大量产生光子的方式（gamma源）

Question

如果想开展光子辐照实验，产生大量光子的方式有哪些？换言之，γ源有哪些？

---

---

Answer

依据维基百科中关于gamma ray的介绍，主要提到了7种源，分3大类

1. 放射性同位素源
   • 天然放射性同位素
     地球上自然产生的放射性同位素。诸如钾-40。
   • 人造放射性同位素
     地球自然产生的放射性同位素丰度极低且富集较难，人造同位素反而较易获取：诸如反应堆副产物、人工生产的放射源钴-60，铯-137等。
2. 通过宇宙射线与大气层作用得到的相互作用
   • 轫致辐射
     宇宙射线中的高能电子与大气中的粒子相互作用，快速移动的电子在原子核附近接受小角度偏转，“刹车”产生轫致辐射光子。
     在日常的使用中一般作为连续产生X射线的装置：如X射线管，当施加以特定电压即可产生较大量的X射线光子。
   • 反康普顿散射
     反康普顿散射在天体物理学中为重要研究对象。一些同步辐射加速器中通过高能电子产生的反康普顿散射能够产生高能光子(MeV-GeV量级)并用于核物理实验（杜克大学TUNL实验室，Gr.A.A.L.加速器）。
   • 同步辐射
     通过加速器加速高能带电粒子并注入储存环，通过对储存环部分位置的磁场进行改变“振荡”产生辐射，由于磁场的改变可以连续变化，所以产生的“磁轫致辐射”具有连续谱分布。
3. 人工γ源
   • 裂变装置
     反应堆作为能产生大量中子的场所，也可以产生高能光子。
     此外，在反应堆的裂变产物中，可能存在处于激发态的原子核，由于激发态不稳定，容易产生退激辐射，且这种辐射的谱分布为分立谱。
   • 高能物理实验装置
     • 中性π介子衰变（π0）
       主要通过电磁力衰变可以产生分支比为BR=0.98823的两个光子。次要可以产生3γ、1γ和一对电子、两对电子等。
     • 激光激励光子源
       通过级联和异常辐射俘获之间的受控相互作用产生GeV量级的光子。（Ultrabright GeV Photon Source via Controlled Electromagnetic Cascades in Laser-Dipole Waves）
   • 聚变装置
     除热核反应外，有很多使粒子发生“聚变”的方式。
     比如典型的氚聚变、氦3聚变等，可以作为产生高能光子的方式。
4. 其他产生光子的方式（不可作源）
   电子对效应（电子湮灭）等。
5. 自然界（宇宙中）中存在的产生光子的方式
   雷暴、太阳耀斑、脉冲星、类星体、伽马射线暴等（不详述）。

---

---

Reference

Wikipedia: "Gamma Ray"