γ射线与物质的相互作用机制属于全或无相互作用，不同于α、β射线的多次小相互作用，γ射线穿透物质后强度减小但能力几乎不降低，α、β射线穿透物质后强度减小，能量也降低。
γ射线，又称
γ粒子流，中文音译为伽马射线。
波长短于0.2埃的
电磁波[1]。首先由
法国科学家P.V.维拉德发现，是继α、
β射线后发现的第三种
原子核射线。原子
核衰变和核反应均可产生γ射线。γ射线的波长比X射线要短，所以γ射线具有比
X射线还要强的穿透能力。当γ射线通过
物质并与
原子相互作用时会产生
光电效应、
康普顿效应和正负
电子对三种效应。原子核释放出的γ
光子与核外电子相碰时，会把全部
能量交给电子，使电子
电离成为光电子，此即光电效应。由于核外
电子壳层出现空位，将产生内层电子的跃迁并发射X射线标识谱。高能γ光子（>2兆
电子伏特）的光电效应较弱。γ光子的能量较高时，除上述光电效应外，还可能与核外电子发生
弹性碰撞，γ光子的能量和运动方向均有改变，从而产生康普顿效应。当γ光子的能量大于电子静质量的两倍时，由于受原子核的作用而转变成正负电子对，此效应随γ光子能量的增高而增强。γ光子不带电，故不能用磁偏转法测出其能量，通常利用γ光子造成的上述次级效应间接求出，例如通过
测量光电子或正负电子对的能量推算出来。此外还可用γ谱仪（利用晶体对γ射线的
衍射）直接测量γ光子的能量。由
荧光晶体、光电倍增管和电子仪器组成的
闪烁计数器是探测γ射线强度的常用仪器。
通过对γ射线谱的研究可了解核的能级结构。γ射线有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制。γ射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。
首次观测
在20世纪70年代首次被人类观测到的
[2]。美国军方发射薇拉（Vela）人造卫星用于探测“核闪光”（nukeflash）（未经授权的原子弹爆破的证据）。但是薇拉没有识别出核闪光，而是发现了来自太空的强烈射线爆发。这一发现最初在
五角大楼引起了一阵惶恐：是
苏联在太空中测试一种新的核武器吗？稍后这些
辐射被判定为均匀地来自空中的各个方向，意味着它们事实上来自银河系之外。但如果来自银河系外，它们肯定释放着真正的天文学数量的能量，足以点亮整个可见的宇宙。
理论起源
有许多细节肯定仍旧保密，但关于
γ射线爆发的起源有一种理论——它们是具有无穷能量的“巨超新星”（hypernova），在觉醒时留下巨大的
黑洞。看起来γ射线爆发似乎是排成队列的巨型黑洞。
当人类观察太空时，看到的为“
可见光”，然而
电磁波谱的大部份是由不同辐射组成，当中的辐射的波长有较可见光长，亦有较短，大部份单靠肉眼并不能看到。通过探测伽玛射线能提供肉眼所看不到的太空影像。
在太空中产生的伽玛射线是由
恒星核心的
核聚变产生的，因为无法穿透地球
大气层，因此无法到达地球的低层大气层，只能在太空中被探测到。太空中的伽玛射线是在1967年由一颗名为“维拉斯”的人造卫星首次观测到。从20世纪70年代初由不同人造卫星所探测到的伽玛射线图片，提供了关于几百颗此前并未发现到的恒星及可能的黑洞。于90年代发射的
人造卫星(包括康普顿伽玛射线观测台)，提供了关于
超新星、年轻
星团、
类星体等不同的
天文信息。
γ射线是一种强电磁波，它的波长比X射线还要短，一般波长<0．001
纳米。在原子核反应中，当原子核发生α、
β衰变后，往往衰变到某个
激发态，处于激发态的原子核仍是不稳定的，并且会通过释放一系列能量使其跃迁到稳定的
状态，而这些能量的释放是通过射线辐射来实现的，这种射线就是γ射线。
γ射线具有极强的穿透本领。人体受到γ射线照射时，γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生
电离作用，电离产生的
离子能侵蚀复杂的有机分子，如
蛋白质、
核酸和
酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使
细胞死亡。
一般来说，
核爆炸（比如
原子弹、
氢弹的爆炸）的杀伤力量由四个因素构成：
冲击波、
光辐射、
放射性沾染和贯穿辐射。其中贯穿辐射则主要由强γ射线和中子流组成。由此可见，核爆炸本身就是一个γ射线
光源。通过结构的巧妙设计，可以缩小核爆炸的其他硬杀伤因素，使爆炸的能量主要以γ射线的形式释放，并尽可能地延长γ射线的作用时间（可以为普通核爆炸的三倍），这种核弹就是
γ射线弹。
贯穿辐射
与其他
核武器相比，γ射线的威力主要表现在以下两个方面：一是γ射线的能量大。由于γ射线的波长非常短，
频率高，因此具有非常大的能量。高能量的γ射线对人体的破坏作用相当大，当人体受到γ射线的
辐射剂量达到200－600
雷姆时，人体造血器官如骨髓将遭到损坏，
白血球严重地减少，内出血、头发脱落，在两个月内死亡的概率为0－80%；当辐射剂量为600－1000雷姆时，在两个月内死亡的概率为80－100%；当辐射剂量为1000－1500雷姆时，人体肠胃系统将遭破坏，发生
腹泻、发烧、内分泌失调，在两周内死亡概率几乎为100%；当辐射剂量为5000雷姆以上时，可导致
中枢神经系统受到破坏，发生
痉挛、震颤、失调、嗜眠，在两天内死亡的概率为100%。二是γ射线的穿透本领极强。γ射线是一种杀人武器，它比
中子弹的威力大得多。
中子弹是以中子流作为攻击的手段，但是中子的产额较少，只占核爆炸放出能量的很小一部分，所以杀伤范围只有500－700米，一般作为战术武器来使用。γ射线的杀伤范围，据说为方圆100万平方公里，这相当于以
阿尔卑斯山为中心的整个
南欧。因此，它是一种极具威慑力的战略武器。
编辑本段“悄无声息”的杀手
辐射警示标志
γ射线弹除杀伤力大外，还有两个突出的特点：一是γ射线弹无需炸药引爆。一般的核弹都装有高爆炸药和雷管，所以贮存时易发生事故。而γ射线弹则没有引爆炸药，所以平时贮存安全得多。二是γ射线弹没有爆炸效应。进行这种
核试验不易被测量到，即使在敌方上空爆炸也不易被觉察。因此γ射线弹是很难防御的，正如
美国国防部长
科恩在接受德国《世界报》的采访时说，“这种武器是无声的、具有瞬时效应”。可见，一旦这个“悄无声息”的杀手闯入战场，将成为影响战场格局的重要因素。
编辑本段γ射线与物质的相互作用
γ射线与物质的相互作用机制属于全或无相互作用，不同于α、β射线的多次小相互作用，γ射线穿透物质后强度减小但能力几乎不降低，α、β射线穿透物质后强度减小，能量也降低。
γ射线具有极强的穿透本领。人体受到γ射线照射时，γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。
(1)光电效应
γ光子与
介质的原子相互作用时，整个光子被原子吸收，其所有能量传递给原子中的一个电子（多发生于内层电子）。该电子获得能量后就离开原子而被发射出来，称为光电子。光电子的能量等于入射γ光子的能量减去电子的结合能。光电子与普通电子一样，能继续与介质产生激发、电离等作用。由于电子壳层出现空位，外层电子补空位并发射特征X射线。
(2)康普顿效应
1923年美国物理学家
康普顿(A.H.Compton)发现X光与电子
散射时波长会发生移动，称为康普顿效应。
γ光子与原子外层电子（可视为自由电子）发生弹性碰撞，γ光子只将部分能量传递给原子中外层电子，使该电子脱离核的束缚从原子中射出。光子本身改变运动方向。被发射出的电子称康普顿电子，能继续与介质发生相互相互作用。散射光子与入射光子的方向间夹角称为散射角，一般记为θ。反冲电子反冲方向与入射光子的方向间夹角称为反冲角，一般记为φ。当散射角θ=0°，散射光子的能量为最大值，这时反冲电子的能量为0，光子能量没有损失；当散射角θ=180°时，入射光子和电子对头碰撞，沿相反方向散射回来，而反冲电子沿入射光子方向飞出，这种情况称反散射，此时散射光子的能量最小。
(3)电子对效应
能量大于1.02MeV的γ光子从原子核旁经过时，在原子核的库仑场作用下，γ光子转变成一个电子和一个正电子。光子的能量一部分转变成正负电子的静止能量(1.02MeV)，其余就作为它们的动能。被发射出的电子还能继续与介质产生激发、电离等作用；正电子在损失能量之后，将于物质中的负电子相结合而变成γ射线，即湮没(annihilation)，探测这种湮没辐射是判明正电子产生的可靠实验依据。
(4)相干散射
对低能光子（能量远小于电子静止能量）来说，内层电子受原子核束缚较紧不能视为自由电子。如果光子和这种束缚电子碰撞，相当于和整个原子相碰，碰撞中光子传给原子的能量很小，几乎保持自己的能量不变。这样散射光中就保留了原波长。称为汤姆逊散射(Thomson scattering)或瑞利散射(Rayleigh scattering)或相干散射(coherent scattering)。由于内层电子的数目随散射物原子序数的增加而增加，外层电子所占比例降低，所以波长不变的散射光子强度随之增强，而波长变长的康普顿散射光子强度随之减弱。
瑞利相干散射引起的散射光子限制在小角度范围内。即其光子角分布在光子的前进方向有尖锐的峰，偏转光子的能量损失可以忽略。随着散射光子散射角φ增大，波长不变的瑞利散射光子相对强度逐渐减弱，而波长变长的康普顿散射光子相对强度逐渐增强，同时波长的改变量也逐渐增大。
(5)光致核反应
也称为光核吸收，大于一定能量的γ光子与物质原子的原子核作用，能发射出粒子，例如（γ，n）反应。但这种相互作用的大小与其它效应相比是小的，所以可以忽略不计。光核吸收的阈能在5MeV或更高，这种过程类似于原子光电效应，但在这一过程中光子为原子核所吸收而不是由围绕核
转动的壳层电子，光核吸收一般会引起中子的发射。光核吸收最显著的特点是“巨
共振”(giant resonance)。光核反应中的巨共振是一种偶极共振，它来自γ光子所引起的核的电偶极激发，称为巨偶极共振(Giant Dipole Resonance，GDR)。对于轻核，吸收截面的中心约在24MeV。随着靶核质量数增加，中心能量减小，巨共振峰的
位置也随之减小，最重的稳定为12MeV，巨共振的宽度(相应于半最大高度截面的能量差)随靶核而变化，大约为3-9MeV。即使是共振峰，光核截面比前面提到的光电截面要小，它对总截面的
贡献小于10%，然而在辐射屏蔽设计中，光核吸收很重要，因为所发射的中子比入射的光子在重核中具有更大的穿透性。在辐照技术中引起的放射性显得更重要。
(6)核共振反应
入射光子把原子核激发到激发态，然后退激时再放出γ光子。
综述
前三种相互作用影响最大，如图1所示。
图1 γ射线与物质的三种主要相互作用示意图
对于窄束γ射线（即通过吸收片后的γ光子仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成），μ记作γ射线穿过吸收介质的总线性衰减
系数，它包含了γ光子真正被介质吸收和被散射离开准直的两种贡献。有的研究直接将μ表述为总吸收系数，μ相当于介质对γ射线的宏观吸收截面，μ的
量纲为长度的倒数，显然μ值反映了介质对于γ射线的吸收能力。
对于低能γ射线和原子序数高的吸收物质，光电效应占优势；对于中能γ射线和原子序数低的吸收物质，康普顿效应占优势；对于高能γ射线和原子序数高的吸收物质，电子对效应占优势。三者相对强弱可表示为图2。
图2 γ射线与物质的三种主要相互作用
光子能量在100keV至30MeV范围内，后三种次要次要的相互作用方式对于γ射线的吸收所做的贡献小于1%
