Gamma-stråler er en form for elektromagnetisk stråling, som radiobølger, infrarød stråling, ultrafiolett stråling, røntgenstråler og mikrobølger. Gamma-stråler kan brukes til å behandle kreft, og gammastråle-utbrudd blir studert av astronomer.
Elektromagnetisk (EM) stråling overføres i bølger eller partikler ved forskjellige bølgelengder og frekvenser. Dette brede bølgelengdeområdet er kjent som det elektromagnetiske spekteret. Spekteret er vanligvis delt inn i syv regioner i rekkefølge av synkende bølgelengde og økende energi og frekvens. De vanlige betegnelsene er radiobølger, mikrobølger, infrarød (IR), synlig lys, ultrafiolett (UV), røntgenstråler og gammastråler.
Gamma-stråler faller i rekkevidden av EM-spekteret over myke røntgenstråler. Gamma-stråler har frekvenser som er større enn omtrent 1 018 sykluser per sekund, eller hertz (Hz), og bølgelengder på mindre enn 100 picometers (pm), eller 4 x 10 ^ 9 inches. (Et pikometer er en billion billion.)
Gamma-stråler og harde røntgenbilder overlapper hverandre i EM-spekteret, noe som kan gjøre det vanskelig å differensiere dem. På noen felt, for eksempel astrofysikk, trekkes en vilkårlig linje i spekteret der stråler over en viss bølgelengde er klassifisert som røntgenstråler og stråler med kortere bølgelengder klassifiseres som gammastråler. Både gammastråler og røntgenstråler har nok energi til å forårsake skade på levende vev, men nesten alle kosmiske gammastråler er blokkert av jordas atmosfære.
Oppdagelse av gammastråler
Gamma-stråler ble først observert i 1900 av den franske kjemikeren Paul Villard da han undersøkte stråling fra radium, ifølge det australske byrå for strålevern og nuklear sikkerhet (ARPANSA). Noen år senere foreslo den new zealandske kjemikeren og fysikeren Ernest Rutherford navnet "gamma-stråler", etter rekkefølgen av alfa-stråler og beta-stråler - navn gitt til andre partikler som er opprettet under en kjernefysisk reaksjon - og navnet satt fast .
Gamma-ray kilder og effekter
Gamma-stråler produseres først og fremst av fire forskjellige kjernefysiske reaksjoner: fusjon, fisjon, alfa-forfall og gamma-forfall.
Atomfusjon er reaksjonen som styrker solen og stjernene. Det forekommer i en flertrinnsprosess der fire protoner, eller hydrogenkjerner, blir tvunget under ekstrem temperatur og trykk til å smelte sammen i en heliumkjernen, som består av to protoner og to nøytroner. Den resulterende heliumkjernen er omtrent 0,7 prosent mindre massiv enn de fire protonene som gikk inn i reaksjonen. Denne masseforskjellen blir konvertert til energi, ifølge Einsteins berømte ligning E = mc ^ 2, med omtrent to tredjedeler av den energien som sendes ut som gammastråler. (Resten er i form av nøytrinoer, som er ekstremt svakt samvirkende partikler med nesten null masse.) I de senere stadier av en stjerners levetid, når den går tom for hydrogenbrensel, kan den danne stadig mer massive elementer gjennom fusjon, opp til og med jern, men disse reaksjonene produserer en reduserende mengde energi på hvert trinn.
En annen kjent kilde til gammastråler er kjernefysjon. Lawrence Berkeley National Laboratory definerer kjernefysjon som splitting av en tung kjerne i to omtrent like store deler, som da er kjerner av lettere elementer. I denne prosessen, som involverer kollisjoner med andre partikler, blir tunge kjerner, som uran og plutonium, brutt opp i mindre elementer, for eksempel xenon og strontium. De resulterende partiklene fra disse kollisjonene kan deretter påvirke andre tunge kjerner, og sette opp en kjernekjedereaksjon. Energi frigjøres fordi den samlede massen til de resulterende partiklene er mindre enn massen til den opprinnelige tunge kjernen. Denne masseforskjellen konverteres til energi, i henhold til E = mc ^ 2, i form av kinetisk energi fra de mindre kjerner, nøytrinoer og gammastråler.
Andre kilder til gammastråler er alfa-forfall og gamma-forråtnelse. Alfa-forfall oppstår når en tung kjerne avgir en helium-4-kjerne, noe som reduserer atomnummeret med 2 og atomvekten med 4. Denne prosessen kan etterlate kjernen med overflødig energi, som sendes ut i form av en gammastråle. Gamma-forfall oppstår når det er for mye energi i kjernen til et atom, noe som får det til å avgi en gammastråle uten å endre ladning eller massesammensetning.
Gamma-ray terapi
Gamma-stråler brukes noen ganger for å behandle kreftsvulster i kroppen ved å skade svulstcellens DNA. Imidlertid må stor forsiktighet tas, fordi gammastråler også kan skade DNA-en fra omkringliggende sunne vevsceller.
En måte å maksimere doseringen til kreftceller samtidig som eksponeringen for sunt vev minimeres, er å lede flere gammastråler fra en lineær akselerator, eller linac, mot målområdet fra mange forskjellige retninger. Dette er driftsprinsippet for behandlinger av CyberKnife og Gamma Knife.
Gamma Knife radiokirurgi bruker spesialisert utstyr for å fokusere nær 200 bittesmå strålingstråler på en svulst eller et annet mål i hjernen. Hver individuelle stråle har veldig liten effekt på hjernevevet den passerer, men en sterk dose stråling blir levert på det punktet hvor bjelkene møtes, ifølge Mayo Clinic.
Gamma-ray astronomi
En av de mer interessante kildene til gammastråler er gammastråle-bursts (GRBs). Dette er ekstremt høye energi-hendelser som varer fra noen få millisekunder til flere minutter. De ble først observert på 1960-tallet, og de er nå observert et sted på himmelen omtrent en gang om dagen.
Gamma-ray bursts er "den mest energiske formen for lys," ifølge NASA. De lyser hundrevis av ganger lysere enn en typisk supernova og omtrent en billion billion ganger så lyse som solen.
Ifølge Robert Patterson, professor i astronomi ved Missouri State University, ble en gang antatt at GRB-er kom fra de siste stadiene med å fordampe mini-sorte hull. De antas nå å stamme fra kollisjoner av kompakte gjenstander som nøytronstjerner. Andre teorier tilskriver disse hendelsene sammenbruddet av supermassive stjerner for å danne sorte hull.
I begge tilfeller kan GRB produsere nok energi til at de i noen sekunder kan overskride en hel galakse. Fordi jordas atmosfære blokkerer de fleste gammastråler, blir de bare sett med balloner i høy høyde og kretser rundt teleskoper.
Videre lesning:
