Gammakiirgus on elektromagnetilise kiirguse vorm, nagu ka raadiolained, infrapunakiirgus, ultraviolettkiirgus, röntgenikiirgus ja mikrolained. Gammakiiri saab kasutada vähi raviks ja gammakiirguse purke uurivad astronoomid.
Elektromagnetiline (EM) kiirgus kandub lainetesse või osakestesse erineva lainepikkuse ja sagedusega. Seda lainepikkuste laia vahemikku tuntakse elektromagnetilise spektrina. Spektri jagatakse üldjuhul seitsmeks piirkonnaks väheneva lainepikkuse ning energia ja sageduse suurenemise järjekorras. Tavalisemad tähistused on raadiolained, mikrolained, infrapuna (IR), nähtav valgus, ultraviolett (UV), röntgenikiirgus ja gammakiirgus.
Gammakiired langevad EM-spektri vahemikku pehmete röntgenkiirte kohal. Gammakiirte sagedused on suuremad kui umbes 1,018 tsüklit sekundis ehk hertsid (Hz) ja lainepikkused on väiksemad kui 100 pikomeetrit (pm) ehk 4 x 10 ^ 9 tolli. (Pikomeeter on üks triljond meetrist.)
Gammakiirgus ja kõva röntgenikiirgus kattuvad EM-spektris, mis võib muuta nende eristamise raskeks. Mõnes valdkonnas, näiteks astrofüüsika, tõmmatakse spektrisse suvaline joon, kus teatud lainepikkusest kõrgemad kiired klassifitseeritakse röntgenkiirteks ja lühema lainepikkusega kiired klassifitseeritakse gammakiirteks. Nii gamma- kui ka röntgenikiirgusel on piisavalt energiat, et tekitada eluskoele kahju, kuid Maa atmosfäär blokeerib peaaegu kõik kosmilised gammakiired.
Gammakiirte avastamine
Austraalia kiirguskaitse- ja tuumaohutusagentuuri (ARPANSA) andmetel vaatas gammakiiri esmakordselt 1900. aastal prantsuse keemik Paul Villard, kui ta uuris raadiokiirgust. Mõni aasta hiljem pakkus Uus-Meremaal sündinud keemik ja füüsik Ernest Rutherford välja nime "gammakiired", järgides alfa- ja beetakiirte - nimed, mis antakse teistele tuumareaktsiooni käigus tekkivatele osakestele - ja nimi takerdus .
Gammakiirguse allikad ja efektid
Gammakiiri tekitavad peamiselt neli erinevat tuumareaktsiooni: termotuumasüntees, lõhustumine, alfa lagunemine ja gamma lagunemine.
Tuumasüntees on reaktsioon, mis võimendab päikest ja tähti. See toimub mitmeastmelise protsessi käigus, kus neli prootonit või vesiniku tuuma sunnitakse äärmuslikul temperatuuril ja rõhul sulanduma heeliumi tuuma, mis koosneb kahest prootonist ja kahest neutronist. Saadud heeliumituum on umbes 0,7 protsenti vähem massiivne kui neli prootonit, mis reaktsiooni läksid. See massierinevus teisendatakse energiaks vastavalt Einsteini kuulsale võrrandile E = mc ^ 2, umbes 2/3 sellest energiast eraldub gammakiirte kujul. (Ülejäänud osa on neutriinode kujul, mis on äärmiselt nõrga vastasmõjuga osakesed ja mille mass on peaaegu null.) Tähe eluea hilisematel etappidel, kui selle vesinikkütus otsa saab, võib see moodustada sulandumisel üha massiivsemaid elemente. rauale (kaasa arvatud), kuid need reaktsioonid annavad igas etapis väheneva energiakoguse.
Veel üks tuttav gammakiirte allikas on tuuma lõhustumine. Lawrence Berkeley riiklik labor määratleb tuuma lõhustumist kui raske tuuma jagamist kaheks umbes võrdseks osaks, mis on seejärel kergemate elementide tuumad. Selles protsessis, mis hõlmab kokkupõrkeid teiste osakestega, purustatakse rasked tuumad, näiteks uraan ja plutoonium, väiksemateks elementideks, näiteks ksenoon ja strontsium. Nendest kokkupõrgetest tulenevad osakesed võivad seejärel mõjutada teisi raskeid tuumasid, luues tuumaahela reaktsiooni. Energia vabaneb, kuna saadud osakeste ühendatud mass on väiksem kui algse raske tuuma mass. See massierinevus teisendatakse energiaks vastavalt E = mc ^ 2 väiksemate tuumade, neutrinode ja gammakiirte kineetilise energia kujul.
Muud gammakiirte allikad on alfa lagunemine ja gamma lagunemine. Alfa lagunemine toimub siis, kui raske tuum eraldab heelium-4 tuuma, vähendades selle aatomiarvu 2 ja selle aatommassi 4 võrra. See protsess võib jätta tuuma liigse energiaga, mis eraldub gammakiire kujul. Gamma lagunemine toimub siis, kui aatomi tuumas on liiga palju energiat, mille tagajärjel see eraldab gammakiirgust, muutmata selle laengut ega massikompositsiooni.
Gammakiirgusteraapia
Gammakiiri kasutatakse mõnikord vähkkasvajate raviks kehas, kahjustades kasvajarakkude DNA-d. Siiski tuleb olla väga ettevaatlik, kuna gammakiired võivad kahjustada ka ümbritsevate tervete kudede rakkude DNA-d.
Üks viis, kuidas maksimeerida vähirakkudele annustamist, minimeerides samal ajal kokkupuudet tervete kudedega, on suunata lineaarsest kiirendist või linakist mitu gammakiirt sihtpiirkonda mitmest eri suunast. See on CyberKnife ja Gamma Knife teraapiate tööpõhimõte.
Gamma Knife radiosurgery kasutab spetsiaalseid seadmeid, et fokuseerida ligi 200 pisikest kiirguskiirt aju tuumorile või muule sihtmärgile. Iga üksik kiir mõjutab ajukoe, mida see läbib, väga vähe, kuid Mayo kliiniku andmetel edastatakse kiirte kokkupuutepunkt tugevat kiirgusdoosi.
Gammakiire astronoomia
Üks huvitavamaid gammakiirte allikaid on gammakiirguspursked (GRB). Need on äärmiselt suure energiatarbega sündmused, mis kestavad mõnest millisekundist mitme minutini. Esmakordselt täheldati neid 1960. aastatel ja nüüd on neid täheldatud kuskil taevas umbes kord päevas.
NASA andmetel on gammakiirguspursked "valguse kõige energilisem vorm". Nad säravad sadu kordi eredamalt kui tüüpiline supernoova ja umbes miljon triljonit korda eredamalt kui päike.
Missouri Riikliku Ülikooli astronoomiaprofessori Robert Pattersoni sõnul arvati, et GRB-d pärinevad mustade mustade aukude aurustamise viimastest etappidest. Nüüd arvatakse, et need pärinevad kompaktsete objektide, näiteks neutrontähtede kokkupõrgetest. Teised teooriad omistavad need sündmused supermassiivsete tähtede kokkuvarisemisele, moodustades mustad augud.
Mõlemal juhul suudavad GRB-d toota piisavalt energiat, et mõne sekundi jooksul suudaksid nad terve galaktika üle elada. Kuna Maa atmosfäär blokeerib enamikku gammakiiri, on neid näha ainult kõrgmäestiku õhupallide ja tiirlevate teleskoopide abil.
Lisalugemist:
