PARTIKEL GAMMA

Gamma dan sinar-x termasuk ke dalam kelompok radiasi elektromagnetik. Tidak seperti gelombang radio dan cahaya tampak, gamma dan sinar-x memiliki panjang gelombang yang lebih pendek (atau frekuensi yang lebih tinggi) sehingga memiliki energi yang jauh lebih tinggi. Sementara radiasi alpha dan beta memiliki daya jangkau maksimum yang terbatas, foton berinteraksi secara probabilistik sehingga daya jangkau maksimum sebuah foton bisa sangat bervariasi (tidak pasti). Meskipun demikian, fraksi total foton yang diserap oleh bahan berkurang secara eksponensial dengan ketebalan bahan. 

Ada tiga mekanisme bagaimana gamma dan sinar-x berinteraksi dengan materi, yaitu efek fotolistrik, hambran Compton dan produksi pasangan. Radiasi gamma memiliki bahaya eksternal karena radiasi ini memberikan energinya jauh lebih banyak dan lebih jauh bila dibandingkan dengan radiasi alpha dan beta. 

a. Efek fotolistrik 

Pada proses efek fotolistik, radiasi gelombang elektromagnetik (foton) yang datang mengenai atom, seolah-olah ’menumbuk” salah satu elektron orbital dan memberikan seluruh energinya. Jika energi foton yang diberikan lebih besar dari energi ikat elektron, maka elektron tersebut dapat terlepas dari atom dan menghasilkan ion. Elektron yang terlepas (atau biasa disebut fotoelektron) dapat menyebabkan peristiwa ionisasi sekunder pada atom sekitarnya dengan cara yang mirip dengan yang dilakukan beta. Efek fotolistrik sangat mungkin terjadi jika foton memiliki energi yang rendah (kurang dari 0,5 MeV) dan materi memiliki massa besar (nomor atom besar). Sebagai contoh efek fotolistrik lebih banyak terjadi pada timah hitam (Z = 82) daripada tembaga (Z = 29). 

b. Hamburan Compton 

Peristiwa hamburan Compton sebenarnya tidak berbeda jauh dengan efek fotolistrik. Akan tetapi, pada hamburan Compton tidak semua energi foton diberikan kepada elektron, melainkan hanya sebagian saja, sisa energi foton masih berupa gelombang elektromagnetik (foton) yang dihamburkan. Foton yang dihamburkan ini akan terus berinteraksi dengan elektron lain sampai energinya habis dan elektron yang dihasilkan (fotoelektron) akan menyebabkan proses ionisasi sekunder. 

Pada hamburan Compton, foton dengan energi hλiberinteraksi dengan elektron terluar dari atom, selanjutnya foton dengan energi hλodihamburkan dan sebuah fotoelektron lepas dari ikatannya. Energi kinetik elektron (Ee) sebesar selisih energi foton masuk dan foton keluar. 

Ee = hλi– hλo 

Hamburan Compton sangat dominan terjadi bila foton mempunyai energi sedang (di atas 0,5 MeV) dan lebih banyak terjadi pada material dengan nomor massa (Z) yang rendah. 

c. Produksi pasangan 

Ketika berada di daerah medan inti sebuah atom, foton dapat mengalami konversi (lenyap) menjadi postron yang bermuatan positif dan elektorn yang bermuatan negatif. Dengan menggunakan persamaan konversi energi menjadi massa (E=mc2), elektron dan positron yang dihasilkan akan memiliki energi yang setara dengan 0,511 MeV. Oleh karena itu hanya foton berenergi besar saja (>1,02 MeV) yang dapat menghasilkan pasangan elektron-psoitron. Setiap kelebihan energi diatas 1,02 MeV akan diberikan pada partikel dalam bentuk energi kinetik. (Energi kinetik total dari dua partikel tersebut sama dengan energi foton yang datang dikurangi 1,02 MeV). 

Elektron yang dihasilkan akan berinteraksi dengan atom sekitar dan menyebabkan terjadinya ionisasi, sedangkan positron akan menemukan sebuah elektron bebas dan kedua partikel ini akan saling menghilangkan (interaksi positron), dan menghasilkan energi.