Третья часть радиоактивного излучения — гамма-лучи — представляет собой электромагнитное излучение, распространяющееся со скоростью света. По своей природе оно подобно радиоволнам, но имеет очень малую длину волны, измеряемую ничтожными долями миллиметра; гамма-лучи близки по своим свойствам к рентгеновским лучам. Распространение гамма-лучей сопровождается ионизацией частиц среды, правда, в тысячи раз более слабой, чем при прохождении альфа-частиц. Поэтому гамма-лучи обладают наибольшей из всех видов радиоактивного излучения проникающей способностью.
Относительная проникающая способность альфа-, бета- и гамма-лучей показана на рис. 6. Радиоактивный источник, находящийся в свинцовой коробочке, испускает все три сорта радиоактивного излучения. Альфа-лучи поглощаются тонким алюминиевым листком, а бета- и гамма-лучи проходят через него без заметного ослабления. Во втором листке алюминия толщиной 3 мм бета-лучи поглощаются полностью, а гамма-лучи проходят, лишь несколько ослабляясь. Наконец, слой алюминия толщиной 120 см значительно ослабляет гамма-лучи, хотя целиком их и не поглощает.
Ослабление параллельного пучка гамма-лучей при прохождении через вещество происходит постепенно по так называемому экспоненциальному закону, как это показывает кривая (экспонента) на рис. 7. По вертикальной оси здесь отложена интенсивность гамма-лучей, то есть количество лучистой энергии, проходящей в секунду через квадратный сантиметр площадки, перпендикулярной к лучам; по горизонтальной оси отложена толщина слоя вещества. Интенсивность гамма-лучей, попадающих на поверхность вещества, принята за единицу. Из рисунка видно, что полностью поглотить гамма-лучи может, строго говоря, лишь слой бесконечно большой толщины. Слой вещества, при прохождении которого интенсивность гамма-лучей уменьшается в 2 раза, называется слоем половинного ослабления. Этим слоем, обозначенным на рис. 7 через x½, характеризуют обычно поглощающие свойства вещества по отношению к гамма-лучам.
Различные материалы поглощают гамма-лучи по-разному. На рис. 8 приведено ослабление гамма-лучей средней энергии в некоторых материалах. Для ослабления таких лучей в 10 раз необходим слой свинца толщиной 5 см, либо слой бетона в 20–30 см, либо слой земли в 50–60 см. В воздухе подобное ослабление гамма-лучи испытывают, пройдя несколько сот метров.
Гамма-лучи распространяются из радиоактивного вещества во всех направлениях, вследствие чего их интенсивность сильно уменьшается с расстоянием; при увеличении расстояния в 2 раза интенсивность уменьшится в 4 раза, при увеличении расстояния в 5 раз — в 25 раз.
Чем объясняется радиоактивность? Каково происхождение радиоактивных лучей?
В результате многолетних исследований было установлено, что радиоактивность — ядерный процесс, что испускание радиоактивных лучей является следствием сложных превращений, испытываемых ядрами атомов радиоактивных веществ. Оказалось, что ядра урана, радия, полония и других радиоактивных элементов недостаточно прочны и поэтому сами без всякого внешнего воздействия последовательно превращаются в более простые и устойчивые ядра атомов других элементов. Подобные самопроизвольные превращения ядер атомов одних элементов в ядра атомов других элементов называются радиоактивным распадом. В куске урана, например, сложные и недостаточно устойчивые ядра его атомов постепенно (то одно, то другое) самопроизвольно превращаются в несколько более прочные ядра тория, выбрасывая при этом альфа-частицу.
Подобным же образом ядра радия, испуская альфа-частицу, самопроизвольно превращаются в ядра атомов тяжелого инертного газа — радона.