Gama lúče sú formou elektromagnetického žiarenia, ako sú rádiové vlny, infračervené žiarenie, ultrafialové žiarenie, röntgenové žiarenie a mikrovlny. Lúče gama sa môžu použiť na liečbu rakoviny a výbuchy gama žiarenia študujú astronómovia.
Elektromagnetické (EM) žiarenie sa prenáša vo vlnách alebo časticiach pri rôznych vlnových dĺžkach a frekvenciách. Tento široký rozsah vlnových dĺžok je známy ako elektromagnetické spektrum. Spektrum sa všeobecne delí do siedmich regiónov v poradí klesajúcej vlnovej dĺžky a zvyšujúcej sa energie a frekvencie. Bežné označenia sú rádiové vlny, mikrovlny, infračervené (IR), viditeľné svetlo, ultrafialové (UV), röntgenové žiarenie a gama lúče.
Gama lúče spadajú do rozsahu EM spektra nad mäkkými röntgenovými lúčmi. Gama lúče majú frekvencie väčšie ako asi 1 018 cyklov za sekundu alebo hertz (Hz) a vlnové dĺžky menej ako 100 pikometerov (pm) alebo 4 x 10 ^ 9 palcov. (Picometer je jedna bilióntina metra.)
Gama lúče a tvrdé röntgenové lúče sa prekrývajú v EM spektre, čo môže sťažiť ich rozlíšenie. V niektorých oblastiach, ako je napríklad astrofyzika, je v spektre nakreslená ľubovoľná čiara, kde sú lúče nad určitou vlnovou dĺžkou klasifikované ako röntgenové lúče a lúče s kratšou vlnovou dĺžkou sú klasifikované ako gama lúče. Gama lúče aj röntgenové lúče majú dostatok energie na poškodenie živého tkaniva, ale takmer všetky kozmické gama lúče sú blokované zemskou atmosférou.
Objavenie gama lúčov
Gama lúče prvýkrát pozoroval v roku 1900 francúzsky chemik Paul Villard, keď skúmal žiarenie z rádia, podľa austrálskej agentúry pre ochranu pred žiarením a jadrovú bezpečnosť (ARPANSA). O niekoľko rokov neskôr, chemik a fyzik z Nového Zélandu, Ernest Rutherford, navrhol názov „gama lúče“ podľa poradia alfa lúčov a beta lúčov - názvy priradené iným časticiam, ktoré sa tvoria pri jadrovej reakcii - a názov zostal prilepený ,
Zdroje a účinky gama žiarenia
Lúče gama sa produkujú predovšetkým štyrmi rôznymi jadrovými reakciami: fúzia, štiepenie, alfa rozpad a gama rozpad.
Jadrová fúzia je reakcia, ktorá poháňa slnko a hviezdy. Vyskytuje sa vo viacstupňovom procese, v ktorom sú štyri protóny alebo jadrá vodíka nútené pri extrémnej teplote a tlaku fúzovať do jadra hélia, ktoré obsahuje dva protóny a dva neutróny. Výsledné jadro hélia je asi o 0,7 percent menej masívne ako štyri protóny, ktoré prešli do reakcie. Tento hmotnostný rozdiel sa podľa Einsteinovej slávnej rovnice E = mc ^ 2 prevádza na energiu, pričom asi dve tretiny tejto energie sa emitujú ako gama lúče. (Zvyšok je vo forme neutrín, ktoré sú extrémne slabo interagujúcimi časticami s takmer nulovou hmotnosťou.) V neskorších fázach životnosti hviezdy, keď dôjde vodík, môže prostredníctvom fúzie tvoriť čoraz mohutnejšie prvky. na a vrátane železa, ale tieto reakcie produkujú klesajúce množstvo energie v každej fáze.
Ďalším známym zdrojom gama lúčov je jadrové štiepenie. Národné laboratórium Lawrence Berkeley definuje jadrové štiepenie ako rozdelenie ťažkého jadra na dve zhruba rovnaké časti, ktoré sú potom jadrom ľahších prvkov. V tomto procese, ktorý zahŕňa kolízie s inými časticami, sa ťažké jadrá, ako je urán a plutónium, rozdelia na menšie prvky, ako napríklad xenón a stroncium. Výsledné častice z týchto zrážok môžu potom ovplyvniť ďalšie ťažké jadrá, čím sa vytvorí reakcia na jadrový reťazec. Energia sa uvoľňuje, pretože kombinovaná hmotnosť výsledných častíc je menšia ako hmotnosť pôvodného ťažkého jadra. Tento hmotnostný rozdiel sa podľa E = mc ^ 2 prevádza na energiu vo forme kinetickej energie menších jadier, neutrín a gama lúčov.
Ďalšími zdrojmi gama lúčov sú alfa rozpad a gama rozpad. K rozpadu alfa dochádza, keď ťažké jadro vydá jadro hélia-4, čím zníži jeho atómové číslo o 2 a jeho atómovú hmotnosť o 4. Tento proces môže opustiť jadro s nadbytočnou energiou, ktorá je emitovaná vo forme gama lúča. K rozpadu gama dochádza, keď je v jadre atómu príliš veľa energie, čo spôsobuje, že emituje gama žiarenie bez zmeny náboja alebo zloženia hmoty.
Gama žiarenie
Lúče gama sa niekedy používajú na liečenie rakovinových nádorov v tele poškodením DNA nádorových buniek. Musí sa však venovať veľká pozornosť, pretože gama lúče môžu tiež poškodiť DNA okolitých zdravých tkanivových buniek.
Jedným zo spôsobov, ako maximalizovať dávkovanie rakovinových buniek a zároveň minimalizovať expozíciu zdravým tkanivám, je nasmerovať viac lúčov gama žiarenia z lineárneho urýchľovača alebo linacu do cieľovej oblasti z mnohých rôznych smerov. Toto je prevádzkový princíp terapií CyberKnife a Gamma Knife.
Rádiochirurgia spoločnosti Gamma Knife využíva špecializované vybavenie na zaostrenie takmer 200 malých lúčov žiarenia na nádor alebo iný cieľ v mozgu. Každý jednotlivý lúč má veľmi malý vplyv na mozgové tkanivo, ktorým prechádza, ale podľa Mayo Clinic je v mieste, kde sa lúče stretávajú, silná dávka žiarenia.
Gama-astronómia
Jedným z najzaujímavejších zdrojov gama lúčov sú výbuchy gama žiarenia (GRB). Ide o mimoriadne energeticky náročné udalosti, ktoré trvajú od niekoľkých milisekúnd do niekoľkých minút. Prvýkrát ich pozorovali v šesťdesiatych rokoch a teraz sú niekde na oblohe pozorované asi raz denne.
Výbuchy gama žiarenia sú podľa NASA „najenergetickejšou formou svetla“. Svietia stokrát jasnejšie ako typická supernova a asi milión biliónov krát jasnejšie ako slnko.
Podľa Roberta Pattersona, profesora astronómie na Missouri State University, sa kedysi predpokladalo, že GRB pochádzajú z posledných fáz odparovania mini čiernych dier. Teraz sa predpokladá, že pochádzajú z kolízií kompaktných objektov, ako sú neutrónové hviezdy. Iné teórie pripisujú tieto udalosti zrúteniu superhmotných hviezd za vzniku čiernych dier.
V oboch prípadoch môžu GRB produkovať dostatok energie, aby za pár sekúnd mohli zatieniť celú galaxiu. Pretože atmosféra Zeme blokuje väčšinu gama lúčov, sú vidieť iba pri balónoch s vysokou nadmorskou výškou a na obiehajúcich teleskopoch.
Ďalšie čítanie:
