V oblasti jaderné fyziky se studují různé existující typy záření. V tomto případě se zaměříme na gama záření . Jedná se o elektromagnetické záření vznikající radioaktivním rozpadem atomových jader. Gama záření má nejvyšší frekvenci a patří k nejnebezpečnějším pro člověka, stejně jako ostatní ionizující záření. Je to proto, že ačkoli nemá elektrický náboj, může způsobit značné poškození lidských buněk a jejich DNA.
Proto se chystáme věnovat tento článek, abychom vám řekli, jaké jsou vlastnosti, význam a použití gama záření. Budeme se také zabývat zdravotními důsledky a aplikacemi v pokročilých technologiích, jako je medicína.
Hlavní charakteristiky
V souhrnu uvedeme hlavní charakteristiky gama paprsků:
- Jsou to částice, které už nemají v klidu, protože se pohybují rychlostí světla.
- Nemají také žádný elektrický náboj, protože nejsou vychýleni elektrickým a magnetickým polem.
- Mají velmi malou ionizační sílu, i když jsou docela pronikavé. Gama paprsky radonu mohou projít až 15 cm oceli.
- Jsou to vlny jako světlo, ale mnohem energičtější než rentgenové záření.
- Radioaktivní sloučenina, která je absorbována v žláze a vyhýbá se záření gama, umožňuje studovat uvedenou žlázu jejím získáním na pláži.
Gama záření je záření s velmi vysokou frekvencí a patří mezi nejnebezpečnější typy záření pro člověka, stejně jako veškeré ionizující záření. Nebezpečí spočívá v tom, že se jedná o vysokoenergetické vlny, které mohou nevratně poškodit molekuly tvořící buňky, což způsobuje genetické mutace a dokonce i smrt. Na Zemi můžeme pozorovat přirozené zdroje gama záření při rozpadu radionuklidů a interakci kosmického záření s atmosférou; jen velmi málo úderů blesku také produkuje tento typ záření. Pokud se chcete dozvědět více o dalších typech záření, můžete si přečíst náš článek o všem, co potřebujete vědět o blesku.
Vlastnosti gama záření
Normálně je frekvence tohoto záření vyšší než 1020 Hz, takže má energii větší než 100 keV a vlnovou délku menší než 3 × 10–13 m, mnohem menší než průměr atomu. Byly také studovány interakce zahrnující gama paprsky energie z TeV na PeV.
Gama paprsky jsou pronikavější než záření produkované jinými formami radioaktivního rozpadu, nebo rozpadu alfa a beta rozpadu, kvůli menší tendenci k interakci s hmotou. Gama záření je tvořeno fotony. To je podstatný rozdíl od alfa záření, které je tvořeno jádry helia, a beta záření, které je tvořeno elektrony.
Fotony, jelikož jsou bezhmotné, méně ionizují. Na těchto frekvencích nemůže popis interakcí mezi elektromagnetickým polem a hmotou ignorovat kvantovou mechaniku. Gama záření se od rentgenového záření odlišuje svým původem. Vzniká jadernými nebo subatomárními přechody, zatímco rentgenové záření vzniká energetickými přechody v důsledku pohybu elektronů z vnějších kvantovaných energetických hladin na vyšší vnitřní hladiny volné energie.
Protože některé elektronické přechody mohou překročit energii některých jaderných přechodů, může být frekvence rentgenového záření s vyšší energií vyšší než frekvence gama záření s nižší energií. Ve skutečnosti se však jedná o elektromagnetické vlny, jako jsou rádiové vlny a světlo. Pokud se chcete dozvědět více o dalších složkách spektra, můžete si přečíst náš článek o spektroskopii: typy a charakteristiky.
Materiály vyrobené díky gama paprskům
Materiál potřebný k ochraně proti gama záření je mnohem silnější než materiál potřebný k ochraně proti alfa a beta částicím. Tyto materiály lze blokovat jednoduchým listem papíru (α) nebo tenkou kovovou destičkou (β). Materiály s vysokým atomovým číslem a vysokou hustotou absorbují gama záření účinněji. Pokud je k 50% snížení intenzity gama záření potřeba 1 cm olova, stejný efekt nastane s 6 cm cementu a 9 cm udusané zeminy.
Stínící materiály se obecně měří z hlediska tloušťky potřebné k snížení intenzity záření na polovinu. Je zřejmé, že čím vyšší je energie fotonu, tím větší je tloušťka požadovaného štítu.
Proto je k ochraně lidí nutné silné stínění, protože gama záření a rentgenové záření mohou způsobit popáleniny, rakovinu a genetické mutace. Například v jaderných elektrárnách se používá k stínění oceli a cementu v obalu pelet, zatímco voda může zabránit záření během skladování palivových tyčí nebo během přepravy aktivní zóny reaktoru. Pokud se chcete dozvědět více o tom, jak světlo funguje v kontextu záření, podívejte se na náš článek o tom, co je světlo.
Usos
Ionizující záření je fyzikální metoda používaná ke sterilizaci lékařských a hygienických materiálů, dekontaminaci potravin, surovin a průmyslových výrobků a její aplikaci v dalších oblastech uvidíme později.
Tento proces zahrnuje vystavení konečného zabaleného nebo hromadného produktu nebo látky ionizující energii. Děje se to ve speciální místnosti zvané ozařovací místnost pro každou konkrétní situaci a v určitém časovém období. Tyto vlny zcela pronikají do exponovaných produktů, včetně vícevrstvých balených produktů.
Použití kobaltu-60 k léčbě nádorů je metoda, která je v současné době rozšířená v mé zemi i po celém světě díky své účinnosti a inherentní bezpečnosti. Nazývá se kobaltová terapie a zahrnuje vystavení nádorové tkáně gama záření.
K tomuto účelu se používá zařízení pro ošetření kobaltem, které má stíněnou hlavici vybavenou kobaltem-60 a zařízení, které přesně řídí expozici potřebnou v každém konkrétním případě k adekvátní léčbě onemocnění. Více informací o černých dírách a jejich interakcích se zářením si můžete přečíst v našem článku o supermasivních černých dírách.
První komerční využití ionizační energie sahá až do počátku 60. let 20. století. V současné době je po celém světě v provozu přibližně 160 ozařovacích zařízení , rozmístěných ve více než 30 zemích, která poskytují širokou škálu služeb rostoucímu počtu průmyslových odvětví.
Jak vidíte, i když jsou lidské bytosti nebezpečné, dokáží využívat gama záření v mnoha oblastech, jak to indukuje medicína. Doufám, že s těmito informacemi se dozvíte více o paprskech gama a jejich vlastnostech.