原子核子物理學的一個分支，研究由核衰變和核反應所產生的γ射線的能譜及其他性質，從而瞭解原子核的能級特徵，以獲得核結構和反應機制的資訊。
原子核在衰變或反應後往往處在激發態，常以級聯γ輻射的方式退激到穩定態。γ射線能譜學主要是通過實驗測量γ射線的能量、相對強度、能級壽命、角分佈、級聯關係、γ－γ角關聯、內轉換係數和γ躍遷多極性來定出原子核能級的位置、自旋、宇稱等。
根據γ射線的能量、相對強強度和γ－γ射線的符合關系，可以定出各有關能級的位置。
測量γ射線的角分佈或者γ－γ角關聯，可以定出多極性、混合比等（見核輻射的方向角關聯）。但為瞭唯一地確定能級的自旋和宇稱，常常需要測量內轉換系數或者γ射線的極化關聯。
在γ射線能譜學中，一類重要的實驗是測量能級的壽命。測量方法依壽命的長短，常用延遲符合法、多普勒移動法和多普勒移動衰減法（見核能級壽命測量）。
壽命測量和內轉換系數的測量提供γ躍遷矩陣元的大小，它同能級的核結構性質有關。
γ射線能量和相對強度的測量方法很多。早期采用吸收法測量能量，測量誤差很大。後來主要是通過β磁譜儀（見β射線能譜學）和彎晶體γ譜儀測量內、外轉換電子譜和γ射線譜。測量的準確度較高，但探測效率很低，並需逐點進行測量。50年代後發展瞭閃爍晶體γ譜儀（見閃爍計數器），60年代後發展瞭Ge(Li)及高純鍺半導體γ譜儀（見半導體探測器），給γ射線能量和相對強度以及γ－γ符合和角關聯的測量提供瞭有力的工具。特別是多道-計算機系統的發展，使得以高效和準確地測量復雜的γ射線譜（見核物理實驗多參量數據獲取）。
核殼層模型和綜合模型理論的發展和γ射線能譜學是緊密聯系在一起的。如綜合模型預期在稀土元素大變形區偶偶核基態轉動帶的能級能量服從
關系(其中
J為核的轉動慣量，
I為能級的自旋量子數)，核能級的自旋和宇稱順序為0
+、2
+、4
+、6
+、……，γ輻射為增強的E2躍遷等就是基於大量的稀土區γ射線的實驗數據而提出的。
在束γ射線能譜學是近年來得到迅速發展的γ射線能譜學中的一支。當用高能（幾十兆電子伏）的α 粒子或重離子束轟擊靶核產生核反應時，反應產物核可處在高激發態和高自旋態，並很快退激下來。在束γ射線能譜學的特點是在反應發生的當時測量這些產物退激而發射的γ射線的特性。這些γ射線可以分為三類：①統計級聯（圖中垂直箭頭表示）。γ射線的能量是連續分佈的，高能部分的強度隨能量增大而指數下降，角分佈各向同性。②類轉暈躍遷（在圖中用細箭頭表示）。在變形核區，這種級聯躍遷大致沿著同轉暈線平行的帶下降。由於復合核的特性和儀器的分辨率有限，這種γ射線形成難以分辨開的準連續能譜，它通常也歸為連續γ射線譜。③轉暈級聯躍遷（如圖中粗箭頭所示）。在退激發的最後階段，由轉動帶內能級間的躍遷發出的γ射線，為集體E2躍遷，在γ譜中形成分立的線譜。對這些γ射線的研究，已經提供瞭核衰變的γ譜學得不到的許多信息。如核的高激發態、高自旋態(已達到I＝30ħ)的特性；發現瞭有名的回彎現象以及核的轉暈同質異能態和核的形狀共存等（見在束核譜技術）。
目前γ射線能譜學的情況是：一方面繼續深入進行非連續區γ射線譜的研究，尋求更高自旋的態並研究其特性；另一方面，發展許多新的實驗技術，大量開展連續區γ譜的研究工作。
參考書目
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