Razele gamma sunt o formă de radiație electromagnetică, la fel ca undele radio, radiațiile infraroșii, radiațiile ultraviolete, razele X și microundele. Razele gamma pot fi utilizate pentru a trata cancerul, iar exploziile de raze gamma sunt studiate de astronomi.
Radiația electromagnetică (EM) este transmisă în unde sau particule la diferite lungimi de undă și frecvențe. Această gamă largă de lungimi de undă este cunoscută sub denumirea de spectru electromagnetic. Spectrul este în general împărțit în șapte regiuni în ordinea scăderii lungimii de undă și a creșterii energiei și a frecvenței. Denumirile comune sunt undele radio, microundele, infraroșii (IR), lumina vizibilă, ultravioleta (UV), razele X și razele gamma.
Razele gamma se încadrează în gama spectrului EM peste razele X moi. Razele gamma au frecvențe mai mari de aproximativ 1.018 cicluri pe secundă sau hertz (Hz) și lungimi de undă mai mici de 100 picometri (pm) sau 4 x 10 ^ 9 inci. (Un picometru este de un trilion de metru.)
Razele gamma și razele X dure se suprapun în spectrul EM, ceea ce poate face dificilă diferențierea lor. În unele câmpuri, cum ar fi astrofizica, o linie arbitrară este desenată în spectrul în care razele de peste o anumită lungime de undă sunt clasificate drept raze X și raze cu lungimi de undă mai scurte sunt clasificate drept raze gamma. Atât razele gamma, cât și razele X au suficientă energie pentru a provoca deteriorarea țesutului viu, dar aproape toate razele gamma cosmice sunt blocate de atmosfera Pământului.
Descoperirea razelor gamma
Razele gamma au fost observate pentru prima dată în 1900 de chimistul francez Paul Villard, când a investigat radiațiile de la radio, potrivit Agenției australiene pentru protecția împotriva radiațiilor și securitatea nucleară (ARPANSA). Câțiva ani mai târziu, chimistul și fizicianul din Noua Zeelandă, Ernest Rutherford, a propus denumirea de "raze gamma", după ordinea razelor alfa și a razelor beta - nume date altor particule care sunt create în timpul unei reacții nucleare - și numele blocat. .
Surse și efecte cu raze gamma
Razele gamma sunt produse în principal de patru reacții nucleare diferite: fuziunea, fisiunea, degradarea alfa și degradarea gamma.
Fuziunea nucleară este reacția care alimentează soarele și stelele. Apare într-un proces multistep în care patru protoni, sau nuclei de hidrogen, sunt forțați la temperaturi și presiuni extreme să se fuzioneze într-un nucleu de heliu, care cuprinde doi protoni și doi neutroni. Nucleul de heliu rezultat este cu aproximativ 0,7 la sută mai puțin masiv decât cei patru protoni care au intrat în reacție. Această diferență de masă este transformată în energie, conform celebrei ecuații E = mc ^ 2, cu aproximativ două treimi din acea energie emisă ca raze gamma. (Restul are forma neutrinilor, care sunt particule extrem de slab interacționate cu masa aproape zero.) În etapele ulterioare ale vieții unei stele, atunci când rămâne fără hidrogen combustibil, poate forma elemente din ce în ce mai masive prin fuziune, în sus la și inclusiv fierul, dar aceste reacții produc o cantitate descrescătoare de energie în fiecare etapă.
O altă sursă familiară de raze gamma este fisiunea nucleară. Lawrence Berkeley Laboratorul Național definește fisiunea nucleară drept împărțirea unui nucleu greu în două părți aproximativ egale, care sunt apoi nuclee de elemente mai ușoare. În acest proces, care implică coliziuni cu alte particule, nucleele grele, precum uraniu și plutoniu, sunt împărțite în elemente mai mici, cum ar fi xenonul și stronțiul. Particulele rezultate din aceste coliziuni pot avea apoi impact asupra altor nuclee grele, creând o reacție în lanț nuclear. Energia este eliberată deoarece masa combinată a particulelor rezultate este mai mică decât masa nucleului greoi inițial. Această diferență de masă este transformată în energie, conform E = mc ^ 2, sub forma energiei cinetice a nucleelor mai mici, a neutrinilor și a razelor gamma.
Alte surse de raze gamma sunt degradarea alfa și degradarea gamma. Cariile alfa apar atunci când un nucleu greu emană un nucleu de heliu-4, reducându-și numărul atomic cu 2 și greutatea atomică cu 4. Acest proces poate părăsi nucleul cu exces de energie, care este emis sub forma unei raze gamma. Cariile de gamă apar atunci când există prea multă energie în nucleul unui atom, determinând-o să emită o rază gamma fără a-și schimba sarcina sau compoziția în masă.
Terapia cu raze gamma
Razele gamma sunt uneori folosite pentru tratarea tumorilor canceroase din organism prin deteriorarea ADN-ului celulelor tumorale. Cu toate acestea, trebuie avut mare grijă, deoarece razele gamma pot deteriora ADN-ul celulelor țesuturilor sănătoase din jur.
O modalitate de a maximiza doza la celulele canceroase, în timp ce minimizați expunerea la țesuturile sănătoase este de a direcționa fascicule de raze gamma multiple de la un accelerator liniar, sau linac, pe regiunea țintă din mai multe direcții diferite. Acesta este principiul de operare al terapiilor CyberKnife și Gamma Knife.
Radiurgia Gamma Knife folosește echipamente specializate pentru a concentra aproape 200 de fascicule minuscule de radiații pe o tumoare sau o altă țintă din creier. Fiecare fascicul individual are un efect foarte mic asupra țesutului creierului prin care trece, dar o doză puternică de radiații este livrată în punctul în care se întâlnesc grinzile, potrivit Clinicii Mayo.
Astronomie cu raze gamma
Una dintre cele mai interesante surse de raze gamma sunt exploziile de raze gamma (GRB). Acestea sunt evenimente cu o energie extrem de mare, care durează de la câteva milisecunde până la câteva minute. Au fost observate pentru prima dată în anii 1960, iar acum sunt observate undeva pe cer cam o dată pe zi.
Izbucnirile cu raze gamma sunt „cea mai energică formă de lumină”, potrivit NASA. Strălucesc de sute de ori mai strălucitoare decât o supernovă tipică și de aproximativ un milion de trilioane de ori mai strălucitoare ca soarele.
Potrivit lui Robert Patterson, profesor de astronomie la Universitatea de Stat din Missouri, s-a crezut că GRB-urile provin din ultimele etape ale evaporării mini găuri negre. Acum se crede că au originea în coliziuni ale obiectelor compacte, cum ar fi stelele cu neutroni. Alte teorii atribuie aceste evenimente prăbușirii stelelor supermasive pentru a forma găuri negre.
În ambele cazuri, GRB-urile pot produce suficientă energie care, pentru câteva secunde, pot extrage o întreagă galaxie. Deoarece atmosfera Pământului blochează cele mai multe raze gamma, acestea sunt văzute doar cu baloane de mare altitudine și cu telescoape orbitante.
Citire ulterioară:
