מהם קרני גמא?

קרני גאמה הן סוג של קרינה אלקטרומגנטית, כמו גם גלי רדיו, קרינת אינפרא אדום, קרינה אולטרה סגולה, צילומי רנטגן ומיקרוגלים. ניתן להשתמש בקרני גמא לטיפול בסרטן, ופרצי קרני גמא נחקרים על ידי אסטרונומים.

קרינה אלקטרומגנטית (EM) מועברת בגלים או בחלקיקים באורכי גל ותדרים שונים. טווח אורך גל זה רחב ידוע בשם הספקטרום האלקטרומגנטי. הספקטרום מחולק בדרך כלל לשבעה אזורים לפי סדר הירידה באורך הגל והגדלת האנרגיה והתדר. הייעודים הנפוצים הם גלי רדיו, מיקרוגל, אינפרא אדום (IR), אור גלוי, אולטרה סגול (UV), קרני רנטגן וקרני גמא.

קרני גמא נופלות בטווח הספקטרום EM מעל קרני רנטגן רכות. לקרני הגמא יש תדרים הגדולים מכ- 1,018 מחזורים בשנייה, או הרץ (הרץ), ואורכי גל של פחות מ 100 פיקומטר (pm), או 4X10 ^ 9 אינץ '. (פיקומטר הוא טריליון מטר.)

קרני גאמה וצילומי רנטגן קשים חופפים בספקטרום ה- EM, מה שעלול להקשות על הבחנתם. בתחומים מסוימים, כמו אסטרופיזיקה, נמתח קו שרירותי בספקטרום בו קרניים מעל אורך גל מסוים מסווגות כקרני רנטגן וקרניים עם אורך גל קצר יותר מסווגות כקרני גאמה. גם לקרני הגמא וגם לקרני הרנטגן יש מספיק אנרגיה בכדי לגרום נזק לרקמות חיות, אך כמעט כל קרני הגמא הקוסמיות חסומות על ידי האטמוספרה של כדור הארץ.

גילוי קרני גאמה

קרני הגמא נצפו לראשונה בשנת 1900 על ידי הכימאי הצרפתי פול וילארד כאשר חקר קרינה מרדיום, כך נמסר מהסוכנות האוסטרלית להגנת קרינה ובטיחות גרעינית (ARPANSA). כמה שנים לאחר מכן, הכימאי והפיזיקאי יליד ניו זילנד, ארנסט רות'רפורד, הציע את השם "קרני גאמה", על פי סדר קרני האלפא וקרני בטא - שמות שניתנו לחלקיקים אחרים שנוצרים במהלך תגובה גרעינית - והשם תקוע .

מקורות ואפקטים של קרני גאמא

קרני הגמא מופקות בעיקר על ידי ארבע תגובות גרעיניות שונות: היתוך, ביקוע, ריקבון אלפא ודעיכת גמא.

איחוי גרעיני הוא התגובה שמפעילה את השמש והכוכבים. זה מתרחש בתהליך רב-שלבי בו ארבעה פרוטונים, או גרעיני מימן, נאלצים תחת טמפרטורה ולחץ קיצוני להתמזג לגרעין הליום, הכולל שני פרוטונים ושני נויטרונים. גרעין הליום שנוצר הוא כ- 0.7 אחוז פחות מסיבי מארבעת הפרוטונים שנכנסו לתגובה. ההבדל המוני ההוא מומר לאנרגיה, על פי המשוואה המפורסמת של איינשטיין E = m ^ ^, כאשר כשני שליש מאותה אנרגיה נפלטת כקרני גמא. (השאר הם בצורת נייטרינים שהם חלקיקים אינטראקציה חלשה ביותר עם מסה כמעט אפסית.) בשלבים המאוחרים יותר של חיי הכוכב, כאשר נגמר לו דלק מימן, הוא יכול ליצור יסודות יותר ויותר מסיביים באמצעות היתוך, למעלה אל וכולל ברזל, אך תגובות אלו מייצרות כמות אנרגיה הולכת ופוחתת בכל שלב.

מקור מוכר נוסף לקרני גאמה הוא ביקוע גרעיני. המעבדה הלאומית של לורנס ברקלי מגדירה את הביקוע הגרעיני כפיצול של גרעין כבד לשני חלקים שווים בערך, שהם אז גרעינים של יסודות קלים יותר. בתהליך זה, הכרוך בהתנגשויות עם חלקיקים אחרים, גרעינים כבדים, כמו אורניום ופלוטוניום, נשברים לאלמנטים קטנים יותר, כמו קסנון וסטרונציום. החלקיקים הנובעים מהתנגשויות אלה יכולים אז להשפיע על גרעינים כבדים אחרים, ולהקים תגובת שרשרת גרעינית. אנרגיה משתחררת מכיוון שהמסה המשולבת של החלקיקים המתקבלים היא פחות ממסת הגרעין הכבד המקורי. ההבדל המוני ההוא מומר לאנרגיה, על פי E = mc ^ 2, בצורה של אנרגיה קינטית של הגרעינים הקטנים, הנייטרינים וקרני הגמא.

מקורות אחרים לקרני גמא הם ריקבון אלפא ודעיכת גמא. ריקבון אלפא מתרחש כאשר גרעין כבד מפטיר גרעין הליום -4, ומקטין את המספר האטומי שלו ב -2 ואת משקלו האטומי ב -4. תהליך זה יכול להשאיר את הגרעין עם עודף אנרגיה, הנפלטת בצורת קרן גאמה. דעיכה בגמא מתרחשת כשיש יותר מדי אנרגיה בגרעין האטום, וגורמת לו לפלוט קרן גאמה מבלי לשנות את המטען או ההרכב המוני שלו.

טיפול בקרני גמא

קרני גמא משמשות לעתים לטיפול בגידולים סרטניים בגוף על ידי פגיעה ב- DNA של תאי הגידול. עם זאת, יש לנקוט בזהירות רבה מכיוון שקרני הגמא עלולות לפגוע גם ב- DNA של תאי רקמות בריאות.

אחת הדרכים למקסם את המינון לתאי סרטן תוך צמצום החשיפה לרקמות בריאות היא להפנות קרני קרני גאמה מרובות ממאיץ ליניארי, או לינאק, לאזור המטרה מכיוונים רבים ושונים. זהו עיקרון הפעולה של טיפולי סכין סייבר-קניפה וגמא.

ניתוחי רדיותרפיה בסכין גאמא משתמשים בציוד מיוחד כדי להתמקד קרוב ל 200 קרני קרינה זעירות על גידול או מטרה אחרת במוח. לכל קרן אינדיבידואלית השפעה מועטה מאוד על רקמת המוח שהיא עוברת, אך מנה קרינה חזקה מועברת בנקודה בה נפגשות הקורות, כך לפי דברי Mayo Clinic.

אסטרונומיה של קרני הגמא

אחד המקורות המעניינים יותר לקרני הגמא הם התפרצויות קרני גמא. אלה אירועים בעלי אנרגיה גבוהה במיוחד שנמשכים בין כמה אלפיות השנייה למספר דקות. הם נצפו לראשונה בשנות השישים, וכעת הם נצפים אי שם בשמיים בערך פעם ביום.

התפרצויות קרני גמא הן "צורת האור האנרגטית ביותר", על פי נאס"א. הם נוצצים מאות פעמים בהירים מסופרנובה טיפוסית וכמילי טריליון פעמים בהירים כמו השמש.

לדברי רוברט פטרסון, פרופסור לאסטרונומיה באוניברסיטת מדינת מיזורי, GRBs נחשבו בעבר לבוא מהשלבים האחרונים של התאדות חורים שחורים מיני. כיום הם מאמינים שמקורם בהתנגשויות של חפצים קומפקטיים כמו כוכבי נויטרונים. תיאוריות אחרות מייחסות אירועים אלה לקריסתם של כוכבים סופר-מסיביים ליצירת חורים שחורים.

בשני המקרים GRBs יכולים לייצר מספיק אנרגיה שבמשך כמה שניות הם יכולים להאפיל על גלקסיה שלמה. מכיוון שהאטמוספרה של כדור הארץ חוסמת את רוב קרני הגמא, הם נראים רק עם בלונים בגובה רב וטלסקופים מקיפים.

לקריאה נוספת: