gamma, raggi
Radiazione elettromagnetica di elevatissima frequenza (maggiore di circa 3‧1018 Hz, e quindi lunghezza d’onda inferiore a 10−10 m), i cui fotoni hanno energie maggiori di circa 10 keV. I raggi γ possono essere emessi da nuclei radioattivi, in conseguenza di transizioni tra due livelli energetici nucleari; si accompagnano spesso alla radioattività naturale di tipo α e β e si manifestano in molte reazioni nucleari (➔ nucleo). I raggi γ di questo tipo, cioè di origine nucleare, hanno energie tra 10 keV e 10 MeV circa. Raggi γ di energia più elevata si manifestano nelle reazioni fra particelle elementari di alta energia. Per produrre intensi fasci di raggi γ di alta energia, che trovano numerose applicazioni nella fisica e nella tecnica, si fanno collidere gli elettroni accelerati in un betatrone, un acceleratore lineare o un elettrosincrotrone, contro un bersaglio costituito da un materiale con elevato numero atomico: gli elettroni urtando contro gli atomi del bersaglio emettono radiazione di frenamento (➔ radiazione) nel campo dei raggi γ, con uno spettro continuo che si estende fino a una energia massima che coincide con l’energia cinetica originaria degli elettroni.
I raggi γ sono radiazioni dotate di un potere penetrante estremamente elevato. La loro interazione con la materia avviene soprattutto attraverso l’effetto fotoelettrico (➔ fotoelettrone), l’effetto Compton (➔ Compton, Arthur Holly) e la produzione di coppie di elettroni (fig. 1). L’effetto fotoelettrico produce l’assorbimento dei fotoni γ con emissione di elettroni di energia pari alla differenza fra l’energia dei fotoni stessi e l’energia di legame degli elettroni negli atomi; l’effetto Compton, che avviene quando l’energia del fotone è molto superiore all’energia di legame degli elettroni, dà luogo a una diminuzione di energia, e quindi di frequenza, dei raggi γ e a elettroni di energia cinetica pari a tale diminuzione; la produzione di coppie di elettroni (negativi e positivi) avviene nell’interazione con gli atomi di fotoni di energia superiore a 1,02 MeV (corrispondente all’energia di massa di due elettroni), con scomparsa dei fotoni e produzione di elettroni di energia cinetica pari alla differenza fra l’energia originaria dei fotoni e la suddetta energia di soglia.
Per gli effetti biologici dei raggi γ e gli effetti dei raggi γ sui materiali ➔ radiazione; per le misure di protezione nell’impiego dei raggi γ ➔ radioprotezione; per le applicazioni dei raggi γ in terapia oncologica ➔ radioterapia.
La gammacamera è un rivelatore di raggi γ, costituito da un grande cristallo di ioduro di sodio, fotomoltiplicatori e un sistema elettronico, che consente di ottenere, con finalità diagnostiche, su un tubo a raggi catodici, l’immagine di un organo contenente un isotopo radioattivo, previamente somministrato, che emette raggi γ. Può essere connessa a un elaboratore elettronico per l’elaborazione completamente automatica dei dati; per rivelazione e misura dei raggi γ ➔ anche rivelatore.
Gamma ray burst
I Gamma ray burst (GRB, "esposizioni di raggi gamma") sono emissione di luce nel campo della radiazione gamma, 'lampi' della durata da pochi nanosecondi a ore, che avvengono in posizioni apparentemente casuali nel cosmo diverse volte ogni giorno. Sono tra le più intense e potenti esplosioni rilevate finora nell'Universo. La loro localizzazione e la loro causa sono ancora molto discusse: secondo molti scienziati hanno origine al di fuori della nostra galassia e sarebbero il risultato delle collisioni tra stelle di neutroni.