Gamma-stråler er en form for elektromagnetisk stråling, ligesom radiobølger, infrarød stråling, ultraviolet stråling, røntgenstråler og mikrobølger. Gamma-stråler kan bruges til behandling af kræft, og gammastråle-bursts undersøges af astronomer.
Elektromagnetisk (EM) stråling transmitteres i bølger eller partikler ved forskellige bølgelængder og frekvenser. Denne brede række bølgelængder er kendt som det elektromagnetiske spektrum. Spektret er generelt opdelt i syv regioner i rækkefølge af faldende bølgelængde og stigende energi og frekvens. De almindelige betegnelser er radiobølger, mikrobølger, infrarødt (IR), synligt lys, ultraviolet (UV), røntgenstråler og gammastråler.
Gamma-stråler falder i intervallet af EM-spektret over bløde røntgenstråler. Gamma-stråler har frekvenser, der er større end ca. 1.018 cyklusser pr. Sekund, eller hertz (Hz), og bølgelængder på mindre end 100 picometer (pm) eller 4 x 10 ^ 9 inches. (Et picometer er en billion billion. Meter.)
Gamma-stråler og hårde røntgenstråler overlapper hinanden i EM-spektret, hvilket kan gøre det svært at differentiere dem. I nogle felter, såsom astrofysik, trækkes en vilkårlig linje i spektret, hvor stråler over en bestemt bølgelængde klassificeres som røntgenstråler, og stråler med kortere bølgelængder klassificeres som gammastråler. Både gammastråler og røntgenstråler har nok energi til at forårsage skade på levende væv, men næsten alle kosmiske gammastråler er blokeret af Jordens atmosfære.
Opdagelse af gammastråler
Gamma-stråler blev først observeret i 1900 af den franske kemiker Paul Villard, da han undersøgte stråling fra radium, ifølge det australske agentur for strålingsbeskyttelse og nuklear sikkerhed (ARPANSA). Få år senere foreslog den newzealandske kemiker og fysiker Ernest Rutherford navnet "gamma-stråler", efter rækkefølgen af alfa-stråler og beta-stråler - navn, der er givet til andre partikler, der er skabt under en nuklear reaktion - og navnet stak .
Gamma-ray kilder og effekter
Gamma-stråler produceres primært ved fire forskellige nukleare reaktioner: fusion, fission, alpha henfald og gamma henfald.
Kernefusion er den reaktion, der styrker solen og stjernerne. Det forekommer i en multistep-proces, hvor fire protoner eller brintkerner tvinges under ekstrem temperatur og tryk til at smelte sammen i en heliumkerne, der består af to protoner og to neutroner. Den resulterende heliumkerne er ca. 0,7 procent mindre massiv end de fire protoner, der gik ind i reaktionen. Denne masseforskel omdannes til energi i henhold til Einsteins berømte ligning E = mc ^ 2, med cirka to tredjedele af den energi, der udsendes som gammastråler. (Resten er i form af neutrinoer, som er ekstremt svagt interagerende partikler med næsten nul masse.) I de senere stadier af en stjerners levetid, når det løber tør for brændstofbrændstof, kan det danne stadig mere massive elementer gennem fusion, op til og med jern, men disse reaktioner producerer en faldende mængde energi på hvert trin.
En anden velkendt kilde til gammastråler er nuklear fission. Lawrence Berkeley National Laboratory definerer nuklear fission som opdeling af en tung kerne i to nogenlunde lige store dele, som derefter er kerner i lettere elementer. I denne proces, der involverer kollisioner med andre partikler, brydes tunge kerner, såsom uran og plutonium, i mindre elementer, såsom xenon og strontium. De resulterende partikler fra disse kollisioner kan derefter påvirke andre tunge kerner ved at etablere en atomkædereaktion. Energi frigøres, fordi den kombinerede masse af de resulterende partikler er mindre end massen af den oprindelige tunge kerne. Denne masseforskel omdannes til energi ifølge E = mc ^ 2 i form af kinetisk energi fra de mindre kerner, neutrinoer og gammastråler.
Andre kilder til gammastråler er alfa-forfald og gamma-henfald. Alfa-forfald sker, når en tung kerne afgiver en helium-4-kerne, hvilket reducerer dens atomnummer med 2 og dens atomvægt med 4. Denne proces kan efterlade kernen med overskydende energi, der udsendes i form af en gammastråle. Gamma-henfald opstår, når der er for meget energi i et atomkerne, hvilket får det til at udsende en gammastråle uden at ændre dens ladning eller massesammensætning.
Gamma-ray terapi
Gamma-stråler bruges undertiden til behandling af kræftformede tumorer i kroppen ved at skade tumorcellernes DNA. Imidlertid skal man være meget omhyggelig, fordi gammastråler også kan skade DNA'et i de omgivende sunde vævsceller.
En måde at maksimere doseringen på kræftceller med samtidig minimere eksponeringen for sunde væv er at dirigere flere gammastråler fra en lineær accelerator, eller linac, mod målområdet fra mange forskellige retninger. Dette er driftsprincippet for terapi med CyberKnife og Gamma Knife.
Gamma Knife strålekirurgi bruger specialiseret udstyr til at fokusere tæt på 200 små stråler stråler på en tumor eller andet mål i hjernen. Hver individuelle stråle har meget lidt effekt på hjernevævet, den passerer, men en stærk stråledosis leveres på det sted, hvor bjælkerne mødes, ifølge Mayo Clinic.
Gamma-ray astronomi
En af de mere interessante kilder til gammastråler er gamma-ray bursts (GRBs). Dette er ekstremt højenergi-begivenheder, der varer fra et par millisekunder til flere minutter. De blev først observeret i 1960'erne, og de ses nu et sted på himlen omtrent en gang om dagen.
Gamma-ray bursts er ifølge NASA "den mest energiske form for lys". De lyser hundreder af gange lysere end en typisk supernova og omkring en million billioner gange så lys som solen.
Ifølge Robert Patterson, professor i astronomi ved Missouri State University, blev GRB'er engang tænkt at komme fra de sidste faser af fordampning af mini-sorte huller. De antages nu at stamme fra kollisioner af kompakte genstande som neutronstjerner. Andre teorier tilskriver disse begivenheder sammenbruddet af supermassive stjerner for at danne sorte huller.
I begge tilfælde kan GRB'er producere nok energi til, at de i nogle få sekunder kan overskride en hel galakse. Fordi Jordens atmosfære blokerer for de fleste gammastråler, ses de kun med højhøjde balloner og kredsende teleskoper.
Yderligere læsning:
