รังสีแกมม่าคืออะไร?

รังสีแกมมาเป็นรูปแบบหนึ่งของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเดียวกับคลื่นวิทยุรังสีอินฟราเรดรังสีอัลตราไวโอเลตรังสีเอกซ์และไมโครเวฟ รังสีแกมมาสามารถใช้รักษามะเร็งได้และนักดาราศาสตร์ก็ทำการศึกษาการระเบิดของรังสีแกมมา

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (EM) ถูกส่งในคลื่นหรืออนุภาคที่ความยาวคลื่นและความถี่ที่แตกต่างกัน ช่วงความยาวคลื่นกว้าง ๆ นี้เรียกว่าสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยทั่วไปสเปกตรัมจะถูกแบ่งออกเป็นเจ็ดภูมิภาคเพื่อลดความยาวคลื่นและเพิ่มพลังงานและความถี่ ชื่อทั่วไปคือคลื่นวิทยุ, ไมโครเวฟ, อินฟราเรด (IR), แสงที่มองเห็น, รังสีอัลตราไวโอเลต (UV), รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา

รังสีแกมม่าจะตกอยู่ในช่วงของสเปกตรัม EM เหนือรังสีเอกซ์ที่อ่อนนุ่ม รังสีแกมมามีความถี่มากกว่าประมาณ 1,018 รอบต่อวินาทีหรือเฮิรตซ์ (Hz) และความยาวคลื่นน้อยกว่า 100 picometers (pm) หรือ 4 x 10 ^ 9 นิ้ว (picometer มีความยาวหนึ่งล้านล้านเมตร)

รังสีแกมม่าและรังสีเอกซ์ที่คาบเกี่ยวกันในสเปกตรัม EM ซึ่งทำให้ยากที่จะแยกแยะความแตกต่าง ในบางสาขาเช่น Astrophysics เส้นที่กำหนดขึ้นจะถูกวาดในสเปกตรัมที่รังสีเหนือความยาวคลื่นหนึ่งถูกจัดประเภทเป็นรังสีเอกซ์และรังสีที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าจะถูกจัดประเภทเป็นรังสีแกมม่า ทั้งรังสีแกมมาและรังสีเอกซ์มีพลังงานเพียงพอที่จะทำให้เกิดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อที่มีชีวิต แต่รังสีแกมม่าของจักรวาลเกือบทั้งหมดจะถูกปิดกั้นโดยชั้นบรรยากาศของโลก

การค้นพบรังสีแกมมา

รังสีแกมมาถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1900 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส Paul Villard เมื่อเขาตรวจสอบการแผ่รังสีจากเรเดียมตามการป้องกันรังสีของออสเตรเลียและสำนักงานความปลอดภัยนิวเคลียร์ (ARPANSA) ไม่กี่ปีต่อมานักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวนิวซีแลนด์เออร์เนสต์รัทเธอร์ฟอร์ดเสนอชื่อ "รังสีแกมม่า" ตามคำสั่งของรังสีอัลฟาและรังสีบีตา - ชื่อที่ให้กับอนุภาคอื่น ๆ ที่สร้างขึ้นระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์ - และชื่อติดอยู่ .

แหล่งที่มาและผลกระทบของรังสีแกมมา

รังสีแกมมานั้นส่วนใหญ่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์สี่แบบ: ฟิวชั่น, ฟิชชัน, การสลายตัวของอัลฟาและการสลายตัวของแกมม่า

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นคือปฏิกิริยาที่เสริมดวงอาทิตย์และดวงดาว มันเกิดขึ้นในกระบวนการหลายขั้นตอนซึ่งโปรตอนสี่ตัวหรือนิวเคลียสไฮโดรเจนถูกบังคับภายใต้อุณหภูมิและความดันสูงมากเพื่อหลอมรวมเป็นฮีเลียมนิวเคลียสซึ่งประกอบด้วยสองโปรตอนและนิวตรอนสองตัว นิวเคลียสฮีเลียมที่เกิดขึ้นมีมวลน้อยกว่าโปรตอนสี่ตัวที่มีปฏิกิริยาประมาณ 0.7 เปอร์เซ็นต์ ความแตกต่างของมวลนั้นถูกแปลงเป็นพลังงานตามสมการที่มีชื่อเสียงของ Einstein E = mc ^ 2 โดยประมาณสองในสามของพลังงานนั้นปล่อยออกมาเป็นรังสีแกมม่า (ส่วนที่เหลืออยู่ในรูปของนิวตริโนซึ่งเป็นอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างอ่อนมากกับมวลเกือบเป็นศูนย์) ในระยะเวลาต่อมาของอายุของดาวเมื่อมันหมดเชื้อเพลิงไฮโดรเจนก็สามารถสร้างองค์ประกอบขนาดใหญ่มากขึ้นผ่านฟิวชั่น ไปและรวมถึงเหล็ก แต่ปฏิกิริยาเหล่านี้ผลิตพลังงานที่ลดลงในแต่ละขั้นตอน

อีกแหล่งที่มาของรังสีแกมมาคือการแตกตัวของนิวเคลียร์ ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์บาร์กลีย์ได้กำหนดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันเมื่อแยกนิวเคลียสหนักออกเป็นสองส่วนเท่า ๆ กันซึ่งเป็นนิวเคลียสของธาตุที่เบากว่า ในกระบวนการนี้ซึ่งเกี่ยวข้องกับการชนกับอนุภาคอื่น ๆ นิวเคลียสหนักเช่นยูเรเนียมและพลูโตเนียมถูกแบ่งออกเป็นองค์ประกอบขนาดเล็กเช่นซีนอนและสตรอนเทียม อนุภาคที่เกิดจากการชนเหล่านี้สามารถส่งผลกระทบต่อนิวเคลียสหนักอื่น ๆ การตั้งค่าปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์ พลังงานถูกปลดปล่อยออกมาเนื่องจากมวลรวมของอนุภาคที่เกิดนั้นน้อยกว่ามวลของนิวเคลียสหนักเดิม ความแตกต่างของมวลนั้นถูกแปลงเป็นพลังงานตาม E = mc ^ 2 ในรูปของพลังงานจลน์ของนิวเคลียสขนาดเล็กนิวตริโนและรังสีแกมม่า

แหล่งที่มาอื่นของรังสีแกมมาคือการสลายตัวของอัลฟาและการสลายตัวของแกมม่า การสลายตัวของอัลฟ่าเกิดขึ้นเมื่อนิวเคลียสที่หนักให้นิวเคลียสฮีเลียม -4 ลดจำนวนอะตอมลง 2 และน้ำหนักอะตอม 4 โดยกระบวนการนี้สามารถปล่อยให้นิวเคลียสมีพลังงานมากเกินไปซึ่งปล่อยออกมาในรูปของรังสีแกมม่า การสลายตัวของแกมม่าเกิดขึ้นเมื่อมีพลังงานมากเกินไปในนิวเคลียสของอะตอมทำให้มันปล่อยรังสีแกมม่าออกมาโดยไม่เปลี่ยนประจุหรือองค์ประกอบมวล

การรักษาด้วยรังสีแกมมา

รังสีแกมมาบางครั้งใช้ในการรักษาเนื้องอกมะเร็งในร่างกายโดยการทำลาย DNA ของเซลล์มะเร็ง อย่างไรก็ตามต้องระมัดระวังเป็นอย่างยิ่งเนื่องจากรังสีแกมม่าสามารถทำลาย DNA ของเซลล์เนื้อเยื่อที่อยู่โดยรอบได้เช่นกัน

วิธีหนึ่งในการเพิ่มขนาดเซลล์มะเร็งให้ได้มากที่สุดในขณะที่ลดการสัมผัสกับเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดีคือการส่งลำแสงแกมม่าหลายตัวจากเครื่องเร่งความเร็วเชิงเส้นหรือลินุกไปยังพื้นที่เป้าหมายจากทิศทางที่แตกต่างกัน นี่คือหลักการปฏิบัติของการรักษาด้วย CyberKnife และ Gamma Knife

การผ่าตัดด้วยรังสีแกมม่ามีดใช้อุปกรณ์พิเศษเพื่อโฟกัสไปใกล้กับลำแสงรังสีเล็ก ๆ จำนวน 200 ลำบนเนื้องอกหรือเป้าหมายอื่น ๆ ในสมอง ลำแสงแต่ละลำมีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อเนื้อเยื่อสมองที่ไหลผ่าน แต่รังสีที่ได้รับปริมาณมากจะถูกส่งไปยังจุดที่ลำแสงมาบรรจบกันตามรายงานของ Mayo Clinic

ดาราศาสตร์แกมมา

หนึ่งในแหล่งที่น่าสนใจของรังสีแกมม่าคือการระเบิดของรังสีแกมมา (GRBs) เหล่านี้เป็นกิจกรรมที่ให้พลังงานสูงมากซึ่งกินเวลาตั้งแต่ไม่กี่มิลลิวินาทีจนถึงหลายนาที พวกเขาถูกพบครั้งแรกในปี 1960 และตอนนี้พวกเขาถูกสังเกตเห็นที่ไหนสักแห่งบนท้องฟ้าประมาณวันละครั้ง

การระเบิดของรังสีแกมม่าเป็น“ รูปแบบของแสงที่มีพลังมากที่สุด” ตามข้อมูลขององค์การนาซ่า พวกมันส่องสว่างกว่าซูเปอร์โนวาทั่วไปหลายร้อยเท่าและสว่างกว่าดวงอาทิตย์ราวล้านล้านล้านเท่า

จากคำกล่าวของ Robert Patterson ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่ Missouri State University พบว่า GRBs เคยคิดว่ามาจากขั้นตอนสุดท้ายของหลุมดำขนาดเล็กที่ระเหยได้ ตอนนี้เชื่อกันว่าพวกมันเกิดจากการชนกันของวัตถุขนาดกะทัดรัดเช่นดาวนิวตรอน ทฤษฎีอื่น ๆ ให้เหตุผลว่าเหตุการณ์เหล่านี้เกิดจากการล่มสลายของดาวฤกษ์มวลมหาศาลเพื่อก่อตัวเป็นหลุมดำ

ไม่ว่าในกรณีใด GRBs สามารถผลิตพลังงานได้เพียงพอซึ่งในเวลาไม่กี่วินาทีพวกมันสามารถส่องแสงทั้งกาแลคซี เนื่องจากชั้นบรรยากาศของโลกบล็อกรังสีแกมม่าส่วนใหญ่พวกมันจะเห็นด้วยบอลลูนระดับความสูงและกล้องโทรทรรศน์ที่โคจรอยู่เท่านั้น

อ่านเพิ่มเติม: