Gamma stari ir elektromagnētiskā starojuma forma, tāpat kā radioviļņi, infrasarkanais starojums, ultravioletais starojums, rentgenstari un mikroviļņi. Gamma starus var izmantot vēža ārstēšanai, un gamma staru pārrāvumus pēta astronomi.
Elektromagnētiskais (EM) starojums tiek pārraidīts viļņos vai daļiņās ar dažādu viļņu garumu un frekvenci. Šis plašais viļņu garumu diapazons ir pazīstams kā elektromagnētiskais spektrs. Spektru parasti sadala septiņos reģionos, samazinoties viļņu garumam un palielinot enerģiju un frekvenci. Parastie apzīmējumi ir radioviļņi, mikroviļņi, infrasarkanais (IR), redzamā gaisma, ultravioletais (UV), rentgena un gamma stari.
Gamma stari ietilpst EM spektra diapazonā virs mīkstajiem rentgena stariem. Gamma staru frekvences ir lielākas par aptuveni 1 018 cikliem sekundē vai herci (Hz), un viļņu garums ir mazāks par 100 pikometriem (pm) vai 4 x 10 ^ 9 collas. (Pikometrs ir viena triljonā metra.)
EM spektrā gamma un cietie rentgenstari pārklājas, kas var apgrūtināt to diferenciāciju. Dažos laukos, piemēram, astrofizikā, spektrā tiek novilkta patvaļīga līnija, kur stari, kas pārsniedz noteiktu viļņa garumu, tiek klasificēti kā rentgena stari, bet stari ar īsāku viļņu garumu tiek klasificēti kā gamma stari. Gan gamma stariem, gan rentgenstariem ir pietiekami daudz enerģijas, lai nodarītu kaitējumu dzīvajiem audiem, taču gandrīz visus kosmiskos gamma starus bloķē Zemes atmosfēra.
Gamma staru atklāšana
Austrālijas Radiācijas aizsardzības un kodoldrošības aģentūra (ARPANSA) ziņoja, ka gamma starus pirmo reizi novēroja 1900. gadā franču ķīmiķis Pols Villārs, kad viņš pētīja radiuma starojumu. Dažus gadus vēlāk Jaunzēlandē dzimušais ķīmiķis un fiziķis Ernests Rūterfords ierosināja nosaukumu "gamma-stari", sekojot alfa un beta staru secībai - nosaukumiem, kas tiek piešķirti citām daļiņām, kas tiek veidotas kodolreakcijas laikā, un nosaukums iestrēdzis .
Gamma staru avoti un efekti
Gamma starus galvenokārt rada četras dažādas kodolreakcijas: saplūšana, skaldīšana, alfa sabrukšana un gamma sabrukšana.
Kodolsintēze ir reakcija, kas dod spēku saulei un zvaigznēm. Tas notiek daudzpakāpju procesā, kurā četrus protonus jeb ūdeņraža kodolus zemākā temperatūrā un spiedienā piespiež saplūst hēlija kodolā, kas sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem. Iegūtais hēlija kodols ir par aptuveni 0,7 procentiem mazāks nekā četri protoni, kas devās reakcijā. Šī masu starpība tiek pārveidota enerģijā saskaņā ar Einšteina slaveno vienādojumu E = mc ^ 2 ar apmēram divām trešdaļām šīs enerģijas, kas izstarota kā gamma stari. (Pārējais ir neitrīno formā, kas ir ārkārtīgi vāji mijiedarbīgas daļiņas ar gandrīz nulles masu.) Zvaigznes dzīves vēlākajos posmos, kad tajā trūkst ūdeņraža degvielas, saplūšanas laikā tā var veidot arvien masīvākus elementus. uz un ieskaitot dzelzi, taču šīs reakcijas katrā posmā rada samazinātu enerģijas daudzumu.
Vēl viens pazīstams gamma staru avots ir kodola skaldīšana. Lawrence Berkeley Nacionālā laboratorija kodola skaldīšanu definē kā smagā kodola sadalīšanu divās aptuveni vienādās daļās, kas pēc tam ir vieglāku elementu kodoli. Šajā procesā, kas saistīts ar sadursmēm ar citām daļiņām, smagie kodoli, piemēram, urāns un plutonijs, tiek sadalīti mazākos elementos, piemēram, ksenonā un stroncijā. Šajās sadursmēs iegūtās daļiņas var ietekmēt citus smagos kodolus, izveidojot kodolķēdes reakciju. Enerģija tiek atbrīvota, jo iegūto daļiņu kopējā masa ir mazāka par sākotnējā smagā kodola masu. Masu starpību pārvērš enerģijā atbilstoši E = mc ^ 2 mazāko kodolu, neitrīno un gamma staru kinētiskās enerģijas veidā.
Citi gamma staru avoti ir alfa un gamma sabrukšana. Alfa sabrukšana notiek, kad smagais kodols izdala hēlija-4 kodolu, samazinot tā atomu skaitu par 2 un tā atomu svaru par 4. Šis process var atstāt kodolu ar lieko enerģiju, kas tiek izstarota gamma starojuma veidā. Gamma mazināšanās notiek, ja atoma kodolā ir pārāk daudz enerģijas, liekot tam izstarot gamma starojumu, nemainot tā lādiņu vai masas sastāvu.
Gamma-staru terapija
Gamma-starus dažreiz izmanto vēža audzēju ārstēšanai ķermenī, sabojājot audzēja šūnu DNS. Tomēr ir jāpievērš īpaša uzmanība, jo gamma stari var sabojāt arī apkārtējo veselo audu šūnu DNS.
Viens no veidiem, kā maksimāli palielināt devu vēža šūnām, vienlaikus samazinot iedarbību uz veseliem audiem, ir novirzīt vairākus gamma staru starus no lineārā paātrinātāja vai linaka uz mērķa reģionu no daudziem dažādiem virzieniem. Tas ir CyberKnife un Gamma Knife terapijas darbības princips.
Radiosurgery Gamma Knife izmanto specializētu aprīkojumu, lai koncentrētu gandrīz 200 sīkus starojuma starus uz audzēju vai citu smadzeņu mērķi. Katram atsevišķam staru kūlim ir ļoti maza ietekme uz smadzeņu audiem, ko tas šķērso, bet spēcīgu starojuma devu piegādā no vietas, kur sijas satiekas, saskaņā ar Mayo Clinic.
Gamma-staru astronomija
Viens no interesantākajiem gamma staru avotiem ir gamma staru pārrāvumi (GRB). Šie ir ārkārtīgi augstas enerģijas notikumi, kas ilgst no dažām milisekundēm līdz vairākām minūtēm. Pirmoreiz tie tika novēroti 60. gados, un tagad tos novēro kaut kur debesīs apmēram reizi dienā.
Saskaņā ar NASA teikto, gamma staru pārrāvumi ir "visenerģiskākais gaismas veids". Tie spīd simtiem reižu spilgtāk nekā tipiska supernova un apmēram miljonu triljonu reižu tikpat spoži kā saule.
Pēc Roberta Pattersona, Misūri štata universitātes astronomijas profesora, domām, savulaik tika uzskatīts, ka GRB nāk no pēdējiem mini melno caurumu iztvaikošanas posmiem. Tagad tiek uzskatīts, ka to izcelsme ir kompaktu priekšmetu, piemēram, neitronu zvaigznīšu, sadursmēs. Citas teorijas šos notikumus attiecina uz supermasīvo zvaigžņu sabrukumu, veidojot melnos caurumus.
Abos gadījumos GRB var saražot pietiekami daudz enerģijas, lai uz dažām sekundēm varētu pārspēt visu galaktiku. Tā kā Zemes atmosfēra bloķē lielāko daļu gamma staru, tie ir redzami tikai ar liela augstuma baloniem un riņķojošiem teleskopiem.
Papildu informācija:
