Inden for kernefysik studeres de forskellige typer stråling, der findes. I dette tilfælde vil vi fokusere på gammastråler . Disse er elektromagnetiske strålinger, der produceres ved radioaktivt henfald af atomkerner. Gammastråler har den højeste frekvens og er blandt de farligste for mennesker, ligesom anden ioniserende stråling. Dette skyldes, at selvom de ikke har nogen elektrisk ladning, kan de forårsage betydelig skade på menneskelige celler og deres DNA.
Derfor vil vi dedikere denne artikel til at fortælle dig, hvad gammastrålernes egenskaber, betydning og anvendelse er. Vi vil også behandle sundhedsmæssige konsekvenser og anvendelser inden for avancerede teknologier, såsom medicin.
Vigtigste funktioner
Sammenfattende vil vi liste de vigtigste egenskaber ved gammastråler:
- De er partikler, der ikke har mere i ro, da de bevæger sig med lysets hastighed.
- De har heller ingen elektrisk ladning, da de ikke afbøjes af elektriske og magnetiske felter.
- De har meget lidt ioniserende kraft, selvom de er ganske gennemtrængende. Gammastråler af radon de kan gennemgå op til 15 cm stål.
- De er bølger som lys, men meget mere energiske end røntgenstråler.
- En radioaktiv forbindelse, der absorberes i en kirtel og undgår gammastråling, gør det muligt at studere kirtlen ved at få den på en strand.
Gammastråler er meget højfrekvent stråling og er blandt de farligste typer stråling for mennesker, ligesom al ioniserende stråling. Faren ligger i, at de er højenergibølger, der kan skade de molekyler, der udgør cellerne, irreversibelt, hvilket forårsager genetiske mutationer og endda død. På Jorden kan vi observere naturlige kilder til gammastråler i henfaldet af radionuklider og i interaktionen mellem kosmisk stråling og atmosfæren; meget få lynnedslag producerer også denne type stråling. Hvis du ønsker at lære mere om andre typer stråling, kan du desuden læse vores artikel om alt, hvad du behøver at vide om lyn.
Gamma ray egenskaber
Normalt er frekvensen af denne stråling større end 1020 Hz, så den har en energi større end 100 keV og en bølgelængde mindre end 3 × 10-13 m, meget mindre end diameteren på et atom. Interaktioner, der involverer gammastråler af energi fra TeV til PeV, er også blevet undersøgt.
Gamma-stråler er mere gennemtrængende end stråling produceret af andre former for radioaktivt henfald eller alfa-henfald og beta-henfald på grund af den mindre tendens til at interagere med stof. Gamma-stråling består af fotoner. Dette er en væsentlig forskel fra alfa-stråling, der består af heliumkerner og beta-stråling, der består af elektroner.
Fotoner, da de er masseløse, er mindre ioniserende. Ved disse frekvenser kan beskrivelsen af interaktionerne mellem det elektromagnetiske felt og stof ikke ignorere kvantemekanikken. Gammastråler adskiller sig fra røntgenstråler ved deres oprindelse. De produceres ved nukleare eller subatomare overgange, mens røntgenstråler produceres ved energiovergange på grund af elektroner, der bevæger sig fra eksterne kvantiserede energiniveauer til højere interne frie energiniveauer.
Da nogle elektroniske overgange kan overstige energien fra nogle nukleare overgange, kan frekvensen af røntgenstråler med højere energi være højere end frekvensen af gammastråler med lavere energi. Men faktisk er de alle elektromagnetiske bølger, ligesom radiobølger og lys. Hvis du vil vide mere om andre komponenter i spektret, kan du læse vores artikel om spektroskopi: typer og egenskaber.
Materialer fremstillet takket være gammastråler
Det materiale, der kræves til at beskytte mod gammastråler, er meget tykkere end det, der kræves til at beskytte mod alfa- og betapartikler. Disse materialer kan blokeres med et simpelt ark papir (α) eller en tynd metalplade (β). Materialer med højt atomnummer og høj densitet absorberer gammastråler mere effektivt. Faktisk, hvis der kræves 1 cm bly for at reducere intensiteten af gammastråler med 50%, forekommer den samme effekt med 6 cm cement og 9 cm pakket jord.
Afskærmningsmaterialer måles generelt i form af den nødvendige tykkelse til at skære strålingsintensiteten i halve. Jo højere fotonens energi er, jo større er tykkelsen af det krævede skjold.
Derfor er tyk afskærmning nødvendig for at beskytte mennesker, fordi gammastråler og røntgenstråler kan forårsage forbrændinger, kræft og genetiske mutationer. For eksempel bruges det i atomkraftværker til at beskytte stål og cement i pelletindkapsling, mens vand kan forhindre stråling under opbevaring af brændselsstave eller under transport af reaktorkerner. Hvis du vil lære mere om, hvordan lys fungerer i forbindelse med stråling, kan du se vores artikel om, hvad lys er.
applikationer
Ioniserende strålingsbehandling er en fysisk metode, der anvendes til sterilisering af medicinske og hygiejniske materialer, dekontaminering af fødevarer, råvarer og industriprodukter samt dens anvendelse på andre områder , som vi vil se på senere.
Denne proces indebærer at udsætte det færdige emballerede eller bulkprodukt eller stof for ioniserende energi. Dette gøres i et specielt rum kaldet et bestrålingsrum for hver specifik situation og inden for en bestemt tidsperiode. Disse bølger trænger fuldstændigt ind i udsatte produkter, inklusive produkter i flere lag.
Brugen af kobolt-60 til behandling af tumorer er en metode, der i øjeblikket er udbredt i mit land og resten af verden på grund af dens effektivitet og iboende sikkerhed. Det kaldes koboltterapi og indebærer at udsætte tumorvævet for gammastråler.
Til dette formål anvendes en koboltbehandlingsanordning, som har et afskærmet hoved udstyret med kobolt-60 og en anordning, der præcist styrer den eksponering, der kræves i hvert enkelt tilfælde for at behandle sygdommen tilstrækkeligt. For mere information om sorte huller og deres interaktioner med stråling, kan du læse vores artikel om supermassive sorte huller.
Den første kommercielle anvendelse af ioniseringsenergi stammer fra begyndelsen af 1960'erne. I øjeblikket er der omkring 160 bestrålingsanlæg i drift på verdensplan , fordelt i mere end 30 lande, der leverer en bred vifte af tjenester til et stigende antal industrier.
Som du kan se, selvom de er farlige, formår mennesket at bruge gammastråler på mange områder, som det er fremkaldt af medicin. Jeg håber, at du med disse oplysninger kan lære mere om gammastråler og deres egenskaber.