How big is γ射线波长?

伽马射线是电磁辐射的一种，电磁辐射这一大家族还包括可见光和无线电波。在这个家族中，伽马射线的波长最短，携带的能量也最高。这里给出的波长是 1 皮米，大致相当于放射性钴-60 放出的伽马射线的波长。一皮米是万亿分之一米，也就是千分之一纳米。

波长

波长是指波从一个波峰到下一个波峰之间的距离。NASA 把波长短于约 10 皮米的电磁波都归为伽马射线。本站给出的 1 皮米，只有这一界限的十分之一。波越短，携带的能量就越高，因此研究伽马射线的天文学家通常改用能量来描述它们。

伽马射线与 X 射线的波长范围有重叠，两者要用不同的方法来区分。美国环境保护署按来源区分二者：伽马射线产生于原子核内部，而 X 射线来自原子核之外。天文学家则只凭能量高低来区分两者。

钴-60 原子几乎每次衰变都会放出两条伽马射线，波长分别约为 1.06 皮米和 0.93 皮米。本站给出的 1 皮米介于两者之间。

大小比较

• 氢原子约 0.1 纳米宽，相当于约 100 个这样的波长首尾相连的长度。埃是一个长度单位，等于 100 皮米，正好是这个波长的 100 倍。
• X 射线的波长范围为约 10 皮米到 10 纳米，是这条伽马射线波长的 10 到 1 万倍。
• 可见光的波长为 400–700 纳米，从紫光到红光，是这条伽马射线波长的 40 万到 70 万倍。
• 把这些波长首尾相连，大约 8000 万到 1 亿个就能达到一根人类头发的宽度。
• 如果把这条波长放大到 1 毫米，氢原子就会变成约 11 厘米宽，而一根人类头发则会有 80 到 100 千米宽。

伽马射线的来源

在宇宙中，伽马射线来自温度最高、能量最强的天体：中子星、被称为超新星的爆发恒星，以及黑洞周围的区域。其中最强烈的爆发被称为伽马射线暴，它在 10 秒内释放的能量，能超过太阳在大约 100 亿年的整个寿命里释放的能量总和。

在地球上，伽马射线来自闪电、核爆炸和放射性衰变。例如，钴-60 是核反应堆内的钢材受中子撞击后生成的，其样本每隔 5.27 年就有一半发生衰变。医院利用它放出的伽马射线进行放射治疗。

伽马射线如何被阻挡和探测

伽马射线能够完全穿透人体，并在穿行途中损伤组织和 DNA。要阻挡它们，需要几英寸厚的致密金属（例如铅），或者几英尺厚的混凝土。它们的波长极短，短到足以穿过探测器原子内部的空隙。

与可见光和 X 射线不同，伽马射线无法被镜子捕捉和反射。取而代之的是，伽马射线探测器采用致密封装的晶体块。伽马射线穿过晶体时会撞击其中的电子，这些碰撞产生的信号可以被探测器记录下来。由于地球大气会吸收来自太空的伽马射线，像 NASA 的费米望远镜这样的伽马射线望远镜，需要在轨道上工作。

参考资料

• Wavelength, Frequency, and Energy. NASA Imagine the Universe, 2013.
• Electromagnetic Spectrum: Introduction. NASA Imagine the Universe, 2013.
• Gamma Rays. NASA Science, 2023.
• Radiation Basics. U.S. Environmental Protection Agency, 2026.
• Radionuclide Basics: Cobalt-60. U.S. Environmental Protection Agency, 2026.
• Recommended Gamma-Ray Energies and Emission Probabilities. IAEA Nuclear Data Section.
• Planck Constant in eV/Hz. NIST, CODATA 2022.
• Bohr Radius. NIST, CODATA 2022.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.