Гама-лъчите са форма на електромагнитно излъчване, както и радиовълните, инфрачервеното лъчение, ултравиолетовото лъчение, рентгеновите лъчи и микровълните. Гама-лъчите могат да се използват за лечение на рак, а гама-лъчите се изучават от астрономите.
Електромагнитното (ЕМ) излъчване се предава във вълни или частици с различна дължина и честота на вълната. Този широк диапазон от дължини на вълните е известен като електромагнитен спектър. Спектърът обикновено е разделен на седем области в ред на намаляване на дължината на вълната и увеличаване на енергията и честотата. Общите обозначения са радиовълни, микровълни, инфрачервена (IR), видима светлина, ултравиолетова (UV), рентгенови лъчи и гама-лъчи.
Гама-лъчите попадат в обхвата на ЕМ спектъра над меките рентгенови лъчи. Гама-лъчите имат честоти, по-големи от около 1,018 цикъла в секунда, или херц (Hz), и дължини на вълните по-малко от 100 пикометра (pm), или 4 x 10 ^ 9 инча. (Пикометърът е една трилионна част от метър.)
Гама-лъчите и твърдите рентгенови лъчи се припокриват в ЕМ спектъра, което може да затрудни тяхното разграничаване. В някои полета, като например астрофизиката, в спектъра се очертава произволна линия, където лъчите над определена дължина на вълната се класифицират като рентгенови лъчи, а лъчите с по-къси дължини на вълната се класифицират като гама-лъчи. Както гама-лъчите, така и рентгеновите лъчи имат достатъчно енергия, за да причинят увреждане на живата тъкан, но почти всички космически гама-лъчи са блокирани от земната атмосфера.
Откриване на гама-лъчи
Гама-лъчите са били наблюдавани за първи път през 1900 г. от френския химик Пол Вилард, когато той е изследвал лъчението от радий, според австралийската Агенция за защита от радиация и ядрена безопасност (ARPANSA). Няколко години по-късно роденият в Нова Зеландия химик и физик Ърнест Ръдърфорд предложи името "гама-лъчи", следвайки реда на алфа лъчите и бета лъчите - имена, дадени на други частици, които са създадени по време на ядрена реакция - и името остана ,
Източници и ефекти на гама-лъчи
Гама-лъчите се произвеждат основно от четири различни ядрени реакции: синтез, делене, алфа-разпад и гама-разпад.
Ядреният синтез е реакцията, която захранва слънцето и звездите. Това се случва в многоетапен процес, при който четири протона или водородни ядра са принудени при екстремни температури и налягане да се слеят в ядро на хелий, което се състои от два протона и два неутрона. Полученото хелиево ядро е с около 0,7 процента по-малко масивно от четирите протона, които влязоха в реакцията. Тази разлика в масата се преобразува в енергия, според известното уравнение на Айнщайн E = mc ^ 2, като около две трети от тази енергия се излъчва като гама-лъчи. (Останалото е под формата на неутрино, които са изключително слабо взаимодействащи частици с почти нулева маса.) В по-късните етапи от живота на звездата, когато й липсва водородно гориво, тя може да образува все по-масивни елементи чрез сливане, нагоре до и включително желязо, но тези реакции произвеждат намаляващо количество енергия на всеки етап.
Друг познат източник на гама-лъчи е ядреното делене. Националната лаборатория на Лорънс Беркли определя ядрения делене като разделяне на тежко ядро на две приблизително равни части, които след това са ядра от по-леки елементи. В този процес, който включва сблъсъци с други частици, тежки ядра, като уран и плутоний, се разграждат на по-малки елементи, като ксенон и стронций. Получените частици от тези сблъсъци могат след това да засегнат други тежки ядра, създавайки ядрена верижна реакция. Енергията се освобождава, защото комбинираната маса на получените частици е по-малка от масата на първоначалното тежко ядро. Тази разлика в масата се преобразува в енергия, според Е = mc ^ 2, под формата на кинетична енергия на по-малките ядра, неутрино и гама-лъчи.
Други източници на гама-лъчи са алфа-разпад и гама-разпад. Разпадането на алфа се случва, когато тежко ядро отделя ядро хелий-4, намалявайки атомното му число с 2, а атомното му тегло с 4. Този процес може да остави ядрото с излишна енергия, която се излъчва под формата на гама-лъч. Разпадането на гама възниква, когато в ядрото на атом има твърде много енергия, което го кара да излъчва гама-лъч, без да променя своя заряд или масов състав.
Гама-лъчева терапия
Гама-лъчите понякога се използват за лечение на ракови тумори в тялото, като увреждат ДНК на туморните клетки. Трябва обаче да се внимава много, защото гама-лъчите също могат да повредят ДНК на околните здрави тъканни клетки.
Един от начините за максимално увеличаване на дозата на раковите клетки, като в същото време свежда до минимум излагането на здрави тъкани е насочването на множество гама-лъчи от линеен ускорител или линак към целевия регион от много различни посоки. Това е принципът на работа на терапиите CyberKnife и Gamma Knife.
Радиохирургията на Gamma Knife използва специализирано оборудване за фокусиране близо до 200 малки лъчи радиация върху тумор или друга цел в мозъка. Всеки отделен лъч има много малко влияние върху мозъчната тъкан, през която преминава, но силна доза радиация се доставя на мястото, където лъчите се срещат, според клиниката Майо.
Гама-астрономия
Един от по-интересните източници на гама-лъчи са гама-лъчите (GRBs). Това са изключително високоенергийни събития, които продължават от няколко милисекунди до няколко минути. Те са наблюдавани за първи път през 60-те години на миналия век, а сега се наблюдават някъде в небето около веднъж на ден.
Избухванията на гама-лъчи са "най-енергичната форма на светлината", според НАСА. Те блестят стотици пъти по-ярки от типичната супернова и около милион трилиона пъти по-ярки от слънцето.
Според Робърт Патерсън, професор по астрономия в Държавния университет в Мисури, някога се смяташе, че GRB идва от последните етапи на изпаряване на мини черни дупки. Сега се смята, че те произхождат от сблъсъци на компактни обекти като неутронни звезди. Други теории приписват тези събития на колапса на свръхмасивни звезди, образувайки черни дупки.
И в двата случая GRBs могат да произвеждат достатъчно енергия, която за няколко секунди може да затъмни цяла галактика. Тъй като земната атмосфера блокира повечето гама-лъчи, те се виждат само с балони на голяма надморска височина и орбитални телескопи.
Допълнителна информация:
