Mostra la font per a Radiació gamma

{{Distinguish|ona gamma}}
La '''radiació gamma''' (que es representa amb la lletra grega [[gamma|γ]]) és una forma de [[radiació electromagnètica]],<ref name=GEC>{{GEC|0185576|raig gamma}}</ref>la més energètica de l'[[espectre electromagnètic]], és a dir, es tracta dels [[fotons]] de [[longitud d'ona]] més curta, o dit d'una altra manera dels fotons de [[freqüència]] més alta.<ref name=GEC/> Aquests fotons són més energètics que els [[raigs X]], també anomenats ''raigs Röntgen'', pel nom del seu descobridor, [[Wilhelm Röntgen|Wilhelm Conrad Röntgen]]. L'[[energia]] d'aquest tipus de radiació s'acostuma a mesurar en [[Electró-volt|megaelectró-volts]]. Un M[[Electró volt|eV]] correspon a fotons gamma de longituds d'ona inferiors a {{nowrap|10<sup>-11</sup> [[metre|m]]}} o freqüències superiors a {{nowrap|10<sup>19</sup> [[hertz|Hz]].}} La radiació gamma va ser descoberta el [[1900]] pel [[Química|químic]] [[França|francès]] Paul Villard mentre estudiava l'[[urani]].

Els raigs gamma només es produeixen en les [[desintegració radioactiva|desintegracions radioactives]] de [[nucli atòmic|nuclis atòmics]], o en processos de molt altes energies, com en el cas de la [[radiació de sincrotró]]. A causa de les altes energies que tenen, els raigs gamma constitueixen un tipus de [[radiació ionitzant]] capaç de penetrar en la matèria més profundament que la [[emissió alfa|radiació alfa]] o [[emissió beta|beta]]. A causa de la seva alta energia, poden causar danys importants al nucli de les [[cèl·lules]], per la qual cosa són usats per a esterilitzar equips mèdics i aliments.

La radioactivitat gamma és emesa per nuclis excitats, al contrari que les [[radioactivitat alfa|radioactivitats alfa]] i [[radioactivitat beta|beta]], i acompanya aquestes altres radiacions. Es pot separar de la radiació alfa i de la beta amb un [[camp magnètic]], ja que les altres, carregades elèctricament, es desvien, i la gamma no. El seu abast és molt major al de radioactivitat beta i encara més que el de l'alfa. Per a aturar-la, cal un bloc d'uns quants centímetres de gruix fet de [[plom]] o de [[formigó]]. Pot penetrar fins a vint-i-cinc centímetres dins del teixit [[humà]]. Té una elevada capacitat per a destruir enllaços químics. És el tipus de radioactivitat més perillós per als humans.

== Història ==
La radiació gamma va ser descoberta l'any [[1900]] pel [[físic]] francès [[Paul Ulrich Villard]] (1860-1934), tanmateix va rebre poc reconeixement pel seu descobriment, i el seu treball va romandre oblidat fins al centenari del seu descobriment.{{sfn|L'Annunziata|2016|p= 93}}

Villard va començar els seu treball en el camp de la [[radiació]] utilitzant un [[tub de Crookes]] per a estudiar l'efecte dels [[Camp magnètic|camps magnètics]] sobre els [[raigs catòdics]] i els efectes [[Química|químics]] dels [[Radiació X|raigs X]]. En obtenir unes mostres de [[Radi (element)|radi]] del matrimoni Curie ([[Marie Curie]] i [[Pierre Curie]]) va intentar veure si la radiació emesa pel radi era desviada per un camp magnètic, considerava que la radiació del radi devia ser similar a la catòdica. Llavors es desconeixia que la radiació que es podia desviar era la [[Partícula beta|beta]], tant la radiació catòdica com la beta són [[Electró|electrons]]. Durant els seus experiments per a mesurar la desviació de la radiació emesa pel radi, va descobrir un tipus de radiació no desviable i molt penetrant, que seria anomenada radiació gamma uns anys més tard, el [[1903]], per [[Ernest Rutherford]]. Villard va comunicar el seu descobriment a l'[[Acadèmia Francesa de les Ciències]] i a la Societat Francesa de Física.{{sfn|L'Annunziata|2016|p= 94}} L'any 1901 [[Antoine Henri Becquerel|Henri Becquerel]] reconeixia el descobriment de Villard a l'article ''The radio-activity of matter'' que va publicar a la revista [[Nature]].<ref>{{ref-publicació |cognom=Becquerel |nom=Henri |article= The radio-activity of matter | publicació=[[Nature]] |volum= vol. 63 |exemplar= núm. 1634 |data= 1 febrer 1901 |pàgines= 396-398|url=https://www.nature.com/articles/063396d0.pdf|format=PDF|doi=10.1038/063396d0}}</ref>

Villard va posar una mostra de [[clorur de bari]] que contenia radi dins d'un recipient de [[plom]] amb una obertura, amb aquest arranjament la font de radi proporcionava un feix convergent de radiació. Va exposar dues plaques fotogràfiques protegides amb un embolcall de paper negre [[Opacitat|opac]], entre elles va situar una fulla de plom de 0,3 mm. En aplicar un camp magnètic per tal de desviar els raigs desviables, la radiació beta era desviada mentre que les [[Radioactivitat alfa|partícules alfa]] eren aturades per l'embolcall de paper de les plaques. El resultat va se que la primera placa va registrar dues taques produïdes per la radiació, una desviada pel camp magnètic, però la segona placa només contenia una taca, producte d'una radiació no desviada, que havia travessat la fulla de plom. La intensitat de la taca era idèntica a ambdues plaques, el que indicava que la seva intensitat no havia estat afectada per la barrera de plom. Villard va concloure que es tractava d'una radiació similar als raigs X però amb un enorme poder de penetració.{{sfn|L'Annunziata|2016|pp=94-95}}

== Radiació gamma i radiació X dura ==
[[Fitxer:X-ray range.svg|miniatura|Longitud d'ona i energia de la radioactivitat X tova (en anglès, ''soft'') i dura (en anglès, ''hard'')]]
Els [[raigs X]] amb [[longitud d'ona|longituds d'ona]] superiors a 0,1 n[[metre|m]] s'anomenen ''raigs X tous''. Les longituds d'ona més curtes s'anomenen ''raigs X durs'', que se sobreposen amb els [[radioactivitat gamma|raigs gamma]] de longitud d'ona més llarga.

Estrictament, a igual longitud d'ona es corresponen iguals propietats i aquests rais X durs són raigs gamma. A alguns els cal una diferenciació segons com han estat generats. Així, mentre que els raigs gamma són radiacions d'origen [[nucli atòmic|nuclear]] que es produeixen per la desexcitació d'un [[nucleó]] d'un nivell excitat a un altre de menor [[energia]] i en la [[Cadena de desintegració|desintegració]] d'[[Radionucleid|isòtops radioactius]], els raigs X sorgeixen de fenòmens extranuclears, en l'àmbit de les [[Orbital atòmic|òrbites electròniques]]. En ambdós casos les radiacions són iguals i tenen les mateixes propietats i efectes.

== Propietats ==
=== Protecció ===
[[Fitxer:Gamma Decay.svg|miniatura|Representació artística de l'emissió de raigs gamma (''γ'') per un nucli atòmic]]
La protecció contra la radiació gamma necessita una gran quantitat de massa per a ser efectiva. Aquest tipus de radiació és absorbida millor per materials amb un [[nombre atòmic]] elevat i una gran densitat. Com més gran sigui l'energia dels raigs, més gruixuda haurà de ser la protecció. Els materials utilitzats es classifiquen i mesuren a partir del gruix necessari per a reduir la intensitat de la radiació gamma a la meitat (es parla de ''half value layer'' o HVL). Per exemple, una radiació gamma que requereix 1 cm de [[plom]] per reduir la seva intensitat a la meitat, necessitarà 6 cm de [[formigó]] per a aconseguir el mateix efecte.

=== Interacció amb la matèria ===
[[Fitxer:Gamma Abs Al.png|300px|miniatura|Coeficient d'absorció total de raigs gamma de l'[[alumini]] (número atòmic 13) segons diferents energies de raigs gamma, i contribucions dels tres efectes. A la majoria de la regió d'energia mostrada domina l'efecte Compton.]]

[[Fitxer:Gamma Abs Pb.png|300px|miniatura|Coeficient d'absorció total de raigs gamma del [[plom]] (número atòmic 82) segons diferents energies de raigs gamma, i contribucions dels tres efectes. Aquí, l'efecte fotoelèctric domina en energies baixes. A partir de 5 MeV comença a dominar la [[creació de parells]].]]
Quan els raigs gamma passen a través de la matèria, la probabilitat d'absorció a una capa prima és proporcional al gruix de la capa. Això porta a un decreixement exponencial de la intensitat amb el gruix. L'absorció exponencial només es dona per a feixos prims de radiació; si un feix gruixut de radiació gamma passa a través d'un bloc gruixut de formigó, la dispersió per les cares redueix l'absorció:

:<math>
I(d) = I_0 \cdot e ^{-\mu d}
</math>

en què:
* μ = ''n''σ és el coeficient d'absorció, mesurat en cm<sup>−1</sup>
* ''n'' és el nombre d'àtoms per cm³ del material
* σ és l'absorció de la [[secció eficaç]] en cm²
* ''d'' és el gruix del material en cm.

Els raigs gamma ionitzen la matèria en passar al seu través i ho fan per mitjà de tres processos principals: l'[[efecte fotoelèctric]], l'[[efecte Compton]] i la [[creació de parells]].

* '''Efecte fotoelèctric''': és un efecte que descriu el cas en què un fotó gamma interacciona amb un electró i li transfereix la seva energia ejectant-lo fora de l'àtom. L'[[energia cinètica]] del fotoelectró resultant és igual a l'energia del fotó gamma incident menys l'[[energia d'enllaç]] o de lligadura de l'electró. L'efecte fotoelèctric és el mecanisme dominant en la transmissió d'energia per [[raigs X]] i fotons de radiació gamma amb energies per sota de 50 keV (50 milers d'[[electró volt]]s), però és menys important en energies més altes.

* '''L'efecte Compton''': es tracta d'una interacció en què un fotó gamma incident col·lideix amb un electró i emergeix un nou fotó amb una part de l'energia inicial del fotó incident i amb una direcció diferent. La probabilitat de l'efecte o dispersió de Compton disminueix quan s'incrementa l'energia del fotó. Aquest fenomen, relativament independent del nombre atòmic del material absorbent, és el principal mecanisme d'absorció per als raigs gamma dins del rang d'energies mitjanes, entre 100 keV i 10 MeV.

* '''Producció de parells''': aquest mecanisme converteix l'energia d'un fotó gamma incident en la massa d'un parell electró-[[positró]] per la interacció amb el [[camp elèctric]] d'un nucli atòmic. L'excés d'energia de l'equivalent de la massa de les dues partícules (1,02 MeV) apareix com a energia cinètica del parell i del nucli impactat. Al final del [[recorregut d'una partícula|recorregut]] del positró es combina amb un electró lliure. La massa total d'aquestes dues partícules es converteix en dos fotons gamma cadascú, amb una energia de com a mínim 0,51 MeV (que pot ser més gran segons l'energia cinètica de les partícules [[Aniquilació de matèria amb antimatèria|anihilades]]).

Els electrons secundaris (i/o positrons) produïts en cadascun d'aquests processos sovint tenen prou energia per a produir [[ionització]]. En rigor, l'absorció exponencial descrita a dalt es manté només per a un rang estret de raigs gamma. Si un raig més ample passa a través d'un bloc de formigó fi, la dispersió als costats redueix l'absorció.

Sovint els raigs gamma ocorren entre altres categories de radiació, com l'alfa i la beta. Quan un nucli emet una partícula α o β, de vegades el [[producte de desintegració]] queda excitat i pot saltar a un nivell d'energia inferior i emet un raig gamma. De la mateixa manera un electró atòmic pot saltar a un nivell d'energia inferior i emet llum visible o radiació [[ultraviolada]].

[[Fitxer:Cobalt-60 Decay Scheme.svg|miniatura|Esquema de descomposició de <sup>60</sup>Co.]]
Els possibles tipus de radiació electromagnètica són: raigs gamma, raigs X, llum visible i raigs ultraviolats: UV ([[Ultraviolat|UVA]] i [[UVB]]). Els UVB són més energètics. També existeixen la [[Espectre visible|llum visible]], les [[Microones|ones de microones]] i les [[ones de ràdio]]. L'única diferència entre ells és per la [[freqüència]] i, per tant, segons l'[[energia]] dels [[fotó|fotons]], de la qual cosa resulta que els raigs gamma són els més energètics. A continuació es mostra un exemple de producció de raigs gamma.

Primer <sup>60</sup>[[cobalt|Co]] es descompon en <sup>60</sup>[[níquel|Ni]] excitat:

{{equació|<math>{}^{60}\hbox{Co}\;\to\;^{60}\hbox{Ni*}\;+\;e^-\;+\;\overline{\nu}_e.</math>}}

Després el <sup>60</sup>Ni ingressa al seu [[estat fonamental]] i emet dos raigs gamma consecutius.

{{equació|<math>{}^{60}\hbox{Ni*}\;\to\;^{60}\hbox{Ni}\;+\;\gamma.</math>}}

Aquests raigs gamma són de 1,17 MeV i 1,33 MeV, respectivament.

Un altre exemple és la descomposició alfa de <sup>241</sup>[[Americi|Am]], per produir <sup>237</sup>[[Neptuni|Np]]. Aquesta descomposició genera emissió gamma. En alguns casos, aquesta emissió és força simple, per exemple, <sup>60</sup>Co/<sup>60</sup>Ni. En casos com <sup>241</sup>Am/<sup>237</sup>Np i <sup>192</sup>[[Iridi|Ir]]/<sup>192</sup>[[Platí|Pt]] l'emissió gamma és complexa. Revela que hi pot haver una sèrie de diferents nivells d'energia nuclear. El fet que en un espectre alfa hi pugui haver diversitat de pics, de diferents energies, reforça la idea de possibilitat de molts nivells d'energia nuclear.

Com que una descomposició beta emet un neutrí, que alhora resta energia, en l'espectre beta no existeixen línies definides, sinó un pic ample. D'una sola descomposició beta, doncs, no és possible determinar els diferents nivells energètics del nucli.

En [[òptica]] espectròpica és ben conegut que una entitat que emet llum també pot absorbir llum de la mateixa longitud d'ona (energia del fotó). Per exemple, una flama de [[sodi]] pot emetre llum groga. A més pot absorbir llum groga d'un llum de [[vapor de sodi]]. En el cas dels raigs gamma es pot observar en [[espectroscòpia Mössbauer]], on es pot obtenir una correcció per l'energia perduda pel retrocés del nucli i, mitjançant ressonància, les condicions exactes d'absorció de raigs gamma.
{{VT|Principi de Franck-Condon}}

== Utilització ==
La potència dels raigs gamma els fa útils per a [[esterilització (microbiologia)|esterilització]] d'equip [[Medicina|mèdic]]. Se solen utilitzar per exterminar [[bacteri]]s i [[insecte]]s en productes [[aliment|alimentaris]] tals com [[carn]], [[bolet]]s, [[Ou (aliment)|ou]]s i [[verdura|verdures]], per tal de mantenir la seva frescor.

A causa de la capacitat de penetrar en els [[Teixit (biologia)|teixits]], els raigs gamma o els raigs X tenen un ampli espectre d'[[medicina nuclear|usos mèdics]], com a realització de [[tomografia|tomografies]] i estudis de [[medicina nuclear]].{{Citació necessària}} No obstant això, per la seva condició de [[radiació ionitzant]], si s'afecta l'[[ADN]] comporten habilitat de provocar canvis moleculars que poden repercutir en efectes [[Càncer|cancerígens]].

Malgrat les propietats cancerígenes, els raigs gamma també s'utilitzen per a [[Tractament (medicina)|tractament]] de certs tipus de càncer. En el procediment anomenat [[cirurgia]] ''[[Bisturí Gamma|gamma-knife]]'', múltiples raigs concentrats de raigs gamma es dirigeixen cap a [[cèl·lula|cèl·lules]] canceroses. Els raigs s'emeten des de diferents angles per focalitzar la radiació al tumor, alhora que es minimitza el dany als teixits del voltant.

Els raigs gamma també s'utilitzen a [[medicina nuclear]] per realitzar [[diagnòstic]]s. S'utilitzen molts [[radioisòtop]]s emissors de raigs gamma. Un d'ells és el [[tecneci]] 99m: <sup>99m</sup>Tc. Quan se li administra a un pacient, una [[càmera gamma]] pot utilitzar la radiació emesa per obtenir una imatge de la distribució del radioisòtop. Aquesta tècnica s'empra en diagnosi d'un ampli espectre de malaltia, per exemple en detecció de càncer ossi (d'[[os|ossos]]).

== Fonts de raigs gamma ==
Les fonts naturals de raigs gamma a la Terra inclouen la desintegració gamma de radioisòtops naturals com el [[potassi 40]], i també com a radiació secundària de diverses interaccions atmosfèriques amb partícules de [[radiació còsmica|raigs còsmics]]. Algunes fonts naturals terrestres rares que produeixen raigs gamma que no són d'origen nuclear, són les descàrregues de [[llamp]] i els centelleigs de raigs gamma terrestres («terrestrial gamma-ray flashes»), que produeixen emissions d'alta energia a partir de tensions naturals d'alta energia. Els raigs gamma són produïts per una sèrie de processos astronòmics en què es produeixen electrons de molt alta energia. Aquests electrons produeixen raigs gamma secundaris pels mecanismes de radiació de frenada, l'efecte Compton invers i la radiació de sincrotró. Una gran part d'aquests raigs gamma astronòmics són apantallats per l'atmosfera terrestre. Entre les fonts artificials de raigs gamma destaquen la [[Fissió nuclear|fissió]], com la que es produeix en els reactors nuclears, i els experiments de [[física de partícules]] d'alta energia, com la desintegració de [[Pió|pions]] neutres i la [[fusió nuclear]].

Una mostra de material emissor de raigs gamma que s'utilitza per irradiar o generar imatges es coneix com a font gamma. També s'anomena font radioactiva, font d'isòtops o font de radiació, encara que aquests termes més generals també s'apliquen als dispositius emissors alfa i beta. Les fonts gamma solen estar segellades per evitar la contaminació radioactiva i es transporten amb un blindatge pesant.

== Vegeu també ==
* [[GRB 970508]]
* [[Astronomia de raigs gamma]]
* [[Esclat de raigs gamma]]
* Altres [[radiacions ionitzants]]: [[radiació alfa]], [[radiació beta]], etc.
* [[Radiació]]: [[radioactivitat natural|radiació natural]] i [[radioactivitat artificial|radiació artificial]].
* [[Reaccions nuclears]]: [[Fissió nuclear]], [[fusió nuclear]].
* Dosimetria de les radiacions: [[Dosímetre]].

== Referències ==
{{Referències}}

== Bibliografia ==
* {{Ref-llibre|cognom=L'Annunziata |nom=Michael F |títol=Radioactivity. Introduction and History, from the Quantum to Quarks |llengua=anglès |edició=Segona edició |editorial=Elsevier |any= 2016 |isbn=978-0-444-63489-4}}

{{Commonscat}}
{{Espectre Electromagnètic}}
{{Processos nuclears}}
{{Autoritat}}

{{ORDENA:Radiacio Gamma}}
[[Categoria:Raigs gamma| ]]