入射光子把原子核激發(fā)到激發(fā)態(tài)，然后退激時(shí)再放出γ光子。
前三種相互作用影響最大，如圖1所示。
圖1 γ射線與物質(zhì)的三種主要相互作用示意圖
圖1 γ射線與物質(zhì)的三種主要相互作用示意圖
對(duì)于窄束γ射線（即通過(guò)吸收片后的γ光子僅由未經(jīng)相互作用或稱為未經(jīng)碰撞的光子所組成），μ記作γ射線穿過(guò)吸收介質(zhì)的總線性衰減系數(shù)，它包含了γ光子真正被介質(zhì)吸收和被散射離開(kāi)準(zhǔn)直的兩種貢獻(xiàn)。有的研究直接將μ表述為總吸收系數(shù)，μ相當(dāng)于介質(zhì)對(duì)γ射線的宏觀吸收截面，μ的量綱為長(zhǎng)度的倒數(shù)，顯然μ值反映了介質(zhì)對(duì)于γ射線的吸收能力。
對(duì)于低能γ射線和原子序數(shù)高的吸收物質(zhì)，光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)；對(duì)于中能γ射線和原子序數(shù)低的吸收物質(zhì)，康普頓效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)；對(duì)于高能γ射線和原子序數(shù)高的吸收物質(zhì)，電子對(duì)效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)。三者相對(duì)強(qiáng)弱可表示為圖2。
圖2 γ射線與物質(zhì)的三種主要相互作用
圖2 γ射線與物質(zhì)的三種主要相互作用
光子能量在100keV至30MeV范圍內(nèi)，后三種次要次要的相互作用方式對(duì)于γ射線的吸收所做的貢獻(xiàn)小于1%
伽馬射線暴編輯
現(xiàn)象
伽瑪暴
伽瑪暴
在天文學(xué)界，伽馬射線爆發(fā)被稱作“伽馬射線暴”。究竟什么是伽馬射線暴？它來(lái)自何方？它為何會(huì)產(chǎn)生如此巨大的能量？
“伽馬射線暴是宇宙中一種伽馬射線突然增強(qiáng)的一種現(xiàn)象。”中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)趙永恒研究員說(shuō)，伽馬射線是波長(zhǎng)小于0.1納米的電磁波，是比X射線能量還高的一種輻射，伽瑪暴的能量非常高。但是大多數(shù)伽馬射線會(huì)被地球的大氣層阻擋，觀測(cè)必須在地球之外進(jìn)行。
冷戰(zhàn)時(shí)期，美國(guó)發(fā)射了一系列的軍事衛(wèi)星來(lái)監(jiān)測(cè)全球的核爆炸試驗(yàn)，在這些衛(wèi)星上安裝有伽馬射線探測(cè)器，用于監(jiān)視核爆炸所產(chǎn)生的大量的高能射線。偵察衛(wèi)星在1967年發(fā)現(xiàn)了來(lái)自浩瀚宇宙空間的伽馬射線在短時(shí)間內(nèi)突然增強(qiáng)的現(xiàn)象，人們稱之為“伽馬射線暴”。由于軍事保密等因素，這個(gè)發(fā)現(xiàn)直到1973年才公布出來(lái)。這是一種讓天文學(xué)家感到困惑的現(xiàn)象：一些伽馬射線源會(huì)突然出現(xiàn)幾秒鐘，然后消失。這種爆發(fā)釋放能量的功率非常高。一次伽馬射線暴的“亮度”相當(dāng)于全天所有伽馬射線源“亮度”的總和。隨后，不斷有高能天文衛(wèi)星對(duì)伽馬射線暴進(jìn)行監(jiān)視，差不多每天都能觀測(cè)到一兩次的伽馬射線暴。
伽馬射線暴所釋放的能量甚至可以和宇宙大爆炸相提并論。伽馬射線暴的持續(xù)時(shí)間很短，長(zhǎng)的一般為幾十秒，短的只有十分之幾秒。而且它的亮度變化也是復(fù)雜而且無(wú)規(guī)律的。但伽馬射線暴所放出的能量卻十分巨大，在若干秒鐘時(shí)間內(nèi)所放射出的伽馬射線的能量相當(dāng)于幾百個(gè)太陽(yáng)在其一生（100億年）中所放出的總能量！
在1997年12月14日發(fā)生的伽馬射線暴，它距離地球遠(yuǎn)達(dá)120億光年，所釋放的能量比超新星爆發(fā)還要大幾百倍，在50秒內(nèi)所釋放出伽馬射線能量就相當(dāng)于整個(gè)銀河系200年的總輻射能量。這個(gè)伽馬射線暴在一兩秒內(nèi)，其亮度與除它以外的整個(gè)宇宙一樣明亮。在它附近的幾百千米范圍內(nèi)，再現(xiàn)了宇宙大爆炸后千分之一秒時(shí)的高溫高密情形。[4]
然而，1999年1月23日發(fā)生的伽馬射線暴比這次更加猛烈，它所放出的能量是1997年那次的十倍，這也是人類迄今為止已知的最強(qiáng)大的伽馬射線暴。[5]
爭(zhēng)論
關(guān)于伽馬射線暴的成因，至今世界上尚無(wú)定論。有人猜測(cè)它是兩個(gè)中子星或兩個(gè)黑洞發(fā)生碰撞時(shí)產(chǎn)生的；也有人猜想是大質(zhì)量恒星在死亡時(shí)生成黑洞的過(guò)程中產(chǎn)生的，但這個(gè)過(guò)程要比超新星爆發(fā)劇烈得多，因而，也有人把它叫做“超超新星”。
為了探究伽馬射線暴發(fā)生的成因，引發(fā)了兩位天文學(xué)家的大辯論。
在20世紀(jì)七八十年代，人們普遍相信伽馬射線暴是發(fā)生在銀河系內(nèi)的現(xiàn)象，推測(cè)它與中子星表面的物理過(guò)程有關(guān)。然而，波蘭裔美國(guó)天文學(xué)家帕欽斯基卻獨(dú)樹(shù)一幟。他在上世紀(jì)80年代中期提出伽馬射線暴是位于宇宙學(xué)距離上，和類星體一樣遙遠(yuǎn)的天體，實(shí)際上就是說(shuō)，伽馬射線暴發(fā)生在銀河系之外。然而在那時(shí)，人們已
天文觀測(cè)站
天文觀測(cè)站
經(jīng)被“伽馬射線暴是發(fā)生在銀河系內(nèi)”的理論統(tǒng)治多年，所以他們對(duì)帕欽斯基的觀點(diǎn)往往是付之一笑。
但是幾年之后，情況發(fā)生了變化。1991年，美國(guó)的“康普頓伽馬射線天文臺(tái)”發(fā)射升空，對(duì)伽馬射線暴進(jìn)行了全面系統(tǒng)的監(jiān)視。幾年觀測(cè)下來(lái)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)伽馬射線暴出現(xiàn)在天空的各個(gè)方向上，而這就與星系或類星體的分布很相似，而這與銀河系內(nèi)天體的分布完全不一樣。于是，人們開(kāi)始認(rèn)真看待帕欽斯基的伽馬射線暴可能是銀河系外的遙遠(yuǎn)天體的觀點(diǎn)了。由此也引發(fā)了1995年帕欽斯基與持相反觀點(diǎn)的另一位天文學(xué)家拉姆的大辯論。