Gama paprsky jsou formou elektromagnetického záření, jako jsou rádiové vlny, infračervené záření, ultrafialové záření, rentgenové záření a mikrovlny. Gama paprsky mohou být použity k léčbě rakoviny a gama záblesky jsou studovány astronomy.
Elektromagnetické (EM) záření je přenášeno ve vlnách nebo částicích při různých vlnových délkách a frekvencích. Tento široký rozsah vlnových délek je známý jako elektromagnetické spektrum. Spektrum je obecně rozděleno do sedmi oblastí v pořadí klesající vlnové délky a zvyšování energie a frekvence. Společná označení jsou rádiové vlny, mikrovlny, infračervené (IR), viditelné světlo, ultrafialové (UV), rentgenové a gama záření.
Gama paprsky spadají do rozsahu EM spektra nad měkkými rentgenovými paprsky. Gama paprsky mají frekvence větší než asi 1 018 cyklů za sekundu nebo hertz (Hz) a vlnové délky menší než 100 pikometrů (pm) nebo 4 x 10 ^ 9 palců. (Picometer je jedna biliontina metru.)
Gama paprsky a tvrdé rentgenové paprsky se v EM spektru překrývají, což může ztížit jejich rozlišení. V některých oborech, jako je astrofyzika, je ve spektru nakreslena libovolná čára, kde jsou paprsky nad určitou vlnovou délkou klasifikovány jako rentgenové a paprsky s kratšími vlnovými délkami jsou klasifikovány jako paprsky gama. Jak gama paprsky, tak rentgenové paprsky mají dostatek energie k poškození živé tkáně, ale téměř všechny kosmické gama paprsky jsou blokovány zemskou atmosférou.
Objev gama paprsků
Gama paprsky byly poprvé pozorovány v roce 1900 francouzským chemikem Paulem Villardem, když vyšetřoval záření z radia, podle Australské agentury pro ochranu před zářením a jaderné bezpečnosti (ARPANSA). O několik let později, chemik a fyzik z Nového Zélandu, Ernest Rutherford, navrhl jméno „paprsky gama“ podle pořadí alfa paprsků a beta paprsků - jména přiřazená jiným částicím, které se vytvářejí během jaderné reakce - a jméno uvízlo .
Zdroje a efekty gama paprsků
Gama paprsky jsou produkovány primárně čtyřmi různými nukleárními reakcemi: fúzí, štěpením, alfa rozpadem a gama rozpadem.
Jaderná fúze je reakce, která pohání slunce a hvězdy. Vyskytuje se ve vícestupňovém procesu, ve kterém jsou čtyři protony nebo atomy vodíku nuceny za extrémní teploty a tlaku fúzovat do jádra helia, které obsahuje dva protony a dva neutrony. Výsledné jádro helia je asi o 0,7 procent méně masivní než čtyři protony, které šly do reakce. Tento hmotnostní rozdíl je přeměněn na energii podle Einsteinovy slavné rovnice E = mc ^ 2, přičemž asi dvě třetiny této energie jsou emitovány jako paprsky gama. (Zbytek je ve formě neutrin, což jsou extrémně slabě interagující částice s téměř nulovou hmotností.) V pozdějších fázích životnosti hvězdy, když dojde z vodíkového paliva, může fúzí tvořit stále hmotnější prvky. na a včetně železa, ale tyto reakce produkují v každém stádiu klesající množství energie.
Další známý zdroj paprsků gama je jaderné štěpení. Lawrence Berkeley National Laboratory definuje jaderné štěpení jako rozdělení těžkého jádra na dvě zhruba stejné části, které jsou pak jádry lehčích prvků. V tomto procesu, který zahrnuje srážky s jinými částicemi, jsou těžká jádra, jako je uran a plutonium, rozdělena na menší prvky, jako je xenon a stroncium. Výsledné částice z těchto srážek pak mohou ovlivnit další těžká jádra a nastartovat jadernou řetězovou reakci. Energie je uvolňována, protože kombinovaná hmotnost výsledných částic je menší než hmotnost původního těžkého jádra. Tento hmotnostní rozdíl je přeměněn na energii podle E = mc ^ 2 ve formě kinetické energie menších jader, neutrin a paprsků gama.
Jiné zdroje gama paprsků jsou alfa rozpad a gama rozpad. K rozpadu alfa dochází, když těžké jádro vydá jádro helia-4, čímž sníží své atomové číslo o 2 a atomovou hmotnost o 4. Tento proces může opustit jádro s nadbytečnou energií, která je emitována ve formě gama paprsku. K rozpadu gama dochází, když je v jádru atomu příliš mnoho energie, což způsobuje, že emituje gama paprsek, aniž by změnil svůj náboj nebo složení hmoty.
Gama-ray terapie
Gama paprsky se někdy používají k léčbě nádorových nádorů v těle poškozením DNA nádorových buněk. Je však třeba věnovat velkou pozornost, protože paprsky gama mohou také poškodit DNA okolních zdravých tkáňových buněk.
Jedním ze způsobů, jak maximalizovat dávkování rakovinných buněk při minimalizaci expozice zdravým tkáním, je nasměrovat několik paprsků gama z lineárního urychlovače nebo linacu do cílové oblasti z mnoha různých směrů. Toto je provozní princip terapií CyberKnife a Gamma Knife.
Radiosurgery Gamma Knife používají specializované vybavení k zaostření téměř 200 malých paprsků záření na nádor nebo jiný cíl v mozku. Každý jednotlivý paprsek má velmi malý účinek na mozkovou tkáň, kterou prochází, ale podle Mayo Clinic je v místě, kde se paprsky setkávají, vydána silná dávka záření.
Gama-astronomie
Jedním z nejzajímavějších zdrojů paprsků gama jsou výbuchy gama paprsků (GRB). Jedná se o mimořádně vysoké energetické události, které trvají od několika milisekund do několika minut. Poprvé byli pozorováni v 60. letech a nyní jsou pozorováni někde na obloze asi jednou denně.
Podle NASA jsou výbuchy gama paprsků „nejenergičtější formou světla“. Svítí stokrát jasněji než typická supernova a asi milión bilionkrát jasnější než slunce.
Podle Roberta Pattersona, profesora astronomie na Missouri State University, byly GRB jednou myšlenkou, že pocházejí z posledních fází odpařování mini černých děr. Nyní se předpokládá, že pocházejí z kolizí kompaktních objektů, jako jsou neutronové hvězdy. Jiné teorie připisují tyto události kolapsu superhmotných hvězd, aby vytvořily černé díry.
V obou případech mohou GRB produkovat dostatek energie, aby na několik sekund mohly zastínit celou galaxii. Protože atmosféra Země blokuje většinu gama paprsků, jsou vidět pouze u balónů ve vysokých výškách a obíhajících dalekohledů.
Další čtení:
