Gama žarki so oblika elektromagnetnega sevanja, prav tako radijski valovi, infrardeče sevanje, ultravijolično sevanje, rentgenski žarki in mikrovalovi. Gama-žarke lahko uporabimo za zdravljenje raka, astronomi pa preučujejo razpoke gama-žarkov.
Elektromagnetno (EM) sevanje se prenaša v valovih ali delcih z različno valovno dolžino in frekvenco. Ta širok razpon valovnih dolžin je znan kot elektromagnetni spekter. Spekter je na splošno razdeljen na sedem regij, da bi se zmanjšala valovna dolžina in povečala energija in frekvenca. Pogoste oznake so radijski valovi, mikrovalovne pečice, infrardeči (IR), vidna svetloba, ultravijolični (UV), rentgenski in gama žarki.
Gama žarki padejo v območju spektra EM nad mehkimi rentgenskimi žarki. Gama žarki imajo frekvence večje od približno 1.018 ciklov na sekundo ali hertz (Hz) in valovne dolžine manj kot 100 pikometer (pm) ali 4 x 10 ^ 9 palcev. (Pikometer je ena trilijona metra.)
Gama žarki in trdni rentgenski žarki se v EM spektru prekrivajo, zaradi česar jih je težko razlikovati. Na nekaterih področjih, kot je astrofizika, je v spektru narisana poljubna črta, kjer žarke nad določeno valovno dolžino uvrščamo med rentgene, žarke s krajšo valovno dolžino pa razvrščamo med gama žarke. Tako gama-žarki kot rentgenski žarki imajo dovolj energije, da poškodujejo živo tkivo, vendar skoraj vsi kozmični gama-žarki blokirajo Zemljino atmosfero.
Odkritje gama žarkov
Gama-žarke je prvič opazil leta 1900 francoski kemik Paul Villard, ko je raziskal sevanje radija, poroča avstralska agencija za zaščito pred sevanjem in jedrsko varnost (ARPANSA). Nekaj let pozneje je novozelandski kemik in fizik Ernest Rutherford predlagal ime "gama-žarki" po vrstnem redu alfa-žarkov in beta-žarkov - imena, ki so jih dali drugim delcem, ki nastanejo med jedrsko reakcijo - in ime se je zataknilo .
Viri in učinki gama žarkov
Gama-žarki nastajajo predvsem s štirimi različnimi jedrskimi reakcijami: zlitje, cepljenje, razpad alfa in razpad gama.
Jedrska fuzija je reakcija, ki napaja sonce in zvezde. Pojavlja se v večstopenjskem postopku, v katerem se pod ekstremno temperaturo in pritiskom štiri protone ali vodikova jedra prisilijo, da se zlijejo v helijevo jedro, ki obsega dva protona in dva nevtrona. Nastalo helijevo jedro je približno 0,7 odstotka manj masivno kot štirje protoni, ki so šli v reakcijo. Ta razlika v masi se pretvori v energijo po Einsteinovi znani enačbi E = mc ^ 2, pri čemer se približno dve tretjini te energije oddaja kot gama žarki. (Ostalo je v obliki nevtrinov, ki so izjemno šibki medsebojni delci s skoraj nič maso.) V kasnejših fazah življenjske dobe zvezde, ko ji zmanjka vodikovega goriva, lahko z zlitjem tvori vedno bolj masivne elemente, navzgor do železa in vključujoč, vendar te reakcije na vsaki stopnji proizvajajo manjšo količino energije.
Drugi znani vir gama žarkov je jedrska cepitev. Lawrence Berkeley National Laboratory definira jedrsko cepitev kot cepitev težkega jedra na dva približno enaka dela, ki sta nato jedra lažjih elementov. V tem procesu, ki vključuje trke z drugimi delci, se težka jedra, kot sta uran in plutonij, razbijejo na manjše elemente, kot sta ksenon in stroncij. Delci, ki nastanejo pri teh trkih, lahko nato vplivajo na druga težka jedra in vzpostavijo jedrsko verižno reakcijo. Energija se sprosti, ker je skupna masa nastalih delcev manjša od mase prvotnega težkega jedra. Ta masna razlika se po E = mc ^ 2 pretvori v energijo v obliki kinetične energije manjših jeder, nevtrinov in gama-žarkov.
Drugi viri gama-žarkov so razpad alfa in gama. Razpad alfe se pojavi, ko težko jedro oddaja jedro helija-4, zmanjša njegovo atomsko število za 2, atomsko težo pa za 4. Ta postopek lahko pusti jedro z odvečno energijo, ki se oddaja v obliki gama-žarkov. Razpad gama se pojavi, kadar je v jedru atoma preveč energije, zaradi česar oddaja gama-žarke, ne da bi spremenil svoj naboj ali masno sestavo.
Terapija z gama žarki
Gama-žarki se včasih uporabljajo za zdravljenje rakavih tumorjev v telesu, tako da poškodujejo DNK tumorskih celic. Vendar je treba biti zelo previden, saj gama-žarki lahko tudi poškodujejo DNK okoliških zdravih celic tkiva.
Eden od načinov za povečanje odmerjanja rakavih celic ob zmanjšanju izpostavljenosti zdravim tkivom je usmerjanje več gama žarkov z linearnega pospeševalnika ali linaka na ciljno območje iz različnih smeri. To je načelo delovanja terapij z CyberKnife in Gamma Knife.
Radiokirurgija Gamma Knife uporablja specializirano opremo za fokusiranje blizu 200 drobnih žarkov sevanja na tumor ali drugo tarčo v možganih. Vsak posamezen žarek ima zelo malo vpliva na možgansko tkivo, skozi katerega prehaja, vendar se na mestu, kjer se žarki srečajo, odda močan odmerek sevanja, poroča klinika Mayo.
Astronomija gama žarkov
Eden bolj zanimivih virov gama-žarkov so gama žarki (GRB-ji). To so izjemno visokoenergijski dogodki, ki trajajo od nekaj milisekund do nekaj minut. Prvič so jih opazili v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, zdaj pa jih nekje na nebu opazimo približno enkrat na dan.
Nasipi gama žarkov so "najbolj energična oblika svetlobe", poroča NASA. Sijajo stotine krat svetlejše od običajne supernove in približno milijon trilijonov krat svetlejše kot sonce.
Po besedah Roberta Pattersona, profesorja astronomije na državni univerzi v Missouriju, so nekoč mislili, da GRB prihajajo iz zadnjih faz izhlapevanja mini črnih lukenj. Zdaj se verjame, da nastajajo v trkih kompaktnih predmetov, kot so nevtronske zvezde. Druge teorije pripisujejo tem dogodkom propad supermasivnih zvezd, da nastanejo črne luknje.
V obeh primerih lahko GRB proizvedejo dovolj energije, da lahko v nekaj sekundah zasenčijo celotno galaksijo. Ker zemeljska atmosfera blokira večino gama žarkov, jih vidimo le z visokoletečimi baloni in z orbiti teleskopov.
Nadaljnje branje:
