Gama zrake su oblik elektromagnetskog zračenja, kao što su radio valovi, infracrveno zračenje, ultraljubičasto zračenje, X-zrake i mikrotalasi. Gama-zrake se mogu koristiti za liječenje raka, a raspada gama zraka proučavaju astronomi.
Elektromagnetsko (EM) zračenje prenosi se u valovima ili česticama različitih valnih duljina i frekvencija. Ovaj široki raspon valnih duljina poznat je kao elektromagnetski spektar. Spektar se općenito dijeli na sedam regija prema redoslijedu smanjenja valne duljine i povećanja energije i frekvencije. Uobičajene oznake su radio valovi, mikrotalasi, infracrveni (IC), vidljiva svjetlost, ultraljubičasto (UV), X-zrake i gama-zrake.
Gama zrake padaju u rasponu EM spektra iznad mekih X-zraka. Gama zrake imaju frekvencije veće od oko 1.018 ciklusa u sekundi ili hertz (Hz), a valne duljine su manje od 100 pikometara (pm), ili 4 x 10 ^ 9 inča. (Pikometar je jedan trilijun metra.)
Gama-zrake i tvrdi X-zraci preklapaju se u EM spektru, zbog čega ih je teško razlikovati. U nekim poljima, poput astrofizike, u spektru je nacrtana proizvoljna linija u kojoj se zrake iznad određene valne duljine klasificiraju kao X-zrake, a zrake kraće valne duljine klasificiraju se kao gama-zrake. I gama i X-zrake imaju dovoljno energije da oštete živo tkivo, ali gotovo sve kozmičke gama zrake blokirane su od Zemljine atmosfere.
Otkriće gama zraka
Gama-zrake prvi je put primijetio 1900. francuski kemičar Paul Villard kada je istraživao zračenje radijuma, prema Australskoj agenciji za zaštitu od zračenja i nuklearne sigurnosti (ARPANSA). Nekoliko godina kasnije, kemičar i fizičar rođen na Novom Zelandu, Ernest Rutherford predložio je ime "gama-zraka", slijedeći redoslijed alfa-zraka i beta-zraka - imena koja su dodijeljena drugim česticama koje su stvorene tijekom nuklearne reakcije - i ime se zaglavilo ,
Izvori i učinci gama zraka
Gama zrake nastaju prvenstveno četiri različite nuklearne reakcije: fuzija, fisija, alfa i propadanje gama.
Nuklearna fuzija je reakcija koja napaja sunce i zvijezde. Javlja se u višestupanjskom procesu u kojem su četiri protona, odnosno vodikova jezgra, prisiljena pod ekstremnim temperaturama i pritiskom spojiti se u helijevo jezgro, koje se sastoji od dva protona i dva neutrona. Nastalo jezgro helija približno je 0,7 posto manje masivno od četiri protona koji su ušli u reakciju. Ta se razlika u masi pretvara u energiju, prema Einsteinovoj poznatoj jednadžbi E = mc ^ 2, pri čemu se oko dvije trećine te energije emitira u obliku gama zraka. (Ostalo je u obliku neutrina, koji su izuzetno slabo interaktivne čestice s gotovo nultom masom.) U kasnijim fazama života zvijezde, kad joj ponestane vodikovog goriva, kroz fuziju može formirati sve masivnije elemente, gore do željeza i uključuje ga, ali ove reakcije stvaraju opadanje količine energije u svakoj fazi.
Drugi poznati izvor gama zraka je nuklearna fisija. Lawrence Berkeley Nacionalni laboratorij definira nuklearnu fisiju kao cijepanje teške jezgre na dva približno jednaka dijela, koji su tada jezgre lakših elemenata. U ovom procesu, koji uključuje sudare s drugim česticama, teška jezgra, poput urana i plutonija, razbijaju se na manje elemente, poput ksenona i stroncija. Čestice koje rezultiraju iz tih sudara mogu zatim utjecati na druga teška jezgra, uspostavljajući reakciju nuklearnog lanca. Energija se oslobađa jer je kombinirana masa dobivenih čestica manja od mase izvornog teškog jezgra. Ta se razlika mase pretvara u energiju, prema E = mc ^ 2, u obliku kinetičke energije manjih jezgara, neutrina i gama zraka.
Ostali izvori gama zraka su raspad alfa i gama raspad. Raspad alfa se događa kada teška jezgra odaje jezgro helija-4, smanjujući njegov atomski broj za 2, a atomsku težinu za 4. Ovaj proces može ostaviti jezgro s viškom energije, koja se emitira u obliku gama zraka. Raspad gama nastaje kada u jezgri atoma ima previše energije, što uzrokuje emitiranje gama zraka bez mijenjanja naboja ili sastava mase.
Gama-terapija
Gama zrake se ponekad koriste za liječenje karcinoma u tijelu oštećivanjem DNK tumorskih stanica. Međutim, treba biti vrlo oprezan, jer gama-zrake također mogu oštetiti DNK okolnih stanica zdravog tkiva.
Jedan od načina za maksimiziranje doziranja ćelija raka uz minimiziranje izloženosti zdravim tkivima je usmjeravanje više gama-zraka s linearnog akceleratora ili linaka na ciljno područje iz više različitih smjerova. To je princip rada terapije CyberKnife i Gamma Knife.
Radiokirurgija Gamma Knife koristi specijaliziranu opremu za fokusiranje blizu 200 sitnih zraka zračenja na tumor ili drugu metu u mozgu. Svaki pojedinačni snop ima vrlo malo utjecaja na moždano tkivo kroz koje prolazi, ali snažna doza zračenja se isporučuje na mjestu gdje se zrake sastaju, prema Mayo Clinic.
Astronomija gama zraka
Jedan od zanimljivijih izvora gama zraka su gama zračenja (GRBs). To su izuzetno visokoenergetski događaji koji traju od nekoliko milisekundi do nekoliko minuta. Prvi su put promatrani 1960-ih godina, a sada ih se promatra negdje na nebu otprilike jednom dnevno.
Izbacivanja gama zraka su "najenergičniji oblik svjetlosti", navodi NASA. Oni sjaje stotine puta svjetlije od tipične supernove i oko milijun trilijuna puta sjajnije od sunca.
Prema Robertu Pattersonu, profesoru astronomije na Državnom sveučilištu Missouri, nekoć se smatralo da GRB-ovi potječu iz posljednjih faza isparavanja mini crnih rupa. Sada se vjeruje da potječu od sudara kompaktnih objekata poput neutronskih zvijezda. Druge teorije pripisuju ovim događajima kolaps supermasivnih zvijezda koje stvaraju crne rupe.
U oba slučaja, GRBs mogu proizvesti dovoljno energije da za nekoliko sekundi mogu zasjeniti cijelu galaksiju. Budući da Zemljina atmosfera blokira većinu gama zraka, vide ih samo baloni na velikim visinama i orbiti za teleskop.
Daljnje čitanje:
