伽馬射線，是的貫通形式的電磁輻射從所述產生的放射性衰變的原子核。它由最短波長的電磁波組成，因此可以提供最高的光子能量。保羅維拉爾，法國化學家和物理學家，1900年發現的伽瑪輻射，同時研究輻射發射的鐳。1903年，歐內斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）將該輻射伽馬射線命名為其相對強的物質穿透力;?1900年，他已經按穿透力的升序命名了兩種穿透力較小的衰減輻射類型（由Henri Becquerel發現）、α射線和β射線。

放射性衰變產生的伽瑪射線的能量范圍從幾千電子伏特（keV）到大約8兆電子伏特（?8??MeV），相當于壽命較長的原子核中的典型能級。伽馬射線的能譜可用于使用伽馬能譜鑒定衰變的放射性核素。從諸如天鵝座X-3微型星源等來源觀察到了100-1000兆電子伏特（TeV）范圍內的超高能伽馬射線。

源自地球的伽瑪射線的天然來源主要是放射性衰變和大氣與宇宙射線粒子相互作用產生的二次輻射的結果。但是，還有其他稀有的自然資源，例如地面伽馬射線閃光，它們是通過電子作用于原子核而產生伽馬射線的。伽瑪射線的著名人工來源包括裂變（例如發生在核反應堆中的裂變）和高能物理實驗（例如中性介子的衰變和核聚變）。

伽馬射線和X射線都是電磁輻射，并且由于它們在電磁光譜中重疊，因此術語在科學學科之間有所不同。在某些物理學領域，它們的來源是不同的：伽馬射線是由核衰變產生的，而在X射線的情況下，其起源是在原子核之外。在天體物理學中，伽馬射線通常被定義為具有高于100??keV的光子能量，是伽馬射線天文學的主題，而低于100 keV的輻射被歸類為X射線，并且是X射線天文學的主題。這個約定源于早期的人造X射線，其能量最高只能達到100 keV，而許多伽馬射線可以照射到更高的能量。天文學的伽馬射線大部分被地球大氣層遮擋。

伽馬射線是電離輻射，因此具有生物危害性。由于它們的高穿透力，它們會損壞骨髓和內部器官。與alpha和beta射線不同，它們容易穿過人體，因此帶來了巨大的輻射防護挑戰，需要使用高密度材料（例如鉛或混凝土）制成的屏蔽材料。

地球上伽瑪射線的天然來源包括自然發生的放射性同位素（例如40鉀）引起的伽瑪射線衰變，以及作為各種大氣與宇宙射線粒子相互作用的次級輻射。產生非核起源伽馬射線的一些罕見的陸地自然資源是雷擊和地面伽馬射線閃光，它們會通過自然高能電壓產生高能發射。伽瑪射線是通過許多天文學過程產生的，其中產生了非常高能的電子。此類電子通過ms致輻射的康普逆散射機理產生二次伽馬射線。和同步輻射。此類天文伽馬射線的很大一部分都被地球大氣層遮擋了。伽瑪射線的明顯人工來源包括裂變（例如發生在核反應堆中）以及高能物理實驗（例如中性介子的衰變和核聚變）。

用于輻射或成像的伽馬射線發射材料的樣本被稱為伽馬源。它也稱為放射源，同位素源或輻射源，盡管這些更籠統的術語也適用于發射α和β的設備。伽瑪射線源通常被密封以防止放射性污染，并以沉重的屏蔽層進行運輸。

伽瑪射線是在伽瑪衰減期間產生的，伽瑪衰減通常發生在其他形式的衰減發生之后，例如alpha或beta衰減。放射性核可以通過發射一種或者b粒子。產生的子核通常處于激發態。然后，它可以通過發射伽瑪射線光子，以稱為“伽瑪衰減”的過程衰減到較低的能量狀態。

從受激原子核發射伽馬射線通常僅需要10?^-12秒。伽瑪衰變也可能伴隨著中子捕獲，核裂變或核聚變等核反應。伽瑪衰變也是伴隨其他類型的放射性衰變（例如β衰變）而使原子核的許多激發態弛豫的一種方式，只要這些態具有核自旋的必要成分。當高能伽馬射線、電子或質子轟擊材料時，被激發的原子會發出特征性的“次級”伽馬射線，這是在被轟擊的原子中產生激發核態的產物。這種躍遷是核伽馬熒光的一種形式，形成了核物理學中稱為伽馬光譜學的一個話題。熒光伽瑪射線的形成是放射性伽瑪射線衰減的快速亞型。

在某些情況下，發出β粒子或其他類型的激發之后的激發核態可能比平均值更穩定，并且如果其衰變時間（至少）長100到1000倍，則稱為亞穩態激發態。比平均10?^-12秒?這種壽命相對較長的激發核稱為核異構體，其衰變稱為異構體躍遷。這樣的核具有半衰期它們更容易測量，并且稀有核異構體能夠在發射伽馬射線之前保持其激發態數分鐘、數小時、數天，有時甚至更長的時間。因此，異構體躍遷的過程與任何伽馬發射相似，但不同之處在于，它涉及原子核的中間亞穩態激發態。亞穩態通常以高核自旋為特征，需要隨著γ衰變而改變幾個或多個單位的自旋，而不是僅在10?^-12秒內發生的單個單位躍遷。當原子核的激發能量較小時，伽馬衰減的速率也會減??慢。

從任何類型的激發態發出的伽馬射線都可以將其能量直接轉移到任何電子，但最有可能轉移到原子的K個殼層電子之一，從而將其從該原子中排出，這一過程通常稱為光電效應。（外部伽瑪射線和紫外線也可能導致此效果）。光電效應不應與內部轉換過程混淆，在內部轉換過程中，不會產生伽馬射線光子作為中間粒子（相反，可以認為是“虛擬伽馬射線”來介導該過程）。

由于它們具有穿透性，因此伽瑪射線需要大量的屏蔽物質才能將其降低到對活細胞無害的水平，與之相反，α粒子可以被紙或皮膚阻擋，而β粒子則可以被屏蔽由薄鋁制成。伽瑪射線xxx被具有高原子序數（Z）和高密度的材料吸收，這有助于總的阻止能力。因此，鉛（高Z）屏蔽層作為伽馬屏蔽層的質量要比同等質量的另一個低Z屏蔽層高20–30％屏蔽材料，例如鋁，混凝土，水或土壤；鉛的主要優點不是重量輕，而是由于密度高而致密。防護服，護目鏡和呼吸器可防止內部接觸或攝入α或β發射顆粒，但不能保護其免受外部來源的γ輻射。

伽馬射線的能量越高，由相同屏蔽材料制成的屏蔽就越厚。用于屏蔽伽瑪射線的材料通常通過將伽瑪射線的強度減小一半（半價層或HVL）所需的厚度來測量。例如，需要1厘米（0.4英寸）鉛將其強度降低50％的伽馬射線，其強度也將降低一半，即減少4.1厘米的花崗巖巖石，6厘米（2?英寸）的混凝土或9厘米（ 3?“）堆積的土壤。但是，這種具有大量吸收能力的混凝土或土壤的質量僅比鉛的質量大20–30％。貧鈾γ射線用于便攜式伽瑪射線源的屏蔽，但是相對于所需的屏蔽來說，便攜式光源的體積很小，因此在鉛上的重量節省更大，因此屏蔽在某種程度上類似于球體。球體的體積取決于半徑的立方。因此，將半徑減小一半的源將使其體積（和重量）減小八分之一，這將足以補償鈾的更大密度（并減小體積）。在核電站中，壓力和顆粒容器中的鋼和混凝土可以提供屏蔽，而水在存儲或運輸到反應堆堆芯期間可以為燃料棒提供輻射屏蔽。與保持在水下相比，水的損失或“熱”燃料組件的排空將導致更高的輻射水平。

伽馬射線穿過物質時會通過三個過程進行電離：光電效應、康普頓散射和成對產生。

• 光電效應：這描述了一種情況，其中伽馬光子與原子電子相互作用并將其能量轉移給原子電子，從而導致該電子從原子中噴出。所得光電子的動能等于入射伽馬光子的能量減去最初將電子束縛到原子上的能量（束縛能）。對于能量低于50 keV（千電子伏特）的X射線和伽馬射線光子，光電效應是主要的能量傳遞機制，但在更高的能量下，光電效應的重要性要小得多。
• 康普頓散射：這是一種相互作用，其中入射的伽馬光子將足夠的能量損失給原子電子以引起其噴射，而原始光子能量的其余部分作為新的，較低能的伽馬光子發射，其發射方向與入射伽馬光子，因此稱為“散射”。康普頓散射的可能性隨著光子能量的增加而降低。康普頓散射被認為是中等能量范圍（100 keV至10 MeV）內伽馬射線的主要吸收機制。康普頓散射相對獨立于吸收材料的原子序數，這就是為什么非常重的材料（如鉛）在重量上僅適度更好的屏蔽層的原因?根據，比不那么密集的材料。
• 成對產生：伽馬能量超過1.02 MeV時，這才有可能實現，當能量超過5 MeV時，它作為吸收機制變得很重要。通過與原子核電場的相互作用，入射光子的能量被轉換為電子-正電子對的質量。超過兩個粒子的等效靜止質量（總計至少1.02 MeV）的任何伽馬能量都將以該對的動能和發射核的后坐力形式出現。在正電子范圍的盡頭，它與自由電子結合，然后將兩個two滅，然后將這兩個的整個質量轉換為兩個至少具有0.51 MeV能量（或根據被particles滅的粒子的動能更高）的伽馬光子。

在這三個過程中的任何一個過程中產生的二次電子（和/或正電子）通常具有足夠的能量以自身產生大量的電離。

此外，伽馬射線，特別是高能射線，可以與原子核相互作用，導致在光解或某些情況下甚至在核裂變（光裂變）中射出粒子。

來自遙遠類星體的高能（從80 GeV到?10?TeV）伽瑪射線用于估算宇宙中的河外背景光：最高能量的射線與背景光子的相互作用更容易，因此，可以通過分析入射的伽馬射線光譜來估計背景光。^?

伽馬能譜是對原子核中能量躍遷的研究，通常與γ射線的吸收或發射有關。如在光學光譜學中（見弗蘭克-康登效應），當伽馬射線的能量與能量在躍遷中的能量相同時，原子核對伽馬射線的吸收特別可能（即“共振”中的峰）。核。在伽馬射線的情況下，這種共振在穆斯堡爾光譜技術中可見。在莫斯鮑爾效應中通過將原子核物理固定在晶體中，可以成功地實現對核γ吸收的窄共振吸收。需要將核固定在γ共振相互作用的兩端，以便在γ躍遷的發射端或吸收端，沒有γ能量損失到反沖的動能中。這種能量損失導致伽馬射線共振吸收失敗。但是，當所發射的伽馬射線基本上攜帶產生該射線的原子核去激勵的所有能量時，該能量也足以在相同類型的第二固定核中激發相同的能態。

伽瑪射線提供有關宇宙中一些最活躍的現象的信息；但是，它們很大程度上被地球的大氣吸收。諸如費米伽馬射線太空望遠鏡之類的高空氣球和衛星任務上的儀器提供了我們對伽馬射線的xxx觀測。

伽馬射線誘導的分子變化也可以用來改變半寶石的性質，并且經常用于將白色托帕石變成藍色托帕石。

非接觸式工業傳感器通常在精煉、采礦、化學、食品、肥皂和洗滌劑以及紙漿和造紙工業中使用伽馬輻射源來測量液位、密度和厚度。伽馬射線傳感器還用于測量水和石油工業中的液位。通常，這些使用Co-60或Cs-137同位素作為輻射源。

伽瑪射線通常被用來殺死生物，這一過程稱為放射線。其應用包括對醫療設備進行滅菌（作為高壓滅菌器或化學方法的替代品），從許多食品中去除引起腐爛的細菌以及防止水果和蔬菜發芽以保持新鮮度和風味。

盡管伽馬射線具有致癌特性，但它們也可用于治療某些類型的癌癥，因為伽馬射線還可以殺死癌細胞。在稱為伽瑪刀手術的程序中，將多個集中的伽瑪射線束引向生長，以殺死癌細胞。從不同角度瞄準光束，以將輻射集中在生長物上，同時xxx程度地減少對周圍組織的損害。

伽瑪射線還用于成像技術中的核醫學診斷目的。使用了許多不同的發射伽馬射線的放射性同位素。例如，在PET掃描中，一種放射性標記的糖（稱為氟氧葡萄糖）發出正電子，該正電子被電子electron滅，產生伽瑪射線對，突顯癌癥，因為該癌癥的代謝率通常高于周圍組織。醫療應用中最常用的伽馬發射器是核異構體?tech 99m，它發射與診斷X射線相同能量范圍的伽馬射線。將這種放射性核素示蹤劑施用于患者時，會使用伽馬相機可以通過檢測發射的伽馬射線來形成放射性同位素分布的圖像。取決于使用示蹤劑標記的分子，可以使用此類技術來診斷各種疾病（例如，通過骨掃描將癌癥擴散到骨骼）。

X射線和伽馬射線之間的常規區別已隨時間而改變。最初，X射線管發射的電磁輻射幾乎總是比放射性核發射的輻射（伽瑪射線）具有更長的波長。較早的文獻根據波長區分X射線和伽馬射線，其輻射短于某些任意波長（例如10?^-11?m，被定義為伽馬射線）。由于光子的能量與頻率成正比，與波長成反比，因此過去對X射線的區分?伽馬射線的能量也可以被考慮，伽馬射線被認為比X射線具有更高的能量電磁輻射。

但是，由于當前的人工源現在能夠復制源自原子核的任何電磁輻射以及更高的能量，因此與其他類型的放射源相比，放射性伽馬射線源的特征波長現已完全重疊。因此，伽馬射線現在通常通過它們的來源來區分：X射線是由原子核外部的電子按定義發出的，而伽馬射線是由原子核發出的。^???在天文學中會發生這種慣例的例外，在某些超新星的余輝中會出現伽馬衰變，但是已知由高能過程產生的輻射仍被歸類為伽馬輻射，其中高能過程的輻射還涉及放射性衰變以外的其他輻射源。

例如，由線性加速器產生的用于癌癥中兆伏電壓治療的現代高能X射線通常比由核伽馬衰變產生的大多數經典伽馬射線具有更高的能量（4至25 MeV）。一個在診斷中最常用的發射γ射線的同位素的核醫學，锝-99m，產生相同的能量（140千電子伏），其由診斷X射線機產生的γ輻射，但比治療顯著較低能量的光子從線性粒子加速器。在當今的醫學界，仍然遵循這樣的慣例，即由核衰變產生的輻射是xxx被稱為“伽馬”輻射的類型。

由于能量范圍的這種廣泛重疊，在物理學中，現在經常按其起源來定義兩種類型的電磁輻射：X射線是由電子發射的（或者在原子核以外的軌道中，或者在加速產生致輻射型時）輻射，而γ射線是由核或通過其它的裝置發射粒子衰變或湮滅事件。對由核反應產生的光子的能量沒有下限，因此，由這些過程產生的紫外線或較低能的光子也將被定義為“伽馬射線”。xxx仍被普遍尊重的命名慣例是這樣的規則，即已知具有原子核起源的電磁輻射始終被稱為“伽馬射線”，而不是X射線。但是，在物理學和天文學中，經常違反相反的約定（即所有伽馬射線都被認為是核起源）。

在天文學中，較高能量的伽馬射線和X射線由能量定義，因為產生它們的過程可能是不確定的，而光子能量而非起源決定了所需的天文探測器。高能光子在自然界出現，已知是由除核衰變以外的過程產生的，但仍被稱為伽馬輻射。一個例子是雷電在10到20 MeV下產生的“伽馬射線”，已知是由致輻射機制產生的。

另一個例子是伽馬射線爆發，現在已經知道它是由太強大的過程產生的，以至于無法簡單吸收經歷放射性衰變的原子。這是普遍認識到的一部分，在天文學過程中產生的許多伽瑪射線不是由放射性衰變或粒子an滅產生的，而是由類似于X射線的非放射性過程產生的。盡管天文學的伽馬射線通常來自非放射性事件，但天文學中的一些伽馬射線特別已知是由原子核的伽馬衰變產生的（通過光譜和發射半衰期證明）。一個經典的例子是超新星SN 1987A，它從新產生的放射性鎳56和鈷56的衰變中發出“余輝”的伽馬射線光子。但是，天文學中的大多數伽馬射線是由其他機制引起的。