Gama ışınları, radyo dalgaları, kızılötesi radyasyon, ultraviyole radyasyon, X-ışınları ve mikrodalgalar gibi bir elektromanyetik radyasyon türüdür. Gama ışınları kanseri tedavi etmek için kullanılabilir ve gama ışını patlamaları astronomlar tarafından incelenir.
Elektromanyetik (EM) radyasyon, farklı dalga boylarında ve frekanslarda dalgalar veya parçacıklar halinde iletilir. Bu geniş dalga boyu aralığı elektromanyetik spektrum olarak bilinir. Spektrum, dalga boyunun azalması ve enerji ve frekansın artması için genellikle yedi bölgeye ayrılır. Yaygın gösterimler radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi (IR), görünür ışık, ultraviyole (UV), X ışınları ve gama ışınlarıdır.
Gama ışınları yumuşak X ışınlarının üzerindeki EM spektrumu aralığındadır. Gama ışınları, saniyede yaklaşık 1.018 devirden daha büyük frekanslara veya hertz (Hz) ve 100 pikometreden (pm) daha düşük dalga boylarına veya 4 x 10 ^ 9 inç'e sahiptir. (Pikometre, bir metrenin trilyonda biridir.)
Gama ışınları ve sert X ışınları EM spektrumunda üst üste biner ve bu da onları ayırt etmeyi zorlaştırabilir. Astrofizik gibi bazı alanlarda, spektrumda belirli bir dalga boyunun üzerindeki ışınların X-ışınları ve daha kısa dalga boylarına sahip ışınların gamma ışınları olarak sınıflandırıldığı keyfi bir çizgi çizilir. Hem gama ışınları hem de X-ışınları canlı dokuya zarar vermek için yeterli enerjiye sahiptir, ancak neredeyse tüm kozmik gama ışınları Dünya atmosferi tarafından engellenir.
Gama ışınlarının keşfi
Avustralya Radyasyondan Korunma ve Nükleer Güvenlik Ajansı'na (ARPANSA) göre gama ışınları ilk olarak 1900'de Fransız kimyager Paul Villard tarafından radyumdan radyasyon araştırması sırasında gözlendi. Birkaç yıl sonra, Yeni Zelanda doğumlu kimyager ve fizikçi Ernest Rutherford, nükleer reaksiyon sırasında oluşturulan diğer parçacıklara verilen adlar ve alfa ışınlarının ve beta ışınlarının sırasını takiben "gama ışınları" adını önerdi ve isim takıldı .
Gama ışını kaynakları ve etkileri
Gama ışınları öncelikle dört farklı nükleer reaksiyonla üretilir: füzyon, fisyon, alfa bozunması ve gama bozunması.
Nükleer füzyon, güneşe ve yıldızlara güç veren tepkidir. Dört protonun veya hidrojen çekirdeklerinin, aşırı sıcaklık ve basınç altında, iki proton ve iki nötron içeren bir helyum çekirdeğine kaynaşmaya zorlandığı çok aşamalı bir işlemde ortaya çıkar. Ortaya çıkan helyum çekirdeği, reaksiyona giren dört protondan yaklaşık yüzde 0.7 daha az masiftir. Einstein'ın ünlü E = mc ^ 2 denklemine göre bu kütle farkı enerjiye dönüştürülür ve bu enerjinin yaklaşık üçte ikisi gama ışınları olarak yayılır. (Geri kalanlar neredeyse sıfır kütle ile son derece zayıf bir şekilde etkileşen parçacıklar olan nötrino şeklindedir.) Bir yıldızın ömrünün sonraki aşamalarında, hidrojen yakıtı bittiğinde, füzyon yoluyla giderek daha büyük elementler oluşturabilir, yukarı ancak bu reaksiyonlar her aşamada azalan miktarda enerji üretir.
Bilinen başka bir gama ışını kaynağı nükleer fizyondur. Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı, nükleer fizyonu, ağır bir çekirdeğin kabaca eşit olan iki parçaya bölünmesi olarak tanımlar ve bunlar daha hafif elementlerin çekirdeğidir. Diğer parçacıklarla çarpışmaları içeren bu süreçte, uranyum ve plütonyum gibi ağır çekirdekler, ksenon ve stronsiyum gibi daha küçük elementlere ayrılır. Bu çarpışmalardan ortaya çıkan parçacıklar daha sonra bir nükleer zincir reaksiyonu oluşturarak diğer ağır çekirdekleri etkileyebilir. Elde edilen parçacıkların birleşik kütlesi, orijinal ağır çekirdeğin kütlesinden daha az olduğu için enerji açığa çıkar. Bu kütle farkı, E = mc ^ 2'ye göre, daha küçük çekirdeklerin, nötrinoların ve gama ışınlarının kinetik enerjisi biçiminde enerjiye dönüştürülür.
Diğer gama ışını kaynakları alfa bozunması ve gama bozunmasıdır. Alfa çürümesi, ağır bir çekirdek, helyum-4 çekirdeğini verdiğinde, atom numarasını 2 ve atom ağırlığını 4 oranında azaltır. Bu işlem, çekirdeği bir gama ışını şeklinde yayılan fazla enerjiyle bırakabilir. Gama bozunması, bir atomun çekirdeğinde çok fazla enerji olduğunda, yükünü veya kütle kompozisyonunu değiştirmeden bir gama ışını yaymasına neden olduğunda ortaya çıkar.
Gama ışını tedavisi
Gama ışınları bazen tümör hücrelerinin DNA'sına zarar vererek vücuttaki kanserli tümörleri tedavi etmek için kullanılır. Bununla birlikte, büyük bir dikkat gösterilmelidir, çünkü gama ışınları çevredeki sağlıklı doku hücrelerinin DNA'sına da zarar verebilir.
Sağlıklı dokulara maruz kalmayı en aza indirirken kanser hücrelerine dozajı en üst düzeye çıkarmanın bir yolu, birçok gama ışını demetini doğrusal bir hızlandırıcıdan veya linaktan birçok farklı yönden hedef bölgeye yönlendirmektir. Bu CyberKnife ve Gamma Knife terapilerinin çalışma prensibidir.
Gamma Knife radyocerrahi, bir tümör veya beyindeki başka bir hedefe 200'e yakın küçük ışın demeti odaklamak için özel ekipman kullanır. Mayo Clinic'e göre, her bir ışının içinden geçtiği beyin dokusu üzerinde çok az etkisi vardır, ancak ışınların buluştuğu noktada güçlü bir doz radyasyon verilir.
Gama ışını astronomi
Gama ışınlarının daha ilginç kaynaklarından biri gama ışını patlamalarıdır (GRB'ler). Bunlar birkaç milisaniyeden birkaç dakikaya kadar süren son derece yüksek enerjili olaylardır. İlk olarak 1960'larda gözlemlendiler ve şimdi günde yaklaşık bir kez gökyüzünde bir yerde gözlemleniyorlar.
NASA'ya göre, gama ışını patlamaları "ışığın en enerjik şekli" dir. Tipik bir süpernovadan yüzlerce kat daha parlak ve güneşten yaklaşık milyon trilyon kat daha parlaktırlar.
Missouri Eyalet Üniversitesi'nde bir astronomi profesörü olan Robert Patterson'a göre, GRB'lerin bir zamanlar mini kara deliklerin buharlaşmasının son aşamalarından geldiği düşünülüyordu. Artık nötron yıldızları gibi kompakt nesnelerin çarpışmasından kaynaklandığına inanılıyor. Diğer teoriler bu olayları kara delikler oluşturmak için süper kütleli yıldızların çöküşüne bağlar.
Her iki durumda da, GRB'ler birkaç saniye boyunca tüm galaksiyi gölgede bırakabilecek kadar enerji üretebilir. Dünya atmosferi çoğu gama ışını engellediğinden, yalnızca yüksek irtifa balonları ve yörüngeli teleskoplarla görülürler.
Daha fazla okuma:
