在達到特定條件時,即便在常溫狀態(tài)下也會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),釋放出400~760納米的電磁波,于是就發(fā)出了沒有溫度的“熒光”。

伽馬射線的產(chǎn)生原理伽馬射線也叫γ粒子流,是原子核發(fā)生能級躍遷,退激時釋放出來的一種穿透力極強的射線,屬于放射性現(xiàn)象,所以我們首先來了解一點放射性的知識。

大家都知道,在目前的元素周期表中一共具有100多種已知元素。元素與元素之間的區(qū)別是原子核中的質(zhì)子數(shù)量有所不同——原子核中的質(zhì)子數(shù)量相同的原子就是同一種元素。

然而,原子核的構(gòu)成并非只有質(zhì)子,還有中子。同一種元素中的原子,質(zhì)子數(shù)量雖然相同,中子數(shù)量卻不一定是相同的——這些質(zhì)子數(shù)量相同,中子數(shù)量不同的的原子,被稱為“同位素”。所謂“同位”,其字面意思就是位于元素周期表中的同一個位置。

換言之,即便是元素周期表中的同一種元素,它們的中子數(shù)量和結(jié)構(gòu)方式也會有所不同,因而會表現(xiàn)出不同的核性質(zhì)。

與同位素相反的是“核素”,指的是原子核中質(zhì)子數(shù)量和中子數(shù)量都相同的原子。在已知的100多種元素中一共具有2600多種核素,按照核性質(zhì)的不同,核素可以分為兩大類型——穩(wěn)定的,和不穩(wěn)定的。

穩(wěn)定的核素不會發(fā)生衰變,但是穩(wěn)定核素只有280多種,分布于81種元素中。其余的2000多種核素全部都是不穩(wěn)定的,大部分都分布于83號元素(鉍)以上,只有極少數(shù)分布在83號元素以下。

不穩(wěn)定的核素會自發(fā)性地發(fā)生衰變,逐漸轉(zhuǎn)化成較為穩(wěn)定的核素。原子核的衰變有三種形式:阿爾法衰變(α衰變)、貝塔衰變(β衰變)、伽馬衰變(γ衰變)。發(fā)生伽馬衰變時就會釋放出伽馬射線。

不過,伽馬衰變一般不會獨立發(fā)生,而是同時伴隨著阿爾法衰變或貝塔衰變發(fā)生。

所謂阿爾法衰變,其實就是原子核自發(fā)性地釋放出由兩個中子和兩個質(zhì)子構(gòu)成的α粒子;也就是說,發(fā)生阿爾法衰變時,原子核的中子和質(zhì)子數(shù)量就減少了,這就意味著它的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,于是它就會轉(zhuǎn)化成另一種核素。

除了釋放出質(zhì)子和中子之外,原子核的中子和質(zhì)子還可能會相互轉(zhuǎn)化——當(dāng)一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子時,會同時釋放出一粒電子;當(dāng)一粒質(zhì)子轉(zhuǎn)化成一粒中子時,會同時釋放出一粒正電子。這種現(xiàn)象就被稱為β衰變,而在β衰變中釋放出來的電子或正電子就被稱為β粒子。

那么伽馬衰變又是怎么回事呢?

在原子核發(fā)生了α衰變或者β衰變后,仍然處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài),還需要釋放出一定的能量才能穩(wěn)定下來,這個過程被稱為“退激發(fā)”。在退激發(fā)的過程中釋放出來的能量就被稱為γ粒子,也就是我們通常所說的伽馬射線,此時發(fā)生的衰變就叫伽馬衰變。這也正是上文所說的伽馬射線通常都會伴隨著阿爾法衰變或貝塔衰變的原因。

這就是伽馬射線的產(chǎn)生原理。至于說人類何時能掌握伽馬射線,我不太懂你這句話是什么意思,如果指的是應(yīng)用,那么伽馬射線在醫(yī)療及軍事領(lǐng)域早就已經(jīng)有所應(yīng)用了;但如果要說完全理解伽馬射線,尤其是宇宙中的伽馬射線暴,還路漫漫其修遠(yuǎn)兮。

標(biāo)簽:伽馬射線什么掌握


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