2) фотон (+)
3) положительно заряженный атом водорода
4) лишенный электронов атом гелия
Гамма-квант представляет собой фотон — элементарное возбуждение электромагнитного поля, не имеющее электрического заряда и массы покоя. Гамма-излучение обычно возникает при переходе возбужденного атомного ядра в состояние с меньшей энергией, в том числе при радиоактивном распаде или ядерной реакции. Энергия фотона определяется уравнением E = hν, поэтому гамма-кванты относятся к высокоэнергетическому ионизирующему излучению.
В отличие от электрона, гамма-квант не является массивной заряженной частицей и не отклоняется в электрическом или магнитном поле. При прохождении через вещество он передает энергию преимущественно посредством фотоэлектрического поглощения, комптоновского рассеяния и, при достаточной энергии, образования электрон-позитронных пар. Возникающие вторичные заряженные частицы вызывают ионизацию, что лежит в основе биологического действия излучения, радионуклидной диагностики и лучевой терапии.
| Вид излучения | Физическая природа | Электрический заряд | Типичное происхождение | Ключевая особенность |
|---|---|---|---|---|
| Гамма-излучение | Фотон электромагнитного поля | Отсутствует | Переходы атомного ядра, радиоактивный распад | Высокая проникающая способность; ионизация преимущественно косвенная |
| Рентгеновское излучение | Фотон электромагнитного поля | Отсутствует | Торможение электронов или переходы во внутренней электронной оболочке атома | По физической природе сходно с гамма-излучением, но отличается происхождением |
| Альфа-частица | Ядро гелия-4 | +2 | Альфа-распад тяжелых ядер | Высокая ионизирующая способность и малая дальность пробега |
| Бета-минус-частица | Электрон | −1 | Бета-распад нейтрона в ядре | Средняя проникающая способность; отклоняется в магнитном поле |
| Бета-плюс-частица | Позитрон | +1 | Бета-плюс-распад или электронный захват с последующей аннигиляцией | При аннигиляции с электроном образуются два фотона по 511 кэВ |
| Нейтронное излучение | Свободные нейтроны | Отсутствует | Ядерные реакции, деление ядер, нейтронные источники | Не ионизирует непосредственно, но вызывает вторичное ионизирующее излучение |
В радиологии гамма-кванты регистрируются по их взаимодействию с детектором и используются, например, в однофотонной эмиссионной компьютерной томографии. Энергия зарегистрированных фотонов позволяет идентифицировать радионуклид и оценивать распределение радиофармпрепарата. Свинцовая защита эффективна благодаря ослаблению потока фотонов за счет поглощения и рассеяния. Биологический эффект зависит от энергии, дозы, мощности дозы и радиочувствительности тканей.