A gammasugár az elektromágneses sugárzás egyik formája, csakúgy, mint a rádióhullámok, infravörös sugárzás, ultraibolya sugárzás, röntgen és mikrohullámok. A gammasugarak felhasználhatók a rák kezelésére, a csillagászok pedig a gamma-sugárzásokat vizsgálják.
Az elektromágneses (EM) sugárzás hullámokban vagy részecskékben továbbadódik, különböző hullámhosszon és frekvencián. Ezt a széles hullámhossz-tartományt elektromágneses spektrumnak nevezik. A spektrum általában hét régióra oszlik a csökkenő hullámhossz, valamint az energia és a frekvencia növekedése szerint. Az általános megjelölések a rádióhullámok, a mikrohullámok, az infravörös (IR), a látható fény, az ultraibolya (UV), a röntgen és a gamma-sugarak.
A gamma-sugarak az lágy röntgen sugara felett az EM spektrum tartományába esnek. A gamma-sugarak frekvenciája meghaladja a körülbelül 1,018 ciklust másodpercenként, vagy hertz (Hz), és a hullámhosszok kevesebb mint 100 pikométer (pm), vagy 4 x 10 ^ 9 hüvelyk. (A pikométer méter egy trillióda.)
A gammasugár és a kemény röntgen átfedésben van az EM spektrumban, ami megnehezíti a megkülönböztetést. Egyes területeken, például az asztrofizika, egy tetszőleges vonal húzódik a spektrumban, ahol egy bizonyos hullámhossz feletti sugarakat röntgen sugaraknak, a rövidebb hullámhosszú sugarakat pedig gamma sugaraknak osztályoznak. Mind a gamma-, mind a röntgensugárzásnak elegendő energiája van az élő szövetek károsodásához, de szinte minden kozmikus gamma-sugarat blokkol a Föld légköre.
Gamma-sugarak felfedezése
A gamma-sugarakat 1900-ban Paul Villard francia vegyész észlelte, amikor a rádium sugárzását vizsgálta az Ausztrál Sugárvédelmi és Nukleáris Biztonsági Ügynökség (ARPANSA) szerint. Néhány évvel később, az új-zélandi származású vegyész és fizikus, Ernest Rutherford az alfa- és béta-sugarak sorrendjét követően javasolta a „gamma-sugarak” elnevezést - a nukleáris reakció során keletkező más részecskéknek adott nevek -, és a név beragadt .
Gamma-sugárforrások és hatások
A gammasugarakat elsősorban négy különböző nukleáris reakció eredményezi: fúzió, hasadás, alfa-bomlás és gamma-bomlás.
A nukleáris fúzió az a reakció, amely energiát ad a napra és a csillagokra. Egy többlépcsős folyamatban fordul elő, amely során négy protont, vagy hidrogénmagot szélsőséges hőmérsékleten és nyomáson kényszerítenek arra, hogy héliummagba olvadjon, amely két protont és két neutronot tartalmaz. A kapott héliummag körülbelül 0,7 százalékkal kevésbé masszív, mint a reakcióba bevont négy proton. Ezt a tömegkülönbséget energiává alakítják, Einstein híres E = mc ^ 2 egyenlete szerint, ennek az energianek kb. Kétharmadát gamma-sugarak formájában bocsátják ki. (A fennmaradó rész neutrínók formájában van, amelyek rendkívül gyengén kölcsönhatásba lépő részecskékkel rendelkeznek majdnem nulla tömeggel.) A csillag életének későbbi szakaszaiban, amikor kifogy a hidrogén üzemanyag, fuzionálás útján egyre masszább elemeket képezhet. a vasba, beleértve ezeket, de ezek a reakciók minden szakaszban csökkenő mennyiségű energiát termelnek.
A gamma-sugarak másik ismert forrása a maghasadás. Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium a atommaghasadást úgy határozza meg, mint egy nehézmag megosztását két nagyjából egyenlő részre, amelyek később könnyebb elemek magjai. Ebben a folyamatban, amely más részecskékkel való ütközést is magában foglal, a nehéz magok, például urán és plutónium, kisebb elemekre bonthatók, például xenonra és stronciumra. Az ezekből az ütközésekből származó részecskék más nehéz magokat is befolyásolhatnak, létrehozva egy nukleáris láncreakciót. Az energia felszabadul, mivel a kapott részecskék együttes tömege kisebb, mint az eredeti nehézmag tömege. Ezt a tömegkülönbséget energiává alakítják, az E = mc ^ 2 szerint, a kisebb magok, neutrinók és gamma-sugarakok kinetikus energiája formájában.
A gamma-sugarak további forrásai az alfa-bomlás és a gamma-bomlás. Az alfa-bomlás akkor fordul elő, amikor egy nehéz atommag hélium-4-magot ad ki, atomszámát 2-gyel és atomtömegét 4-tel csökkenti. Ez a folyamat felesleges energiát hagyhat maga után, amelyet gamma-sugárzás formájában bocsátanak ki. A gamma lebomlása akkor fordul elő, ha egy atommagban túl sok energia van, ami gamma-sugárzást bocsát ki anélkül, hogy megváltoztatná a töltését vagy a tömegösszetételét.
Gamma-sugárterápia
A gammasugarakat néha a test rákos daganatainak kezelésére használják a tumorsejtek DNS-ének károsítása révén. Nagyon óvatosan kell eljárni, mivel a gamma-sugarak károsíthatják a környező egészséges szöveti sejtek DNS-ét is.
A rákos sejtek adagolásának maximalizálásának egyik módja, miközben minimalizálják az egészséges szöveteknek való kitettséget, az, hogy több gamma-sugárnyalábot egy lineáris gyorsítóból, vagy linacból, irányítsunk a célterületre több irányból. Ez a CyberKnife és Gamma Knife terápiák működésének alapelve.
A Gamma Knife radiosurgery speciális berendezéseket használ, hogy közel 200 apró sugárnyalábot összpontosítson egy agydaganatra vagy más célpontra. A Mayo Clinic szerint minden egyes sugara nagyon kevés hatással van az áthaladó agyszövetre, de a sugárzás helyén nagy mennyiségű sugárzás érkezik.
Gammasugár csillagászat
A gamma-sugarak egyik érdekesebb forrása a gamma-sugárzás (GRB). Ezek rendkívül nagy energiájú események, amelyek néhány milliszekundumtól néhány percig tartanak. Először az 1960-as években figyelték meg, és most az égbolton naponta egyszer csak egyszer figyelik meg őket.
A gammasugár-törés a NASA szerint "a fény legintenzívebb formája". Több százszor fényesebben ragyognak, mint egy tipikus szupernóva, és egymillió billiószor olyan fényesek, mint a nap.
Robert Patterson, a Missouri Állami Egyetemi csillagásztan professzor szerint a GRB-k egykor azt hitték, hogy a mini fekete lyukak elpárolgásának utolsó szakaszaiból származnak. Most úgy gondolják, hogy kompakt tárgyak, például neutroncsillagok ütközéséből származnak. Más elméletek ezeket az eseményeket a szupermasszív csillagok összeomlásának tulajdonítják, hogy fekete lyukakat képezzenek.
Mindkét esetben a GRB-k elegendő energiát tudnak előállítani, hogy néhány másodpercre el tudják távolítani egy teljes galaxist. Mivel a Föld légköre blokkolja a legtöbb gamma-sugarat, csak nagymagasságú léggömbökkel és keringő távcsövekkel látják őket.
További irodalom:
