即使是共振峰,光核截面比前面提到的光电截面要小,它对总截面的贡献小于10%,然而在辐射屏蔽设计中,光核吸收很重要,因为所发射的中子比入射的光子在重核中具有更大的穿透性。在辐照技术中引起的放射性显得更重要。
入射光子把原子核激发到激发态,然后退激时再放出γ光子。前三种相互作用影响最大,如图1所示。图1γ射线与物质的三种主要相互作对于窄束γ射线(即通过吸收片后的γ光子仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成),μ记作γ射线穿过吸收介质的总线性衰减系数,它包含了γ光子真正被介质吸收和被散射离开准直的两种贡献。
有的研究直接将μ表述为总吸收系数,μ相当于介质对γ射线的宏观吸收截面,μ的量纲为长度的倒数,显然μ值反映了介质对于γ射线的吸收能力。对于低能γ射线和原子序数高的吸收物质,光电效应占优势;对于中能γ射线和原子序数低的吸收物质,康普顿效应占优势;对于高能γ射线和原子序数高的吸收物质,电子对效应占优势。
光子能量在100kev至30mev范围内,后三种次要次要的相互作用方式对于γ射线的吸收所做的贡献小于1%在天文学界,伽马射线爆发被称作“伽马射线暴”。
究竟什么是伽马射线暴?它来自何方?它为何会产生如此巨大的能量?“伽马射线暴是宇宙中一种伽马射线突然增强的一种现象。”中国科学院国家天文台赵永恒研究员告诉记伽玛暴!
伽马射线是波长小于0.1纳米的电磁波,是比x射线能量还高的一种辐射,伽玛暴的能量非常高。但是大多数伽马射线会被地球的大气层阻挡,观测必须在地球之外进行。
冷战时期,美国发射了一系列的军事卫星来监测全球的核爆炸试验,在这些卫星上安装有伽马射线探测器,用于监视核爆炸所产生的大量的高能射线。侦察卫星在1967年发现了来自浩瀚宇宙空间的伽马射线在短时间内突然增强的现象,人们称之为“伽马射线暴”。
由于军事保密等因素,这个发现直到1973年才公布出来。这是一种让天文学家感到困惑的现象:一些伽马射线源会突然出现几秒钟,然后消失。这种爆发释放能量的功率非常高。
一次伽马射线暴的“亮度”相当于全天所有伽马射线源“亮度”的总和。随后,不断有高能天文卫星对伽马射线暴进行监视,差不多每天都能观测到一两次的伽马射线暴。
伽马射线暴所释放的能量甚至可以和宇宙大爆炸相提并论。伽马射线暴的持续时间很短,长的一般为几十秒,短的只有十分之几秒。而且它的亮度变化也是复杂而且无规律的。
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但伽马射线暴所放出的能量却十分巨大,在若干秒钟时间内所放射出的伽马射线的能量相当于几百个太阳在其一生(100亿年)中所放出的总能量!
在1997年12月14日发生的伽马射线暴,它距离地球远达120亿光年,所释放的能量比超新星爆发还要大几百倍,在50秒内所释放出伽马射线能量就相当于整个银河系200年的总辐射能量。
这个伽马射线暴在一两秒内,其亮度与除它以外的整个宇宙一样明亮。在它附近的几百千米范围内,再现了宇宙大爆炸后千分之一秒时的高温高密情形。然而,1999年1月23日发生的伽马射线暴比这次更加猛烈,它所放出的能量是1997年那次的十倍,这也是人类迄今为止已知的最强大的伽马射线暴。
关于伽马射线暴的成因,至今世界上尚无定论。有人猜测它是两个中子星或两个黑洞发生碰撞时产生的;也有人猜想是大质量恒星在死亡时生成黑洞的过程中产生的,但这个过程要比超新星爆发剧烈得多,因而,也有人把它叫做“超超新星”。
为了探究伽马射线暴发生的成因,引发了两位天文学家的大辩论。在20世纪七八十年代,人们普遍相信伽马射线暴是发生在银河系内的现象,推测它与中子星表面的物理过程有关。
然而,波兰裔美国天文学家帕钦斯基却独树一帜。他在上世纪80年代中期提出伽马射线暴是位于宇宙学距离上,和类星体一样遥远的天体,实际上就是说,伽马射线暴发生在银河系之外。然而在那时,人们已天文观测站!
经被“伽马射线暴是发生在银河系内”的理论统治多年,所以他们对帕钦斯基的观点往往是付之一笑。但是几年之后,情况发生了变化。1991年,美国的“康普顿伽马射线天文台”发射升空,对伽马射线暴进行了全面系统的监视。
几年观测下来,科学家发现伽马射线暴出现在天空的各个方向上,而这就与星系或类星体的分布很相似,而这与银河系内天体的分布完全不一样。于是,人们开始认真看待帕钦斯基的伽马射线暴可能是银河系外的遥远天体的观点了。
由此也引发了1995年帕钦斯基与持相反观点的另一位天文学家拉姆的大辩论。然而,在十年前的那个时候,世界上并没有办法测定伽马射线暴的距离,因此辩论双方根本无法说服对方。
伽马射线暴的发生在空间上是随机的,而且持续时间很短,因此无法安排后续的观测。再者,除短暂的伽马射线暴外,没有其他波段上的对应体,因此无法借助其他波段上的已知距离的天体加以验证。
这场辩论谁是谁非也就悬而未决。幸运的是,1997年意大利发射了一颗高能天文卫星,能够快速而精确地测定出伽马射线暴的位置,于是地面上的光学望远镜和射电望远镜就可以对其进行后续观测。
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天文学家首先成功地发现了1997年2月28日伽马射线暴的光学对应体,这种光学对应体被称之为伽马射线暴的“光学余辉”;接着看到了所对应的星系,这就充分证明了伽马射线暴宇宙学距离上的现象,从而为帕钦斯基和拉姆的大辩论做出了结论。
到目前为止,全世界已经发现了20多个伽马射线暴的“光学余辉”,其中大部分的距离已经确定,它们全部是银河系以外的遥远天体。赵永恒研究员说,“光学余辉”的发现极大地推动了伽马射线暴的研究工作,使得人们对伽马射线暴的观测波段从伽马射线发展到了光学和射电波段,观测时间从几十秒延长到几个月甚至几年。
超新星再次引发争论难题一个接着一个。2003年3月24日,在加拿大魁北克召开的美国天文学会高能天体物理分会会议上,一部分研究人员宣称它们已经发现了一些迄今为止最有力的迹象,表明普通的超新星爆发可能在几周或几个月之内导致剧烈的伽马射线大喷发。
这种说法一经提出就在会议上引发了激烈的争议。其实在2002年的一期英国《自然》杂志上,一个英国研究小组就报告了他们对于伽马射线暴的最新研究成果,称伽马射线暴与超新星有关。研究者研究了2001年12月的一次伽马射线暴的观测数据,欧洲航天局的xmm—伽马射线暴爆发瞬间!
牛顿太空望远镜观测到了这次伽马射线暴长达270秒的x射线波段的“余辉”。通过对于x射线的观测,研究者发现了在爆发处镁、硅、硫等元素以亚光速向外逃逸,通常超新星爆发才会造成这种现象。
大多数天体物理学家认为,强劲的伽马射线喷发来自恒星内核坍塌导致的超新星爆炸而形成的黑洞。麻省理工学院的研究人员通过钱德拉x射线望远镜追踪了2002年8月发生的一次时长不超过一天的超新星爆发。
在这次持续二十一小时的爆发中,人们观察到大大超过类似情况的x射线。而x射线被广泛看作是由超新星爆发后初步形成的不稳定的中子星发出。大量的观测表明,伽马射线喷发源附近总有超新星爆发而产生的质量很大的物质存在。
反对上述看法的人士认为,这些说法没有排除x射线非正常增加或减少的可能性。而且,超新星爆发与伽马射线喷发之间存在时间间隔的原因仍然不明。
无论如何,人类追寻来自浩瀚宇宙的神秘能量———伽马射线暴的势头不会因为一系列的疑惑而减少,相反,科学家会更加努力地去探索。作为天文学的基础研究,这种探索对人们认识宇宙,观察极端条件下的物理现象并发现新的规律都是很有意义的。
据国外媒体报道,英国斯特拉斯克莱德大学领导的一个科研小组日前制造出一束地球上最明亮的伽马射线——比太阳亮1万亿倍。这将开启医学研究的新纪元。
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物理学家们发现超短激光脉冲可以和电离气体发生反应,并产生一束极其强大的激光,它甚至可以穿透20厘米厚度的铅板,要用1.5米厚的混凝土墙才能彻底屏蔽它。
这种超强激光射线有诸多用途,其中包括医学成像,放射性疗法,以及正电子放射断层造影术(pet)扫描。同时这种射线源还可以被用来监视密封存放的核废料是否安全。另外,由于这种激光脉冲极短,持续时间仅1千万亿分之一秒,快到足以捕获原子核对激发的反应,这就使它非常适合用于实验室中的原子核研究。
此次研究中使用的发射源比一般常见的伽马射线发射设备要更小也更便宜。实验在英国科学技术设施协会所属卢瑟福—阿普尔顿实验室的中央激光设施中进行,除了斯特拉斯克莱德大学的科学家之外,还有来自格拉斯哥大学以及葡萄牙里斯本高等技术研究院的科学家参与了这项实验。
来自斯特拉斯克莱德大学的蒂诺·雅诺辛斯基(dinojaroszynski)是这项研究工作的负责人。他说:“这是一个重大的突破,它将使我们能更容易地对致密物体内部进行扫描,我们可以借助这项技术监视核聚变装置内部。
为了证实其应用价值,我们对一根极细的线进行了成像,其直径仅有25微米,借助伽马射线以及一项名为‘相衬成像’的新技术,我们得到了非常清晰的图像。这将让未来的科研人员得以对射线吸收系数非常低的材料也可以进行很好的成像。
被伽马射线照亮的材料只会产生极微弱的阴影,因此仍可以进行良好的观察。相衬成像是唯一可以让这些透明材料显影的方法。它对于癌症的治疗也将产生帮助,没有任何其他激光可以和这种伽马射线的波长相比,这也是它为何如此明亮的原因。”
他说:“在自然界,如果你对粒子进行加速,例如对电子加速,它们会发出辐射。我们将粒子囚禁在一个紧随激光脉冲身后的离子腔内,并将它们加速到很高的速度。
腔内的电子也会和激光束发生相互作用,获得能量并剧烈震荡,这就像是一个荡秋千的孩子被人从身后猛推一把。这种剧烈的震荡,加上电子本身吸收的高能量传递给光子,使其具备了极高的能量并产生伽马射线。
这一切使得这一伽马射线源具备了超越一切地球上其他光源的亮度。我们所用的加速器是一种新型加速器,称为‘激光-等离子体尾波场电子加速器’,它使用高能激光和电离气体来加速带电粒子,使之达到很高的能级。
这种原理级别的创新使加速器可以变得很小,使之从长达100米的传统加速器摇身一变,成为可以放进手掌心那样的迷你型设备。”
伽马射线爆发被认为主要在离地球100亿光年以外的太空中发生。当质量相当于太阳30倍以上的巨大恒星寿命终结,发生超新星爆发并产生黑洞时,随着黑洞中心出现喷流现象,会有非常强大的伽马射线在数十秒内爆发性释放。
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伽马射线是一种强电磁波,具有极强的穿透本领,但因为无法穿透地球大气层,因此只能在太空中被探测到。
日本金泽大学和山形大学等机构的研究人员利用去年5月发射的太空帆船“伊卡洛斯”号上的观测装置,在去年8月26日观测到了伽马射线爆发。
研究小组分析观测数据,发现伽马射线波长振动的偏光现象。研究小组认为,偏光是伽马射线爆发时有强大磁场参与的证据。而且根据观测分析,可能有多个磁场存在。
夜宇星哈哈一笑,身子斜斜的飞了过来,笑道:“老子杀你只需要一招,没想到吧,哈哈哈哈哈哈!”
覃阆丝毫不为所动,心中一片通明,直接一步跨出,一拳打下。只是一拳,小小的一拳,结果夜宇星的身体防护层层崩坏,瞬间就出现了破灭的状态,“啊?怎么可能,我是不朽不灭的,没有人可以打败我啊!”
覃阆道:“接受现实吧,你难道还不了解我么?死来!”
说罢,大手直接抓向他,只见一片光华一卷,夜宇星直接粉碎,消失在了这个世界上!
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