Gama ışını
elektromanyetik spektrum X-ışınlarının elektromanyetik spektrum içindeki diğer elektromanyetik radyasyonla ilişkisi. Ansiklopedi Britannica, Inc.
Gama ışınları, radyoaktif atom çekirdeklerinin parçalanmasında ve bazı atom çekirdeklerinin bozunmasında üretilir. atomaltı parçacıklar . Elektromanyetik spektrumun gama ışını ve X ışını bölgelerinin yaygın olarak kabul edilen tanımları, genellikle bir dalga boyunun onda birkaçından daha kısa olan dalga boylarına sahip olan gama ışını radyasyonu ile bir miktar dalga boyu örtüşmesini içerir. angström (10-10metre) ve gama ışını fotonlar on binlercesinden daha büyük enerjilere sahip elektron volt (eV). Gama ışını fotonlarının enerjileri için teorik bir üst sınır ve gama ışını dalga boyları için alt sınır yoktur; gözlemlenen enerjiler şu anda birkaç trilyon elektron volta kadar uzanıyor - bu aşırı yüksek enerjili fotonlar, astronomik kaynaklarda şu anda tanımlanamayan mekanizmalar aracılığıyla üretiliyor.
Dönem Gama ışını İngiliz fizikçi tarafından icat edildi Ernest Rutherford 1903'te radyoaktif çekirdeklerin emisyonlarına ilişkin erken çalışmaların ardından. Tıpkı atomlar yörüngedeki farklı konfigürasyonlarla ilişkili ayrı enerji seviyelerine sahip elektronlar , atom çekirdeği var enerji seviyesi konfigürasyonları tarafından belirlenen yapılar protonlar ve nötronlar oluşturmak çekirdekler. arasındaki enerji farkları ise atomik Enerji seviyeler tipik olarak 1 ila 10 eV aralığındadır, çekirdeklerdeki enerji farklılıkları genellikle 1 keV (bin elektron volt) ila 10-MeV (milyon elektron volt) aralığındadır. Bir çekirdek, yüksek enerji seviyesinden düşük enerji seviyesine geçiş yaptığında, bir foton fazla enerjiyi taşımak için yayılır; nükleer enerji düzeyindeki farklılıklar, gama ışını bölgesindeki foton dalga boylarına karşılık gelir.
Antik Roma harabelerinde bulunan granitin kaynağı olan taş ocağını belirlemek için gama ışını spektroskopisinin kullanımı hakkında bilgi edinin Antik Roma harabelerinde bulunan granitin kaynağı olan taş ocağını belirlemek için gama ışını spektroskopisinin nasıl kullanıldığını görün. Açık Üniversite ( Britannica Yayın Ortağı ) Bu makale için tüm videoları görün
Kararsız bir atom çekirdeği daha kararlı bir çekirdeğe bozunduğunda ( görmek radyoaktivite ), kızı çekirdek bazen uyarılmış bir durumda üretilir. Kız çekirdeğin daha düşük enerjili bir duruma sonraki gevşemesi, bir gama ışını fotonunun emisyonuyla sonuçlanır. gama ışını spektroskopisi , farklı çekirdekler tarafından yayılan gama ışını foton enerjilerinin kesin ölçümünü içeren nükleer enerji düzeyinde yapılar oluşturabilir ve gama ışını emisyonları yoluyla eser radyoaktif elementlerin tanımlanmasına izin verir. Gama ışınları da çiftlerin önemli sürecinde üretilir. yok etme içinde bir elektron ve onun antiparçacığı, bir pozitron , kaybolur ve iki foton oluşur. Fotonlar zıt yönlerde yayılır ve her biri 511 keV enerji taşımalıdır - kalan kütle enerjisi ( görmek elektron ve pozitronun göreli kütlesi). Gama ışınları, nötr pion gibi bazı kararsız atom altı parçacıkların bozunmasında da üretilebilir.
Gama ışını fotonları, X ışını karşılıkları gibi, bir iyonlaştırıcı radyasyon şeklidir; maddeden geçerken genellikle enerjilerini atomlardan ve moleküllerden elektronları serbest bırakarak biriktirirler. Daha düşük enerji aralıklarında, bir gama ışını fotonu genellikle bir atom ve tek bir elektrona aktarılan gama ışını enerjisi ( görmek fotoelektrik etki). Daha yüksek enerjili gama ışınlarının atomik elektronlardan saçılma olasılığı daha yüksektir ve her saçılma olayında enerjilerinin bir kısmını biriktirir ( görmek Compton etkisi). Gama ışınlarının saptanması için standart yöntemler, gazlarda, kristallerde ve yarı iletkenlerde serbest bırakılan atomik elektronların etkilerine dayanır. görmek radyasyon ölçümü ve sintilasyon sayacı).
Gama ışınları atom çekirdeği ile de etkileşebilir. Çift oluşumu sürecinde, elektronun durgun kütle enerjisinin iki katını (1.02 MeV'den büyük) aşan bir enerjiye sahip bir gama ışını fotonu, bir çekirdeğe yakın geçerken doğrudan bir elektron-pozitron çiftine dönüştürülür ( görmek). Daha da yüksek enerjilerde (10 MeV'den büyük), bir gama ışını bir çekirdek tarafından doğrudan emilebilir ve bu da nükleer parçacıkların fırlatılmasına neden olur ( görmek foto parçalanma) veya fotofisyon olarak bilinen bir süreçte çekirdeğin bölünmesi.
gama ışını Bireysel gama ışınlarından aynı anda üretilen elektronlar ve pozitronlar, bir kabarcık odasının manyetik alanında zıt yönlerde kıvrılır. En üstteki örnekte, gama ışını bir atomik elektrona biraz enerji kaybetti, bu da uzun yolu terk ederek sola kıvrılıyor. Gama ışınları, elektrik yükü olmadığı için oda içinde iz bırakmazlar. Lawrence Berkeley Laboratuvarı, California Üniversitesi, Berkeley'in izniyle
Gama ışınlarının tıbbi uygulamaları, pozitron emisyon tomografisinin (PET) değerli görüntüleme tekniğini içerir ve etkili radyasyon tedavileri kanserli tümörleri tedavi etmek için. Bir PET taramasında, belirli bir fizyolojik sürece (örneğin beyin fonksiyonu) katılımı nedeniyle seçilen kısa ömürlü, pozitron yayan radyoaktif bir ilaç vücuda enjekte edilir. Yayılan pozitronlar, yakındaki elektronlarla hızla birleşir ve çift imha yoluyla, zıt yönlerde hareket eden iki 511-keV gama ışını meydana getirir. Gama ışınlarının saptanmasından sonra, gama ışını emisyonlarının konumlarının bilgisayar tarafından oluşturulan bir yeniden yapılandırılması, incelenen biyolojik sürecin konumunu vurgulayan bir görüntü üretir.
Derin nüfuz eden bir iyonlaştırıcı radyasyon olarak gama ışınları canlı hücrelerde önemli biyokimyasal değişikliklere neden olur. görmek radyasyon yaralanması). Radyasyon tedavileri, küçük lokalize tümörlerde kanserli hücreleri seçici olarak yok etmek için bu özelliği kullanır. Radyoaktif izotoplar, tümörün yakınına enjekte edilir veya implante edilir; Radyoaktif çekirdekler tarafından sürekli olarak yayılan gama ışınları, etkilenen bölgeyi bombalar ve kötü huylu hücrelerin gelişimini durdurur.
Uranyum ve toryum gibi eser radyoaktif elementler içeren mineraller için Dünya yüzeyinden kaynaklanan gama ışını emisyonlarının havadan araştırmaları. Jeolojik haritalama, maden arama ve çevresel kirlenmenin tanımlanmasını desteklemek için hava ve yer tabanlı gama ışını spektroskopisi kullanılır. Gama ışınları ilk olarak 1960'larda astronomik kaynaklardan tespit edildi ve gama ışını astronomisi artık köklü bir araştırma alanıdır. Astronomik X-ışınlarının incelenmesinde olduğu gibi, gama ışını gözlemleri, Dünya'nın güçlü bir şekilde emici atmosferinin üzerinde yapılmalıdır - tipik olarak yörüngedeki uydular veya yüksek irtifa balonları ile ( görmek teleskop: Gama ışını teleskopları ). Geçici olarak pulsarlar, kuasarlar ve süpernova kalıntıları olarak tanımlanan güçlü nokta kaynakları da dahil olmak üzere pek çok ilgi çekici ve yeterince anlaşılmamış astronomik gama ışını kaynağı vardır. En büyüleyici açıklanamayan astronomik fenomenler arasında sözde gama ışını patlamaları — gökyüzünde görünüşte izotropik olarak dağılmış kaynaklardan gelen kısa, aşırı yoğun emisyonlar.
Paylaş: