Sinar gamma adalah bentuk radiasi elektromagnetik, seperti gelombang radio, sinaran inframerah, sinaran ultraviolet, sinar-X dan gelombang mikro. Sinar gamma boleh digunakan untuk merawat kanser, dan letupan sinar gamma dikaji oleh ahli astronomi.
Radiasi elektromagnet (EM) ditransmisikan dalam gelombang atau zarah pada panjang gelombang dan frekuensi yang berbeza. Julat panjang gelombang ini dikenali sebagai spektrum elektromagnet. Spektrum secara amnya dibahagikan kepada tujuh wilayah dalam rangka menurunkan panjang gelombang dan meningkatkan tenaga dan frekuensi. Penamaan umum ialah gelombang radio, gelombang mikro, inframerah (IR), cahaya kelihatan, ultraviolet (UV), X-ray dan gamma-ray.
Sinar gamma jatuh dalam pelbagai spektrum EM di atas sinar-X lembut. Gamma-ray mempunyai frekuensi yang lebih besar daripada kira-kira 1,018 kitaran sesaat, atau hertz (Hz), dan panjang gelombang kurang daripada 100 picometer (pm), atau 4 x 10 ^ 9 inci. (A picometer adalah satu per trillionth meter).
Gamma-sinar dan X-ray keras bertindih dalam spektrum EM, yang boleh menjadikannya sukar untuk membezakannya. Dalam beberapa bidang, seperti astrofisika, garisan sewenang-wenangnya ditarik dalam spektrum di mana sinar di atas gelombang panjang tertentu diklasifikasikan sebagai sinar-X dan sinar dengan panjang gelombang yang lebih pendek diklasifikasikan sebagai sinar gamma. Kedua-dua sinar gamma dan X-ray mempunyai tenaga yang mencukupi untuk menyebabkan kerosakan pada tisu hidup, tetapi hampir semua sinar gamma kosmik disekat oleh atmosfer bumi.
Penemuan gamma-ray
Sinar gamma pertama kali diperhatikan pada tahun 1900 oleh ahli kimia Perancis Paul Villard ketika dia menyiasat radiasi dari radium, menurut Perlindungan Radiasi Australia dan Agensi Keselamatan Nuklear (ARPANSA). Beberapa tahun kemudian, ahli kimia dan fizik yang dilahirkan di New Zealand, Ernest Rutherford mencadangkan nama "sinar gamma," mengikuti susunan sinar alfa dan sinar beta - nama-nama yang diberikan kepada zarah-zarah lain yang dicipta semasa reaksi nuklear - dan nama yang terperangkap .
Sumber dan kesan sinar gamma
Sinar gamma dihasilkan terutamanya oleh empat reaksi nuklear yang berbeza: peleburan, pembelahan, kerosakan alfa dan kerosakan gamma.
Gabungan nuklear adalah tindak balas yang menguatkan matahari dan bintang. Ia berlaku dalam proses multistep di mana empat proton, atau nukleus hidrogen, dipaksa di bawah suhu dan tekanan yang melampau untuk menggabungkan ke dalam nukleus helium, yang terdiri daripada dua proton dan dua neutron. Nukleus helium yang dihasilkan adalah kira-kira 0.7 peratus kurang besar daripada empat proton yang masuk ke dalam tindak balas. Perbezaan jisim itu diubah menjadi tenaga, menurut persamaan terkenal Einstein E = mc ^ 2, dengan kira-kira dua pertiga daripada tenaga yang dipancarkan sebagai sinar gamma. (Selebihnya adalah dalam bentuk neutrinos, yang sangat lemah berinteraksi zarah dengan hampir nol massa.) Di peringkat akhir hayat bintang, apabila ia kehabisan bahan api hidrogen, ia dapat membentuk elemen yang semakin besar melalui peleburan, ke atas dan termasuk besi, tetapi reaksi-reaksi ini menghasilkan penurunan tenaga pada setiap peringkat.
Sumber sinar gamma yang lain adalah pembelahan nuklear. Makmal Kebangsaan Lawrence Berkeley mentakrifkan pembelahan nuklear sebagai pemisahan nukleus berat menjadi dua bahagian yang hampir sama, yang kemudian menjadi nukleus elemen ringan. Dalam proses ini, yang melibatkan perlanggaran dengan zarah lain, nukleus berat, seperti uranium dan plutonium, dipecah menjadi unsur yang lebih kecil, seperti xenon dan strontium. Zarah-zarah yang dihasilkan dari perlanggaran ini kemudiannya boleh memberi kesan kepada nukleus berat lain, membentuk reaksi rantai nuklear. Tenaga dilepaskan kerana jisim gabungan zarah-zarah yang dihasilkan adalah kurang daripada jisim nukleus berat asal. Perbezaan jisim itu ditukarkan kepada tenaga, menurut E = mc ^ 2, dalam bentuk tenaga kinetik nukleus, neutrinos dan sinar gamma yang lebih kecil.
Sumber lain sinar gamma adalah peluruhan alfa dan kerosakan gamma. Pereputan alfa berlaku apabila nukleus berat mengeluarkan nukleus helium-4, mengurangkan bilangan atomnya dengan 2 dan berat atomnya dengan 4. Proses ini boleh meninggalkan nukleus dengan tenaga yang berlebihan, yang dipancarkan dalam bentuk sinar gamma. Kerosakan gamma berlaku apabila terlalu banyak tenaga dalam nukleus atom, menyebabkan ia mengeluarkan sinar gamma tanpa menukar muatannya atau komposisi massa.
Terapi sinar gamma
Sinar gamma kadang-kadang digunakan untuk merawat tumor kanser di dalam badan dengan merosakkan DNA sel-sel tumor. Walau bagaimanapun, penjagaan yang baik mesti diambil, kerana gamma-ray juga boleh merosakkan DNA sel-sel tisu yang sihat.
Salah satu cara untuk memaksimumkan dos ke sel-sel kanser di samping meminimumkan pendedahan kepada tisu-tisu yang sihat adalah untuk mengarahkan pelbagai rasuk sinar gamma dari pemecut linear, atau linac, ke kawasan sasaran dari pelbagai arah yang berbeza. Inilah prinsip operasi terapi CyberKnife dan Gamma Knife.
Radiosurgeri pisau pisau menggunakan peralatan khusus untuk memberi tumpuan kepada 200 sinaran radiasi kecil pada tumor atau sasaran lain di otak. Setiap rasuk individu mempunyai kesan yang sangat kecil ke atas tisu otak yang dilalui, tetapi dos radiasi yang kuat disampaikan pada titik di mana rasuk bertemu, menurut Mayo Clinic.
Gamma-ray astronomi
Salah satu sumber sinaran gamma yang lebih menarik adalah pecah sinar gamma (GRBs). Ini adalah peristiwa yang sangat tinggi tenaga yang terakhir dari beberapa milisaat hingga beberapa minit. Mereka pertama kali diperhatikan pada tahun 1960-an, dan kini mereka diperhatikan di suatu tempat di langit kira-kira sekali sehari.
Pucuk sinar gamma adalah "bentuk cahaya yang paling bertenaga," menurut NASA. Mereka bersinar beratus kali lebih cerah daripada supernova biasa dan kira-kira sejuta-trilion kali lebih cerah seperti matahari.
Menurut Robert Patterson, seorang profesor astronomi di Missouri State University, GRBs pernah dianggap datang dari peringkat terakhir menguap lubang hitam mini. Mereka kini dipercayai berasal dari perlanggaran objek padat seperti bintang neutron. Teori-teori lain menyifatkan peristiwa-peristiwa ini untuk runtuh bintang supermasif untuk membentuk lubang hitam.
Dalam kedua-dua kes, GRBs dapat menghasilkan tenaga yang cukup, selama beberapa saat, mereka dapat mengatasi seluruh galaksi. Kerana atmosfer bumi menghalang sinar gamma yang paling banyak, mereka hanya dilihat dengan belon tinggi dan teleskop yang mengorbit.
Bacaan lanjut:
