Гама зраци су облик електромагнетног зрачења, као што су радио таласи, инфрацрвено зрачење, ултраљубичасто зрачење, рендгенски зраци и микроталаси. Гама-зраци се могу користити за лечење рака, а астрономи проучавају гама зраке.
Електромагнетно (ЕМ) зрачење се преноси у таласима или честицама различитих таласних дужина и фреквенција. Овај широки распон таласних дужина познат је и као електромагнетни спектар. Спектар је углавном подељен на седам региона у циљу смањења таласне дужине и повећања енергије и фреквенције. Уобичајене ознаке су радио таласи, микроталаси, инфрацрвени (ИЦ), видљива светлост, ултраљубичасто (УВ), рендгенски и гама зраци.
Гама зраци падају у распону ЕМ спектра изнад меких Кс-зрака. Гама зраци имају фреквенције веће од око 1.018 циклуса у секунди или хертз (Хз) и таласне дужине мање од 100 пикометара (пм), или 4 к 10 ^ 9 инча. (Пикометар је једна трилијуна метра.)
Гама-зраци и тврди рендгенски зраци преклапају се у ЕМ спектру, због чега их је тешко разликовати. У неким пољима, попут астрофизике, произведена је произвољна линија у спектру где су зраке изнад одређене таласне дужине класификоване као Кс-зраке, а зраке краће таласне дужине класификоване су као гама-зраци. И гама и Кс-зраци имају довољно енергије да оштете живо ткиво, али готово све космичке гама-зраке блокирају Земљина атмосфера.
Откриће гама зрака
Гама-зраке први пут је примећен француски хемичар Паул Виллард 1900. године, када је испитивао зрачење радијума, саопштила је аустралијска Агенција за заштиту од зрачења и нуклеарну безбедност (АРПАНСА). Неколико година касније, хемичар и физичар рођен на Новом Зеланду, Ернест Рутхерфорд, предложио је име „гама-зраци“, пратећи редослед алфа-зрака и бета зрака - имена која су дата другим честицама које су створене током нуклеарне реакције - и име се заглавило .
Извори и ефекти гама зрака
Гама-зраци настају првенствено четири различите нуклеарне реакције: фузија, фисија, алфа-распад и распад гама.
Нуклеарна фузија је реакција која покреће сунце и звезде. Јавља се у вишеступањском процесу у којем су четири протона, или водоникова језгра, приморана под екстремном температуром и притиском да се стапају у хелијумско језгро, које се састоји од два протона и два неутрона. Настало језгро хелијума је око 0,7 процената мање масивно од четири протона који су ушли у реакцију. Та разлика масе се претвара у енергију, према Еинстеиновој чувеној једначини Е = мц ^ 2, при чему се око две трећине те енергије емитује у облику гама зрака. (Остатак је у облику неутрина, који су изузетно слабо интерактивне честице са готово нултом масом.) У каснијим фазама живота звезде, када јој понестане водоничног горива, може се формирати све масивнији елементи фузијама, горе до и укључују гвожђе, али ове реакције стварају опадање количине енергије у свакој фази.
Други познати извор гама зрака је нуклеарна фисија. Лавренце Беркелеи Натионал Лаборатори дефинира нуклеарну фисију као цијепање тешког језгра на два приближно једнака дијела који су потом језгре лакших елемената. У овом процесу, који укључује сударе са другим честицама, тешка језгра, као што је уранијум и плутонијум, разбијају се на мање елементе, попут ксенона и стронцијума. Честице из ових судара могу затим утицати на друга тешка језгра, успостављајући реакцију нуклеарног ланца. Енергија се ослобађа јер је комбинована маса добијених честица мања од масе првобитног тешког језгра. Та разлика масе се претвара у енергију, према Е = мц ^ 2, у облику кинетичке енергије мањих језгара, неутрина и гама зрака.
Остали извори гама зрака су распад алфа и гама распад. Распад алфа настаје када тешко језгро издаје језгро хелијума-4, смањујући његов атомски број за 2, а атомску масу за 4. Овај процес може оставити језгро са вишком енергије, која се емитује у облику гама зрака. Распад гама се дешава када у језгру атома има превише енергије, због чега он емитује гама-зрак, а да притом не промени свој набој или масни састав.
Гама-терапија
Гама зраци се понекад користе за лечење канцерогених тумора у телу оштећивањем ДНК ћелија тумора. Међутим, треба обратити велику пажњу јер гама-зраци такође могу оштетити ДНК околних ћелија здравог ткива.
Један од начина да се максимизира дозирање ћелија рака истовремено минимизирајући излагање здравим ткивима је усмеравање више гама-зрака с линеарног акцелератора или линака на циљно подручје из више различитих праваца. То је принцип рада терапија ЦиберКнифе и Гамма Книфе.
Радио-хируршка операција Гамма Книфе користи специјализовану опрему за фокусирање близу 200 сићушних зрака зрачења на тумор или другу мету у мозгу. Сваки појединачни сноп има веома мало утицаја на мождано ткиво кроз које пролази, али снажна доза зрачења се даје на месту где се зраке састају, према клиници Маио.
Астрономија гама зрака
Један од занимљивијих извора гама зрака су гама зраци (ГРБс). Ово су изузетно високоенергетски догађаји који трају од неколико милисекунди до неколико минута. Први пут су посматрани 1960-их, а сада се посматрају негде на небу једном дневно.
Избацивања гама зрака су "најенергичнији облик светлости", наводи НАСА. Они блистају стотине пута сјајније од типичне супернове и око милион хиљада хиљада пута сјајније од сунца.
Према Роберту Паттерсону, професору астрономије на Државном универзитету у Мисурију, некоћ се сматрало да ГРБ долази из последњих фаза испаравања мини црних рупа. Сада се верује да потичу од судара компактних објеката као што су неутронске звезде. Друге теорије приписују ове догађаје падом супермасивних звезда да би формирале црне рупе.
У оба случаја, ГРБ-ови могу произвести довољно енергије да током неколико секунди могу засенити читаву галаксију. Будући да Земљина атмосфера блокира већину гама зрака, виде их само балони на великим висинама и орбити око телескопа.
Додатна литература:
