Gammasäteet ovat eräs muoto sähkömagneettisesta säteilystä, samoin kuin radioaallot, infrapunasäteily, ultravioletti säteily, röntgensäteet ja mikroaallot. Gammasäteitä voidaan käyttää syövän hoitoon, ja tähtitieteilijät tutkivat gammasäteilyä.
Sähkömagneettinen (EM) säteily siirretään aalloissa tai hiukkasissa eri aallonpituuksilla ja -taajuuksilla. Tämä laaja aallonpituusalue tunnetaan nimellä sähkömagneettinen spektri. Spektri jaetaan yleensä seitsemään alueeseen alenevan aallonpituuden sekä kasvavan energian ja taajuuden järjestyksessä. Yleisimpiä nimityksiä ovat radioaallot, mikroaallot, infrapuna (IR), näkyvä valo, ultravioletti (UV), röntgen- ja gammasäteet.
Gammasäteet kuuluvat EM-spektrin alueelle pehmeiden röntgensäteiden yläpuolella. Gammasäteiden taajuudet ovat suurempia kuin noin 1 018 sykliä sekunnissa tai hertsejä (Hz), ja aallonpituudet ovat alle 100 pikometriä (pm) tai 4 x 10 ^ 9 tuumaa. (Pikemittari on yksi biljoonaosa metristä.)
Gammasäteet ja kovat röntgenkuvat ovat päällekkäisiä EM-spektrissä, mikä voi vaikeuttaa niiden erottelua. Joillakin aloilla, kuten astrofysiikka, spektriin vedetään mielivaltainen viiva, jossa tietyn aallonpituuden ylittävät säteet luokitellaan röntgensäteiksi ja lyhyemmät aallonpituudet sisältävät säteet luokitellaan gammasäteiksi. Sekä gammasäteillä että röntgensäteillä on tarpeeksi energiaa vahingoittaa elävää kudosta, mutta maapallon ilmapiiri estää melkein kaikki kosmiset gammasäteet.
Gammasäteiden löytäminen
Gamma-säteitä havaitsi ensimmäisen kerran vuonna 1900 ranskalainen kemisti Paul Villard tutkiessaan radiumin säteilyä Australian säteilysuojelu- ja ydinturvallisuusviraston (ARPANSA) mukaan. Muutamaa vuotta myöhemmin Uudessa-Seelannissa syntynyt kemisti ja fyysikko Ernest Rutherford ehdotti nimeä "gammasäteet" alfa- ja beeta-säteiden järjestyksen perusteella - nimet muille hiukkasille, jotka syntyvät ydinreaktion aikana - ja nimi jumissa .
Gammasäteilylähteet ja tehosteet
Gammasäteitä tuottaa pääasiassa neljä erilaista ydinreaktiota: fuusio, fissio, alfa-rappeutuminen ja gammasyöpä.
Ydinfuusio on reaktio, joka valloittaa auringon ja tähdet. Se esiintyy monivaiheisessa prosessissa, jossa neljä protonia tai vetyydintä pakotetaan äärimmäisissä lämpötiloissa ja paineissa sulamaan heliumin ytimeen, joka käsittää kaksi protonia ja kaksi neutronia. Tuloksena oleva heliumytuma on noin 0,7 prosenttia vähemmän massiivinen kuin neljä protonia, jotka menivät reaktioon. Tämä massaero muunnetaan energiaksi Einsteinin kuuluisan yhtälön E = mc ^ 2 mukaan, ja noin kaksi kolmasosaa siitä energiasta säteilee gammasäteinä. (Loppuosa on neutriinojen muodossa, jotka ovat erittäin heikosti vuorovaikutuksessa olevia hiukkasia ja joiden massa on melkein nolla.) Tähden elinajan myöhemmissä vaiheissa, kun se loppuu vetypolttoaineella, se voi muodostaa yhä massiivisempia elementtejä sulautumisen kautta ylöspäin. rauhaan ja mukaan lukien, mutta nämä reaktiot tuottavat vähenevän määrän energiaa kussakin vaiheessa.
Toinen tuttu gammasäteiden lähde on ydinfissio. Lawrence Berkeleyn kansallinen laboratorio määrittelee ydinfission siten, että raskas ydin jakautuu kahteen suunnilleen yhtä suureen osaan, jotka ovat silloin kevyempien elementtien ytimiä. Tässä prosessissa, johon liittyy törmäyksiä muiden hiukkasten kanssa, raskaat ytimet, kuten uraani ja plutonium, hajoavat pienemmiksi elementeiksi, kuten ksenoniksi ja strontiumiksi. Näistä törmäyksistä syntyvät hiukkaset voivat sitten vaikuttaa muihin raskaisiin ytimiin muodostaen ydinketjureaktion. Energia vapautuu, koska tuloksena olevien hiukkasten yhdistetty massa on pienempi kuin alkuperäisen raskaan ytimen massa. Tämä massaero muunnetaan energiaksi E = mc ^ 2: n mukaan pienempien ytimien, neutriinojen ja gammasäteiden kineettisen energian muodossa.
Muita gammasäteiden lähteitä ovat alfa-hajoaminen ja gamma-rappeutuminen. Alfa-rappeutuminen tapahtuu, kun raskas ydin antaa helium-4-ytimen, vähentäen sen atominumeroa 2 ja atomipainoa 4. Tämä prosessi voi jättää ytimen ylimääräisen energian, joka emittoituu gammasäteen muodossa. Gammahajoaminen tapahtuu, kun atomin ytimessä on liikaa energiaa, mikä aiheuttaa sen, että se säteilee gammasätettä muuttamatta varaustaan tai massakoostumustaan.
Gammasädehoito
Gammasäteitä käytetään joskus kehon syöpäkasvaimien hoitoon vahingoittamalla kasvainsolujen DNA: ta. On kuitenkin noudatettava suurta varovaisuutta, koska gammasäteet voivat vahingoittaa myös ympäröivien terveiden kudossolujen DNA: ta.
Yksi tapa maksimoida annostelu syöpäsoluille ja minimoida samalla altistuminen terveille kudoksille on ohjata useita gammasäteilyä lineaarisesta kiihdyttimestä tai linaakista kohdealueelle monista eri suunnista. Tämä on CyberKnife- ja Gamma Knife -hoitojen toimintaperiaate.
Gamma Knife -kirurgia käyttää erikoislaitteita keskittymään lähes 200 pieneen säteilypalkkiin kasvaimeen tai muuhun aivojen kohteeseen. Jokaisella yksittäisellä säteellä on hyvin vähän vaikutusta ajokudokseen, jonka se läpäisee, mutta voimakas säteilyannos välitetään kohtaan, jossa säteet kohtaavat, Mayo Clinicin mukaan.
Gammasäteytys
Yksi mielenkiintoisimmista gammasäteiden lähteistä on gammasätepurskeet (GRB). Nämä ovat erittäin korkean energian tapahtumia, jotka kestävät muutamasta millisekunnista useisiin minuutteihin. Niitä havaittiin ensimmäistä kertaa 1960-luvulla, ja nyt niitä havaitaan jossain taivaalla noin kerran päivässä.
NASA: n mukaan gammasäteilypurskaukset ovat "energian energinen muoto". Ne loistavat satoja kertoja kirkkaammin kuin tyypillinen supernova ja noin miljoona biljoonaa kertaa yhtä kirkkaita kuin aurinko.
Missourin osavaltion yliopiston tähtitieteen professori Robert Pattersonin mukaan GRB: n ajateltiin kerran tulevan mini mustien reikien haihtumisen viimeisistä vaiheista. Niiden uskotaan nyt syntyvän kompaktien esineiden, kuten neutronitähteiden, törmäyksissä. Muut teoriat omistavat nämä tapahtumat supermassiivisten tähteiden romahtamiseen mustien reikien muodostamiseksi.
Kummassakin tapauksessa GRB: t voivat tuottaa tarpeeksi energiaa, että ne voivat muutaman sekunnin ajan ohittaa koko galaksin. Koska maapallon ilmapiiri estää suurimman osan gammasäteistä, niitä nähdään vain korkealla sijaitsevissa ilmapalloissa ja kiertävissä teleskoopeissa.
Lisätietoja:
