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ガンマ線（記号γ ）は、原子核の放射性崩壊や太陽フレアなどの天文現象といった高エネルギー相互作用から生じる、透過性の高い電磁放射線の一種です。低エネルギーのガンマ線は、 X線放射線の上限と重なりますが、その発生源が異なるため区別されます。ガンマ線光子の光子エネルギーは、下限では10⁴ eVから10⁷ eVです。超高エネルギーのガンマ線は、 10¹⁴ eVを超えるエネルギーを持ちます。[ 1 ]： 12フランスの化学者で物理学者のポール・ヴィラールは、1900年にラジウムから放出される放射線を研究中にガンマ線を発見しました。1903年、アーネスト・ラザフォードは、物質に対する透過力が比較的強いことから、この放射線をガンマ線と名付けました。 1900年には、彼はすでに透過力の低い2種類の崩壊放射線（アンリ・ベクレルによって発見されたもの）を、透過力の低い順にアルファ線とベータ線と名付けていた。
放射性崩壊によるガンマ線は、10キロ電子ボルト（keV）から10メガ電子ボルト（MeV）のエネルギー範囲にあり、 [ 1 ]これは比較的長い寿命を持つ原子核の典型的なエネルギーレベルに相当します。ガンマ線のエネルギースペクトルは、ガンマ線分光法を用いて崩壊する放射性核種を識別するために使用できます。100 ～1000テラ電子ボルト（TeV）の非常に高エネルギーのガンマ線は、はくちょう座X-3マイクロクエーサーなどの天体源から観測されています。
地球上で発生するガンマ線の自然発生源は、主に放射性崩壊と、大気と宇宙線粒子との相互作用による二次放射線です。しかし、原子核への電子の作用によってガンマ線が発生する地上ガンマ線バーストなど、まれな自然発生源も存在します。注目すべき人工的なガンマ線発生源としては、原子炉などで起こる核分裂や、中性パイオン崩壊や核融合などの高エネルギー物理実験が挙げられます。
ガンマ線とX線のエネルギー範囲は電磁スペクトル上で重なり合っているため、これらの電磁波の用語は科学分野によって異なります。物理学の一部の分野では、発生源によって区別されます。ガンマ線は原子核の崩壊によって生成されるのに対し、X線は原子核の外側から発生します。天体物理学では、ガンマ線は慣習的に100 keVを超える光子エネルギーを持つものと定義され、ガンマ線天文学 の対象となっています。一方、100 keV未満の放射線はX線に分類され、 X線天文学の対象となっています。
ガンマ線は電離放射線であり、生命にとって有害です。DNAの突然変異、癌、腫瘍を引き起こす可能性があり、高線量では火傷や放射線障害を引き起こします。透過力が高いため、骨髄や内臓を損傷する可能性があります。アルファ線やベータ線とは異なり、多くの一般的な物質を容易に透過するため、鉛やコンクリートなどの高密度物質で作られた遮蔽材が必要となるなど、放射線防護において非常に大きな課題となっています。地球上では、磁気圏がガンマ線以外のほとんどの種類の致死的な宇宙放射線から生命を守っています。
最初に発見されたガンマ線源は、ガンマ崩壊と呼ばれる放射性崩壊過程でした。このタイプの崩壊では、励起された原子核が生成されると同時にガンマ線を放出します。フランスの化学者で物理学者のポール・ヴィラールは、1900年にラジウムから放出される放射線を研究している際にガンマ線を発見しました。ヴィラールは、自分が記述した放射線が、それまで記述されていたラジウムからの放射線（ 1896年にアンリ・ベクレルが「放射能」として初めて言及したベータ線や、1899年にラザフォードが透過力の弱い放射線として発見したアルファ線など）よりも強力であることを認識していました。しかし、ヴィラールはそれらを別の基本的なタイプとして命名することは考えませんでした。[ 2 ] [ 3 ]その後、1903年に、ヴィラールの放射線は、アーネスト・ラザフォードによって、それまで命名されていた光線とは根本的に異なるタイプであると認識され、ラザフォードは、1899年に区別したベータ線とアルファ線になぞらえて、ヴィラールの光線を「ガンマ線」と名付けました。[ 4 ]放射性元素から放出される「光線」は、ギリシャ文字の最初の3文字を使用して、さまざまな物質を透過する力の順に命名されました。アルファ線が最も透過力が低く、次にベータ線、そして最も透過力が高いガンマ線です。ラザフォードはまた、ガンマ線は磁場によって偏向されない（または少なくとも容易に偏向されない）ことにも注目しました。これは、ガンマ線がアルファ線やベータ線と異なるもう1つの特性です。
ガンマ線は当初、アルファ線やベータ線のように質量を持つ粒子だと考えられていました。ラザフォードは当初、ガンマ線は非常に高速なベータ粒子かもしれないと考えていましたが、磁場によって偏向されないことから、電荷を持たないことが示されました。1914年、ガンマ線が結晶表面から反射されることが観測され、ガンマ線が電磁放射線であることが証明されました。[ 5 ]ラザフォードと彼の同僚エドワード・アンドラーデは、ラジウムからのガンマ線の波長を測定し、ガンマ線がX線に似ているが、波長が短く、したがって周波数が高いことを発見しました。このことは、後者の用語が一般的に受け入れられるようになるやいなや、ガンマ線が光子あたりのエネルギーが大きいことを意味すると認識されました。その後、ガンマ崩壊は通常ガンマ光子を放出することが理解されました。
地球上のガンマ線の自然発生源には、カリウム40などの天然放射性同位体からのガンマ崩壊や、宇宙線粒子とのさまざまな大気相互作用からの二次放射線などがあります。ガンマ線を生成する自然の地上発生源には、自然の高エネルギー電圧から高エネルギー放射を生成する落雷や地上ガンマ線フラッシュなどがあります。 [ 6 ]ガンマ線は、非常に高エネルギーの電子が生成される多くの天文学的プロセスによって生成されます。このような電子は、制動放射、逆コンプトン散乱、シンクロトロン放射のメカニズムによって二次ガンマ線を生成します。このような天文学的ガンマ線の大部分は、地球の大気によって遮蔽されます。注目すべき人工ガンマ線の発生源には、原子炉で発生するような核分裂や、中性パイオン崩壊や核融合などの高エネルギー物理実験などがあります。
照射や画像撮影に用いられるガンマ線放出物質のサンプルは、ガンマ線源と呼ばれます。放射性線源、同位体線源、放射線源とも呼ばれますが、これらのより一般的な用語はアルファ線やベータ線を放出する装置にも適用されます。ガンマ線源は通常、放射性汚染を防ぐために密封され、厳重な遮蔽材で輸送されます。
ガンマ線はガンマ崩壊の際に生成されます。ガンマ崩壊は通常、アルファ崩壊やベータ崩壊などの他の崩壊の後に起こります。放射性原子核は、 α粒子またはβ粒子を放出して崩壊することがあります。その結果生じる娘核は通常、励起状態になります。その後、ガンマ線光子を放出してより低いエネルギー状態に崩壊することがあり、この過程をガンマ崩壊と呼びます。
励起された原子核からのガンマ線の放出には、通常 10⁻¹² 秒しかかかりません。ガンマ崩壊は、中性子捕獲、核分裂、核融合などの核反応に続いて起こることもあります。ガンマ崩壊は、これらの状態が核スピンの必要な成分を持っている限り、ベータ崩壊などの他のタイプの放射性崩壊に続いて、原子核の多くの励起状態の緩和モードでもあります。高エネルギーのガンマ線、電子、または陽子が物質に衝突すると、励起された原子は、衝突された原子の励起核状態の生成によって生じる特徴的な「二次」ガンマ線を放出します。このような遷移は、核ガンマ蛍光の一種であり、原子核物理学ではガンマ分光法と呼ばれるトピックを形成します。蛍光ガンマ線の生成は、放射性ガンマ崩壊の急速なサブタイプです。
ベータ粒子やその他の励起状態の放出後に生じる励起核状態は、場合によっては平均よりも安定しており、崩壊に平均の10⁻¹²秒よりも（少なくとも）100～1000倍の時間がかかる場合、準安定励起状態と呼ばれます。このような比較的長寿命の励起核は核異性体と呼ばれ、その崩壊は異性体遷移と呼ばれます。このような核は半減期が測定しやすく、まれな核異性体はガンマ線を放出する前に、数分、数時間、数日、あるいは場合によってははるかに長い時間、励起状態にとどまることができます。したがって、異性体遷移の過程はガンマ線放出と似ていますが、核の中間準安定励起状態が関与するという点で異なります。準安定状態はしばしば高い核スピンによって特徴づけられ、ガンマ崩壊では10⁻¹²秒で起こる単一単位の遷移ではなく、数単位以上のスピン変化が必要となります。ガンマ崩壊の速度は、原子核の励起エネルギーが小さい場合にも遅くなる。[ 7 ]
あらゆる種類の励起状態から放出されたガンマ線は、そのエネルギーを直接電子に伝達する可能性があるが、最も可能性が高いのは原子のK殻電子のいずれかに伝達し、その電子を原子から放出させる。この過程は一般に光電効果と呼ばれる（外部ガンマ線や紫外線もこの効果を引き起こす可能性がある）。光電効果は、内部転換過程と混同してはならない。内部転換過程では、ガンマ線光子は中間粒子として生成されない（むしろ、「仮想ガンマ線」が過程を媒介すると考えられる）。
放射性核種の崩壊によるガンマ線生成の一例として、添付の図に示すコバルト60の崩壊スキームが挙げられる。まず、60Coは励起状態の60に崩壊するの電子のベータ崩壊放出によるNi0.31 MeV 。その後、励起された60Ni は、1.17 MeV のガンマ線を連続して放出することにより、基底状態に崩壊します (核殻モデルを参照)。1.33 MeV。この経路は99.88%の確率でたどられます。
別の例としては、 241のアルファ崩壊が挙げられる。フォーム237へNp ; ガンマ線放出が続く。場合によっては、娘核のガンマ線放出スペクトルは非常に単純である (例60Co / 60Ni ) の場合、他のケースでは、( 241 )の場合Am / 237Npと192Ir / 192Pt ) のガンマ線放出スペクトルは複雑であり、一連の核エネルギー準位が存在することを示している。
ガンマ線は素粒子物理学の多くの過程で生成されます。通常、ガンマ線は電磁相互作用（弱い相互作用や強い相互作用ではなく）によって崩壊する中性系の生成物です。例えば、電子と陽電子の対消滅では、通常、2つのガンマ線光子が生成されます。対消滅する電子と陽電子が静止している場合、生成されるガンマ線はそれぞれ約511 keVのエネルギーと約100 kHzの周波数を持ちます。1.24 × 10 20 Hz。逆に、1022 keV を超えるガンマ線は、電子と陽電子の対生成を介して原子核と相互作用することができます。 [ 8 ]同様に、中性パイ中間子は、ほとんどの場合、2 つの光子に崩壊します。他の多くのハドロンや質量のあるボソンも電磁的に崩壊します。大型ハドロン衝突型加速器などの高エネルギー物理実験では、それに応じて相当な放射線遮蔽が採用されています。[ 9 ]素粒子は、ほとんどの場合、原子核よりもはるかに短い波長を持つため、素粒子物理学のガンマ線は、一般的に、原子核崩壊ガンマ線よりも数桁高いエネルギーを持っています。ガンマ線は、エネルギーの観点から電磁スペクトルの最上位にあるため、すべての極めて高エネルギーの光子はガンマ線です。たとえば、プランクエネルギーを持つ光子はガンマ線になります。
天文学におけるガンマ線の中には、ガンマ崩壊から生じることが知られているものもある（SN1987Aに関する議論を参照）が、ほとんどはそうではない。
天体物理学的発生源から放出される、ガンマ線領域のエネルギーを持つ光子は、しばしば明示的にガンマ線と呼ばれます。ガンマ線は、核からの放出に加えて、素粒子や素粒子と光子の相互作用によっても生成されることが多く、これには電子・陽電子対消滅、中性パイオン崩壊、制動放射、逆コンプトン散乱、シンクロトロン放射などが含まれます。
2017年10月、ヨーロッパの様々な大学の科学者たちが、カスケードと異常放射トラッピングの制御された相互作用を通して、レーザーを励起器として使用してGeV光子を生成する方法を提案した。[ 10 ]
雷雨は、地上ガンマ線フラッシュと呼ばれる短いガンマ線パルスを発生させることがあります。これらのガンマ線は、高強度の静電場が電子を加速し、その後、電子が大気中の原子と衝突して減速される際に制動放射によってガンマ線を発生させると考えられています。地上の雷雨からは最大 100 MeV のガンマ線が放出される可能性があり、これは宇宙搭載の観測所によって発見されました。このことから、雷雲の中や近くを飛行する航空機の乗客や乗務員に健康上のリスクが生じる可能性が示唆されます。[ 11 ]
最も激しい太陽フレアは、γ線を含む電磁スペクトル全体にわたって放射する。最初の確実な観測は1972年に行われた。[ 12 ]
地球外の高エネルギーガンマ線には、宇宙線（高速電子または陽子）が通常の物質と衝突して511 keVの電子対生成ガンマ線を生成する際に生じるガンマ線背景放射が含まれます。また、宇宙線電子が十分に高い原子番号の原子核と相互作用する際に、数十 MeV以上のエネルギーで制動放射が発生します（例として、この記事の末尾にある月のガンマ線画像を参照してください）。
ガンマ線空（右の図を参照）は、天の川銀河内のパルサーから放出される、より一般的で長期にわたるガンマ線の生成が支配的です。その他の天空からのガンマ線源は、主にクエーサーです。パルサーは、磁場によって集束された放射線ビームを生成する中性子星と考えられており、クエーサーや、より稀なガンマ線バースト源に比べて、エネルギーははるかに低く、より一般的で、はるかに近い源（通常は我々の銀河内でのみ見られる）です。パルサーは、相対論的速度の荷電粒子の集束ビームを生成する比較的長寿命の磁場を持ち、これらの粒子が近くの媒質中のガスや塵に衝突して減速されると、ガンマ線（制動放射）を放出します。これは、メガボルト放射線治療装置で高エネルギー光子を生成するメカニズムと似ています（制動放射を参照）。逆コンプトン散乱とは、荷電粒子（通常は電子）が低エネルギー光子にエネルギーを与え、より高エネルギーの光子へと増幅させる現象である。このような光子が相対論的荷電粒子ビームに及ぼす影響は、ガンマ線生成のもう一つの可能性のあるメカニズムである。非常に強い磁場を持つ中性子星（マグネター）は、天文学的な軟ガンマ線リピーターを生成すると考えられており、ガンマ線放射の比較的長寿命な恒星由来の発生源の一つである。
非常に遠方のクエーサーや、より近い活動銀河から放出される強力なガンマ線は、粒子加速器に似たガンマ線生成源を持つと考えられています。クエーサーによって生成された高エネルギー電子が、逆コンプトン散乱、シンクロトロン放射、または制動放射を受けることで、これらの天体から放出されるガンマ線の発生源となる可能性が高いと考えられています。このような銀河の中心にある超大質量ブラックホールが、断続的に恒星を破壊し、その結果生じた荷電粒子を回転極から放出されるビームに集束させるエネルギー源となっていると考えられています。これらのビームがガス、塵、および低エネルギー光子と相互作用すると、X線とガンマ線が生成されます。これらのガンマ線源は数週間周期で変動することが知られており、その大きさが比較的小さい（数光週未満）ことを示唆しています。このようなガンマ線とX線源は、天の川銀河の外で最も一般的な高強度の天体です。クエーサーは（図参照）断続的に輝くのではなく、ガンマ線望遠鏡で観測すると比較的連続的に輝きます。典型的なクエーサーの出力は約10⁴⁰ワットで、そのうちガンマ線はごくわずかです。残りの大部分は、電波を含むあらゆる周波数の電磁波として放出されます。
最も強力なガンマ線源は、現在知られているあらゆる種類の電磁放射線の中で最も強力な源でもあります。これらは天文学における「長時間バースト」ガンマ線源（この文脈での「長時間」とは、数十秒を意味します）であり、上述の源に比べると稀です。対照的に、超新星とは関係のない2秒以下の「短時間」ガンマ線バーストは、中性子星のペア、または中性子星とブラックホールの衝突時にガンマ線を生成すると考えられています。[ 13 ]
いわゆる長時間ガンマ線バーストは、わずか20〜40秒の間に約10⁴⁴ジュール（太陽が一生涯で放出するエネルギーに匹敵する）の総エネルギーを放出します。ガンマ線は総エネルギーの約50%を占めます。これらの既知の中で最も強度の高い放射線ビームの生成メカニズムに関する有力な仮説は、高エネルギー荷電粒子からの逆コンプトン散乱とシンクロトロン放射です。これらのプロセスは、超新星爆発中に新たに形成されたブラックホールの事象の地平線の領域から相対論的荷電粒子が離れるときに発生します。相対論的速度で移動する粒子のビームは、爆発するハイパーノバの磁場によって数十秒間集束されます。ハイパーノバの核融合爆発がプロセスのエネルギーを駆動します。狭い範囲に照射されたビームがたまたま地球に向けられた場合、ガンマ線周波数で非常に強い光を放つため、可視宇宙の端に近い100億光年もの距離でも検出できる。
ガンマ線は透過性が高いため、生細胞に害を及ぼさないレベルまで低減するには、大量の遮蔽材が必要となります。これは、紙や皮膚で遮蔽できるアルファ粒子や、薄いアルミニウムで遮蔽できるベータ粒子とは対照的です。ガンマ線は、原子番号（Z）が高く密度が高い物質によって最もよく吸収され、これが全体の阻止力に寄与します。このため、鉛（高Z ）遮蔽材は、アルミニウム、コンクリート、水、土壌などの低Z遮蔽材と同質量の場合よりも、ガンマ線遮蔽材として20～30%優れています。鉛の主な利点は、軽量であることではなく、密度が高いためコンパクトであることです。防護服、ゴーグル、呼吸器は、アルファ粒子やベータ粒子の内部接触や摂取から身を守ることができますが、外部からのガンマ線放射線からは身を守ることはできません。
ガンマ線のエネルギーが高いほど、同じ遮蔽材で作られた遮蔽板は厚くする必要があります。ガンマ線を遮蔽する材料は、通常、ガンマ線の強度を半分に減らすのに必要な厚さ（半価層、またはHVL）で測定されます。たとえば、ガンマ線の強度を50%減らすのに 1cm（0.4 インチ）の鉛が必要な場合、 4.1cmの花崗岩、6cm （2.5 インチ）のコンクリート、または9cm （3.5 インチ）の圧縮土でも強度は半分になります。ただし、これだけの量のコンクリートや土の質量は、同じ吸収能力を持つ鉛の質量よりもわずか20～30%大きいだけです。
劣化ウランは、鉛と比較して半価層が小さい（一般的なガンマ線源、すなわちイリジウム192とコバルト60の場合、厚さの約0.6倍）[14]こと、およびタングステンと比較して安価であること[15]から、携帯型ガンマ線源の遮蔽材として使用されることがある。
原子力発電所では、圧力容器や粒子格納容器内の鋼鉄とコンクリートが遮蔽材として機能し、一方、水は燃料棒の貯蔵中や原子炉炉心への輸送中に放射線遮蔽の役割を果たします。水が失われたり、高温の燃料集合体が空気中に放出されたりすると、水中に保管されている場合よりもはるかに高い放射線レベルが発生します。
ガンマ線が物質を通過する際、吸収される確率は、層の厚さ、物質の密度、および物質の吸収断面積に比例します。全吸収量は、入射面からの距離とともに指数関数的に減少します。
ここで、xは入射面からの材料の厚さ、μ= nσは吸収係数（cm⁻¹で測定）、nは材料の1cm³あたりの原子数（原子密度）、σは吸収断面積（cm² ）である。[ 16 ]： 280
ガンマ線は物質を通過する際に、いくつかの異なるプロセスを経て電離します。[ 16 ]
これら3つの過程のいずれにおいても生成される二次電子（および／または陽電子）は、それ自体で大きな電離を引き起こすのに十分なエネルギーを持っていることが多い。
遠方のクエーサーから飛来する高エネルギー（80 GeV ～ 10 TeV ）ガンマ線は、宇宙の銀河系外背景光を推定するために利用される。エネルギーの高いガンマ線は背景光光子とより容易に相互作用するため、入射ガンマ線スペクトルを解析することで背景光の密度を推定できる。[ 17 ] [ 18 ]
ガンマ線分光法は、原子核におけるエネルギー遷移の研究であり、これは一般的にガンマ線の吸収または放出と関連付けられています。光学分光法（フランク・コンドン効果を参照）と同様に、ガンマ線のエネルギーが原子核内のエネルギー遷移のエネルギーと同じ場合、原子核によるガンマ線の吸収は特に起こりやすくなります（すなわち、「共鳴」ピークが現れます）。ガンマ線の場合、このような共鳴はメスバウアー分光法で観測されます。メスバウアー効果では、原子核を結晶中に物理的に固定することで、原子核ガンマ線吸収の狭い共鳴吸収を効果的に得ることができます。ガンマ線共鳴相互作用の両端で原子核を固定する必要があるのは、ガンマ線エネルギーがガンマ線遷移の放出側または吸収側の反跳原子核の運動エネルギーに失われないようにするためです。このようなエネルギー損失があると、ガンマ線共鳴吸収は失敗します。しかし、放出されるガンマ線が、それを生成する原子核の脱励起エネルギーのほぼすべてを運ぶ場合、このエネルギーは、同じ種類の2番目の固定された原子核を同じエネルギー状態に励起するのにも十分である。
ガンマ線は宇宙で最もエネルギーの高い現象に関する情報を提供しますが、その大部分は地球の大気に吸収されてしまいます。フェルミガンマ線宇宙望遠鏡のような高高度気球や人工衛星に搭載された観測機器は、ガンマ線で宇宙を観測できる唯一の手段です。
ガンマ線照射による分子変化は、半貴石の特性を変えるためにも利用でき、ホワイトトパーズをブルートパーズに変えるためによく用いられる。
非接触式の工業用センサーは、精製、鉱業、化学、食品、石鹸・洗剤、パルプ・製紙産業において、液面レベル、密度、厚さの測定にガンマ線源を一般的に使用しています。[ 19 ]ガンマ線センサーは、水産業や石油産業における液面レベルの測定にも使用されています。[ 20 ]通常、これらのセンサーは放射線源としてCo-60またはCs-137同位体を使用しています。
米国では、コンテナセキュリティイニシアチブ（CSI）の一環として、ガンマ線検出器の使用が始まっている。これらの装置は、1時間に30個のコンテナをスキャンできると宣伝されている。
ガンマ線は、照射と呼ばれるプロセスで生物を死滅させるためによく用いられます。その用途としては、医療機器の滅菌（オートクレーブや化学的方法の代替として）、多くの食品から腐敗の原因となる細菌を除去すること、果物や野菜の発芽を防ぎ鮮度と風味を維持することなどが挙げられます。
ガンマ線は発がん性があるにもかかわらず、がん細胞を死滅させる効果があるため、一部のがんの治療にも用いられています。ガンマナイフ手術と呼ばれる治療法では、がん細胞を死滅させるために、複数の集中したガンマ線ビームを腫瘍に照射します。ビームは様々な角度から照射され、周囲の組織への損傷を最小限に抑えつつ、腫瘍に放射線を集中させます。
ガンマ線は、核医学の画像診断技術においても診断目的で使用されます。ガンマ線を放出する放射性同位体は数多く存在します。例えば、PETスキャンでは、フルオロデオキシグルコースと呼ばれる放射性標識糖が陽電子を放出し、それが電子と対消滅することでガンマ線対が生成されます。がんは周囲の組織よりも代謝率が高いことが多いため、このガンマ線によってがんが強調されます。医療用途で最も一般的に使用されるガンマ線放出体は、診断用X線と同じエネルギー範囲のガンマ線を放出する核異性体テクネチウム-99mです。この放射性核種トレーサーを患者に投与すると、ガンマカメラを使用して放出されたガンマ線を検出することで、放射性同位体の分布の画像を作成できます（SPECTも参照）。トレーサーで標識された分子に応じて、このような技術は幅広い疾患の診断に利用できます（例えば、骨シンチグラフィーによる骨へのがんの転移など）。
ガンマ線は細胞レベルで損傷を引き起こし、透過性が高いため、全身に広範囲にわたる損傷を与える。しかし、透過性の低いアルファ粒子やベータ粒子に比べると、電離作用は弱い。
低レベルのガンマ線は確率的な健康リスクを引き起こし、放射線量評価においては、がん誘発および遺伝子損傷の確率として定義されます。国際放射線防護委員会は、「約100 mSv以下の低線量域では、関連する臓器および組織における等価線量の増加に正比例してがんまたは遺伝性影響の発生率が上昇すると仮定することは科学的に妥当である」と述べています[ 21 ]： 51 （mSvはミリシーベルトの単位です）。高線量は確定的影響、すなわち確実に発生する急性組織損傷の重症度を引き起こします。これらの影響は、グレイ（Gy）単位で測定される吸収線量という物理量と比較されます[ 21 ]： 61
ガンマ線がDNA分子を破壊すると、細胞は一定の範囲内で損傷した遺伝物質を修復できる可能性がある。しかし、ロスカムとロブリッヒによるX線放射線に関する研究では、この修復プロセスは高線量被曝後にはうまく機能するが、低線量被曝の場合ははるかに遅いことが示されている。[ 22 ]
研究では、低線量のガンマ線照射でも癌を引き起こす可能性があることが示されています。[ 23 ]マウスの研究では、ヒトに関連する低線量のガンマ線照射が行われ、連続低線量ガンマ線照射後45日後に遺伝毒性効果が認められ、照射された動物の血液細胞において染色体損傷、DNA損傷、表現型変異が有意に増加し、3種類の遺伝毒性活性が認められました。[ 23 ]別の研究では、ラットに最大10 Gyの急性電離ガンマ線照射の影響を調べたところ、急性酸化タンパク質損傷、DNA損傷、心筋トロポニンTカルボニル化、長期心筋症が認められました。[ 24 ]
英国における自然ガンマ線は、平均放射線量の約13%を占めています。[ 25 ]ガンマ線への自然被ばくは年間約1～2mSvで、米国では住民1人当たりの年間平均放射線総量は3.6mSvです。[ 26 ]使用済み弾薬から劣化ウランの微粒子が人体に侵入した場合、自然ガンマ線の影響が増大するため、その周囲の線量がわずかに増加する可能性があります。 [ 27 ]
それに比べて、胸部レントゲン撮影による放射線量（約0.06 mSv）は、年間自然発生バックグラウンド放射線量のほんの一部です。[ 28 ]胸部CTでは5～8 mSvの放射線が照射されます。全身PET /CTスキャンでは、プロトコルによって14～32 mSvの放射線が照射されることがあります。[ 29 ]胃の透視検査による放射線量ははるかに高く、約50 mSv（年間バックグラウンド放射線量の14倍）です。
1 Sv (1000 mSv) または 1 Gy の急性全身等価単回被ばく線量では、吐き気や嘔吐などの軽度の急性放射線障害の症状が現れます。2.0～3.5 Sv (2.0～3.5 Gy) の線量では、吐き気、下痢、脱毛、出血、感染症に対する抵抗力の低下などのより重篤な症状が現れ、医療処置を受けなければ、かなりの数の症例（約 10% ～ 35%）で死亡します。3～5 Sv (3～5 Gy) の線量は、標準的な医療処置を受けた場合でも、急性放射線被ばくのLD 50 (被ばく人口の 50% に対する致死量) とほぼ考えられています。[ 30 ] [ 31 ] 5 Sv (5 Gy) を超える線量では、死亡率が 50% を超える可能性が高まります。全身に7.5～10 Sv（7.5～10 Gy）を超える線量が照射されると、骨髄移植などの特別な治療を行っても、被曝した人の死亡を防ぐことはできません（放射線中毒を参照）。[ 32 ] （ただし、放射線治療の過程で、これよりもはるかに大きな線量が体の特定の部位に照射されることがあります。）
例えば、平均年間放射線量が 19 mSv である原子力作業員のような低線量被ばくの場合、癌（白血病 を除く）による死亡リスクは2% 増加します。100 mSv の線量では、リスク増加は 10% です。これに対し、広島と長崎の原爆被爆生存者では、癌による死亡リスクが 32% 増加しました。[ 33 ]
以下の表は、SI単位系と非SI単位系における放射線量を示しています。
乾燥空気中のガンマ線およびX線の電離作用の尺度は、被ばく量と呼ばれ、1928年からはレントゲンという旧来の単位が用いられていました。これは現在ではカーマに置き換えられており、主に機器の校正目的で使用されていますが、被ばく線量効果の測定には使用されていません。ガンマ線およびその他の電離放射線が生体組織に及ぼす影響は、空気の電離よりも組織に沈着するエネルギー量とより密接に関係しており、放射線防護のための代替放射線測定単位および量が1953年以降に定義および開発されてきました。これらは以下のとおりです。
X線とガンマ線の従来の区別は、時間の経過とともに変化してきました。当初、X線管から放出される電磁放射線は、放射性原子核から放出される放射線（ガンマ線）よりも波長が長いことがほとんどでした。[ 35 ]古い文献では、波長に基づいてX線とガンマ線を区別しており、10⁻¹¹ mなどの任意の波長よりも短い放射線をガンマ線と定義していました。[ 36 ]光子のエネルギーは周波数に比例し、波長に反比例するため、X線とガンマ線のこの過去の区別は、エネルギーの観点からも考えることができ、ガンマ線はX線よりもエネルギーの高い電磁放射線であると考えられています。
しかし、現在の人工光源は原子核から発生するあらゆる電磁放射線を再現できるだけでなく、はるかに高いエネルギーも再現できるため、放射性ガンマ線源と他の種類の放射線源の特性波長は完全に重なり合っています。そのため、ガンマ線は通常、その発生源によって区別されます。X線は定義上、原子核の外にある電子から放出されますが、ガンマ線は原子核から放出されます。[ 35 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]この慣例の例外は天文学にあり、ガンマ崩壊は特定の超新星の残光で見られますが、放射性崩壊以外の放射線源が関与することが知られている高エネルギー過程からの放射線は、依然としてガンマ線として分類されます。
例えば、がんのメガボルト治療に用いられるリニアアクセラレータによって生成される現代の高エネルギーX線は、核ガンマ崩壊によって生成される従来のガンマ線よりもエネルギーが高い（4～25 MeV）場合が多い。診断用核医学で最も一般的に使用されるガンマ線放出同位体の1つであるテクネチウム99mは、診断用X線装置によって生成されるガンマ線と同じエネルギー（140 keV）のガンマ線を生成するが、リニア粒子加速器からの治療用光子よりはエネルギーがかなり低い。今日の医療界では、核崩壊によって生成される放射線のみが「ガンマ」放射線と呼ばれるという慣習が依然として尊重されている。
エネルギー範囲にこのような大きな重複があるため、物理学では、2 種類の電磁放射は現在、その起源によって定義されることが多い。X 線は電子によって放出される (原子核の外側の軌道にあるか、または制動放射型の放射を生成するために加速されている) のに対し、[ 40 ]ガンマ線は原子核から、または他の粒子の崩壊や消滅イベントによって放出される。核反応によって生成される光子のエネルギーには下限がなく、したがって、これらのプロセスによって生成される紫外線またはそれより低いエネルギーの光子も「ガンマ線」と定義される (実際、これは極めて低エネルギーの異性体229m Thの異性体遷移で起こる)。[ 41 ]今でも普遍的に尊重されている唯一の命名規則は、原子核起源であることがわかっている電磁放射は常に「ガンマ線」と呼ばれ、決して X 線とは呼ばれないという規則である。しかし、物理学や天文学においては、その逆の慣習（すべてのガンマ線は核起源であると考えられる）はしばしば破られる。
天文学では、高エネルギーのガンマ線とX線はエネルギーによって定義されます。なぜなら、それらを生成するプロセスは不確実であり、必要な天体検出器は発生源ではなく光子エネルギーによって決定されるからです。[ 42 ]自然界には、核崩壊以外のプロセスによって生成されることが知られている高エネルギー光子が存在しますが、それでもガンマ線と呼ばれています。例としては、10～20 MeVの雷放電からの「ガンマ線」があり、これは制動放射機構によって生成されることが知られています。
もう1つの例はガンマ線バーストで、これは放射性崩壊を起こしている原子の単純な集合体では説明できないほど強力なプロセスから生成されることが現在では知られています。これは、天文学的プロセスで生成されるガンマ線の多くが放射性崩壊や粒子消滅ではなく、X線に似た非放射性プロセスから生じるという一般的な認識の一部です。天文学のガンマ線は非放射性イベントから発生することが多いですが、天文学のガンマ線の中には、原子核のガンマ崩壊から発生することが具体的に知られているものもあります（スペクトルと放出半減期によって証明されています）。古典的な例は超新星SN 1987Aで、新たに生成された放射性ニッケル56とコバルト56の崩壊からガンマ線光子の「残光」を放出します。しかし、天文学のガンマ線のほとんどは、他のメカニズムによって発生します。
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