入射光子把原子核激發(fā)到激發(fā)態(tài)，然后退激時再放出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
對于窄束γ射線（即通過吸收片后的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)吸收和被散射離開準直的兩種貢獻。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γ射線的宏觀吸收截面，μ的量綱為長度的倒數(shù)，顯然μ值反映了介質(zhì)對于γ射線的吸收能力。
對于低能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；對于中能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；對于高能γ射線和原子序數(shù)高的吸收物質(zhì)，電子對效應(yīng)占優(yōu)勢。三者相對強弱可表示為圖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于γ射線的吸收所做的貢獻小于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？它來自何方？它為何會產(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的一種現(xiàn)象。”中國科學(xué)院國家天文臺趙永恒研究員說，伽馬射線是波長小于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)伽馬射線會被地球的大氣層阻擋，觀測必須在地球之外進行。
冷戰(zhàn)時期，美國發(fā)射了一系列的軍事衛(wèi)星來監(jiān)測全球的核爆炸試驗，在這些衛(wèi)星上安裝有伽馬射線探測器，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)了來自浩瀚宇宙空間的伽馬射線在短時間內(nèi)突然增強的現(xiàn)象，人們稱之為“伽馬射線暴”。由于軍事保密等因素，這個發(fā)現(xiàn)直到1973年才公布出來。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)星對伽馬射線暴進行監(jiān)視，差不多每天都能觀測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)時間很短，長的一般為幾十秒，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，在若干秒鐘時間內(nèi)所放射出的伽馬射線的能量相當(dāng)于幾百個太陽在其一生（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，它距離地球遠達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)于整個銀河系200年的總輻射能量。這個伽馬射線暴在一兩秒內(nèi)，其亮度與除它以外的整個宇宙一樣明亮。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大的伽馬射線暴。[5]
爭論
關(guān)于伽馬射線暴的成因，至今世界上尚無定論。有人猜測它是兩個中子星或兩個黑洞發(fā)生碰撞時產(chǎn)生的；也有人猜想是大質(zhì)量恒星在死亡時生成黑洞的過程中產(chǎn)生的，但這個過程要比超新星爆發(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，推測它與中子星表面的物理過程有關(guān)。然而，波蘭裔美國天文學(xué)家帕欽斯基卻獨樹一幟。他在上世紀80年代中期提出伽馬射線暴是位于宇宙學(xué)距離上，和類星體一樣遙遠的天體，實際上就是說，伽馬射線暴發(fā)生在銀河系之外。然而在那時，人們已
天文觀測站
天文觀測站
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，所以他們對帕欽斯基的觀點往往是付之一笑。
但是幾年之后，情況發(fā)生了變化。1991年，美國的“康普頓伽馬射線天文臺”發(fā)射升空，對伽馬射線暴進行了全面系統(tǒng)的監(jiān)視。幾年觀測下來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)伽馬射線暴出現(xiàn)在天空的各個方向上，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，人們開始認真看待帕欽斯基的伽馬射線暴可能是銀河系外的遙遠天體的觀點了。由此也引發(fā)了1995年帕欽斯基與持相反觀點的另一位天文學(xué)家拉姆的大辯論。