Гамма-промені є формою електромагнітного випромінювання, як і радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, ультрафіолетове випромінювання, рентгенівські промені та мікрохвилі. Для лікування раку можна використовувати гамма-промені, а астрономи вивчають сплески гамма-променів.
Електромагнітне (ЕМ) випромінювання передається хвилями або частинками на різних довжинах хвиль і частотах. Цей широкий діапазон довжин хвиль відомий як електромагнітний спектр. Спектр, як правило, поділяється на сім областей у порядку зменшення довжини хвилі та збільшення енергії та частоти. Поширені позначення - радіохвилі, мікрохвилі, інфрачервоні (ІЧ), видиме світло, ультрафіолетове (УФ), рентгенівські та гамма-промені.
Гамма-промені потрапляють в діапазон ЕМ-спектру вище м'яких рентгенівських променів. Гамма-промені мають частоти більше 1,018 циклів в секунду, герц (Гц), і довжину хвилі менше 100 пікометрів (пм), або 4 х 10 ^ 9 дюймів. (Пікометр - одна трильйонна частина метра.)
Гамма-промені та жорсткі рентгенівські промені перекриваються в ЕМ-спектрі, що може важко їх диференціювати. У деяких полях, таких як астрофізика, в спектрі промальовується довільна лінія, де промені вище певної довжини хвилі класифікуються як рентгенівські промені, а промені з коротшою довжиною хвилі класифікуються як гамма-промені. І гамма-і рентгенівські промені мають достатньо енергії, щоб завдати шкоди живій тканині, але майже всі космічні гамма-промені блокуються атмосферою Землі.
Відкриття гамма-променів
Гамма-промені вперше були помічені у 1900 році французьким хіміком Полом Вільярдом, коли він досліджував випромінювання радію, повідомляє Австралійське агентство захисту від радіації та ядерної безпеки (ARPANSA). Через кілька років хімік і фізик, що народився в Новій Зеландії, Ернест Резерфорд запропонував назву "гамма-промені", дотримуючись порядку альфа-променів і бета-променів - назви, надані іншим частинкам, які створюються під час ядерної реакції - і назва застрягла .
Джерела та ефекти гамма-променів
Гамма-промені виробляються, головним чином, чотирма різними ядерними реакціями: злиттям, поділом, альфа-розпадом і гамма-розпадом.
Ядерний синтез - це реакція, яка живить сонце та зірки. Це відбувається в багатоступеневому процесі, при якому чотири протони або ядра водню змушені під екстремальною температурою і тиском зливатися в ядро гелію, що складається з двох протонів і двох нейтронів. Отримане ядро гелію приблизно на 0,7 відсотка менш масивне, ніж чотири протони, які пішли в реакцію. Ця різниця мас перетворюється в енергію, згідно відомого рівняння Ейнштейна E = mc ^ 2, причому приблизно дві третини цієї енергії випромінюються у вигляді гамма-променів. (Решта - у формі нейтрино, які є надзвичайно слабко взаємодіючими частинками з майже нульовою масою.) На пізніх стадіях життя зірки, коли їй не вистачає водневого палива, вона може утворювати все більш масивні елементи шляхом плавлення, вгору до заліза та включаючи його, але ці реакції виробляють зменшення кількості енергії на кожній стадії.
Ще одне звичне джерело гамма-променів - це ядерне поділ. Національна лабораторія Лоуренса Берклі визначає ядерне поділ як розщеплення важкого ядра на дві приблизно рівні частини, які потім є ядрами легших елементів. У цьому процесі, який передбачає зіткнення з іншими частинками, важкі ядра, такі як уран і плутоній, розбиваються на більш дрібні елементи, такі як ксенон і стронцій. Отримані в результаті зіткнення частинки можуть вражати інші важкі ядра, створюючи реакцію ядерної ланцюга. Енергія вивільняється через те, що об'єднана маса отриманих частинок менша за масу вихідного важкого ядра. Ця різниця мас перетворюється на енергію відповідно до E = mc ^ 2 у вигляді кінетичної енергії менших ядер, нейтрино та гамма-променів.
Іншими джерелами гамма-променів є альфа-розпад і гамма-розпад. Розпад альфа відбувається, коли важке ядро виділяє ядро гелію-4, зменшуючи його атомне число на 2, а його атомну масу на 4. Цей процес може залишити ядро із зайвою енергією, яка випромінюється у вигляді гамма-випромінювання. Розпад гамми відбувається тоді, коли в ядрі атома є занадто багато енергії, внаслідок чого він випромінює гамма-промінь, не змінюючи свого заряду чи масового складу.
Гамма-терапія
Гама-промені іноді використовують для лікування ракових пухлин в організмі, пошкоджуючи ДНК пухлинних клітин. Однак потрібно бути дуже обережним, оскільки гамма-промені також можуть пошкодити ДНК навколишніх здорових тканинних клітин.
Один із способів максимізувати дозування ракових клітин при мінімізації впливу здорових тканин - спрямовувати декілька гамма-променів від лінійного прискорювача або лінака на цільову область з багатьох різних напрямків. Це принцип роботи терапії CyberKnife та Gamma Knife.
Радіохірургія Gamma Knife використовує спеціалізоване обладнання для фокусування близько 200 крихітних променів випромінювання на пухлину або іншу мішень у мозку. Кожен окремий промінь дуже мало впливає на тканину мозку, через яку він проходить, але сильна доза випромінювання доставляється в точці, де промені зустрічаються, згідно з клінікою Mayo.
Гамма-астрономія
Одним з найбільш цікавих джерел гамма-променів є гамма-випромінювання (ГРБ). Це надзвичайно високоенергетичні події, що тривають від кількох мілісекунд до декількох хвилин. Вперше їх спостерігали у 1960-х роках, і зараз вони спостерігаються десь у небі приблизно один раз на день.
За даними NASA, вибухи гамма-променів є "найбільш енергійною формою світла". Вони світяться в сотні разів яскравіше типової наднової і приблизно в мільйон трильйонів разів яскравіші, ніж сонце.
За словами Роберта Паттерсона, професора астрономії Державного університету штату Міссурі, колись вважали, що GRB походять з останніх етапів випаровування міні-чорних дір. Зараз, як вважають, вони походять від зіткнень компактних об'єктів, таких як нейтронні зірки. Інші теорії відносять ці події до розпаду надмасивних зірок, утворюючи чорні діри.
В будь-якому випадку, GRB можуть виробляти достатню кількість енергії, яка за кілька секунд може затьмарити всю галактику. Оскільки атмосфера Землі блокує більшість гамма-променів, їх можна побачити лише на висотних повітряних кульках і орбітальних телескопах.
Подальше читання:
