أشعة جاما هي شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي ، وكذلك الموجات الراديوية والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية والموجات الدقيقة. يمكن استخدام أشعة غاما لعلاج السرطان ، ويدرس علماء الفلك انفجارات أشعة غاما.
ينتقل الإشعاع الكهرومغناطيسي (EM) في موجات أو جزيئات بأطوال موجية وترددات مختلفة. يُعرف هذا النطاق الواسع من الأطوال الموجية بالطيف الكهرومغناطيسي. ينقسم الطيف بشكل عام إلى سبع مناطق من أجل تقليل الطول الموجي وزيادة الطاقة والتردد. التعيينات الشائعة هي الموجات الراديوية والموجات الدقيقة والأشعة تحت الحمراء (IR) والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية (UV) والأشعة السينية وأشعة غاما.
تقع أشعة غاما في نطاق طيف EM فوق الأشعة السينية الناعمة. أشعة جاما لها ترددات أكبر من حوالي 1018 دورة في الثانية ، أو هرتز (Hz) ، وأطوال موجية أقل من 100 بيكومتر (مساء) ، أو 4 × 10 ^ 9 بوصات. (إن مقياس picometer هو واحد من تريليون من المتر.)
تتداخل أشعة غاما والأشعة السينية الصلبة في طيف EM ، مما يجعل من الصعب تمييزها. في بعض المجالات ، مثل الفيزياء الفلكية ، يتم رسم خط تعسفي في الطيف حيث يتم تصنيف الأشعة فوق طول موجة معينة على أنها أشعة سينية ويتم تصنيف الأشعة ذات الأطوال الموجية الأقصر كأشعة جاما. تمتلك كل من أشعة غاما والأشعة السينية طاقة كافية لإحداث تلف في الأنسجة الحية ، ولكن كل أشعة غاما الكونية تقريبًا مسدودة بسبب الغلاف الجوي للأرض.
اكتشاف أشعة جاما
تم رصد أشعة جاما لأول مرة في عام 1900 من قبل الكيميائي الفرنسي بول فيلارد عندما كان يحقق في الإشعاع من الراديوم ، وفقًا للوكالة الأسترالية للوقاية من الإشعاع والسلامة النووية (ARPANSA). بعد بضع سنوات ، اقترح الكيميائي والفيزيائي المولود في نيوزيلندا إرنست رذرفورد اسم "أشعة غاما" ، بعد ترتيب أشعة ألفا وأشعة بيتا - أسماء تُعطى للجسيمات الأخرى التي تم إنشاؤها أثناء تفاعل نووي - واسم عالق .
مصادر وتأثيرات أشعة جاما
يتم إنتاج أشعة جاما في المقام الأول من خلال أربعة تفاعلات نووية مختلفة: الاندماج والانشطار وانحلال ألفا وتسوس جاما.
الاندماج النووي هو رد الفعل الذي يحرك الشمس والنجوم. يحدث في عملية متعددة الخطوات يتم فيها إجبار أربعة بروتونات ، أو نوى الهيدروجين ، تحت درجة حرارة وضغط شديد للاندماج في نواة الهيليوم ، والتي تتكون من بروتون واثنين من النيوترونات. نواة الهليوم الناتجة أقل كتلة بنحو 0.7 في المئة من البروتونات الأربعة التي دخلت التفاعل. يتم تحويل هذا الاختلاف في الكتلة إلى طاقة ، وفقًا لمعادلة آينشتاين الشهيرة E = mc ^ 2 ، مع حوالي ثلثي تلك الطاقة المنبعثة كأشعة جاما. (الباقي على شكل نيوترينوات ، وهي جسيمات تتفاعل بشكل ضعيف للغاية مع كتلة صفرية تقريبًا.) في المراحل المتأخرة من عمر النجم ، عندما ينفد وقود الهيدروجين ، يمكن أن يشكل عناصر أكثر كتلة من خلال الاندماج إلى الحديد وإدراجه ، لكن هذه التفاعلات تنتج كمية متناقصة من الطاقة في كل مرحلة.
مصدر آخر مألوف لأشعة جاما هو الانشطار النووي. يعرّف مختبر لورانس بيركلي الوطني الانشطار النووي على أنه تقسيم نواة ثقيلة إلى جزأين متساويين تقريبًا ، وهما نواة من عناصر أخف. في هذه العملية ، التي تنطوي على تصادم مع جزيئات أخرى ، يتم تقسيم النوى الثقيلة ، مثل اليورانيوم والبلوتونيوم ، إلى عناصر أصغر ، مثل الزينون والسترونتيوم. يمكن أن تؤثر الجزيئات الناتجة عن هذه التصادمات بعد ذلك على نوى ثقيلة أخرى ، مما يؤدي إلى تفاعل تسلسلي نووي. يتم تحرير الطاقة لأن الكتلة المجمعة للجسيمات الناتجة أقل من كتلة النواة الثقيلة الأصلية. يتم تحويل فرق الكتلة هذا إلى طاقة ، وفقًا لـ E = mc ^ 2 ، في شكل طاقة حركية للنوى الأصغر والنيوترينوات وأشعة غاما.
المصادر الأخرى لأشعة جاما هي اضمحلال ألفا و اضمحلال جاما. يحدث تسوس ألفا عندما تفرز نواة ثقيلة نواة هيليوم 4 ، مما يقلل عددها الذري بمقدار 2 ووزنها الذري بمقدار 4. يمكن أن تترك هذه العملية النواة بطاقة زائدة ، تنبعث في شكل أشعة غاما. يحدث انحلال جاما عندما يكون هناك الكثير من الطاقة في نواة الذرة ، مما يؤدي إلى انبعاث أشعة جاما دون تغيير شحنتها أو تكوين كتلتها.
العلاج بأشعة جاما
تستخدم أشعة جاما أحيانًا لعلاج الأورام السرطانية في الجسم عن طريق إتلاف الحمض النووي للخلايا الورمية. ومع ذلك ، يجب توخي الحذر الشديد ، لأن أشعة غاما يمكن أن تتلف أيضًا الحمض النووي لخلايا الأنسجة السليمة المحيطة.
تتمثل إحدى طرق زيادة الجرعة إلى الخلايا السرطانية مع تقليل التعرض للأنسجة السليمة إلى الحد الأدنى في توجيه أشعة أشعة غاما من مسرِّع خطي أو ليناك إلى المنطقة المستهدفة من عدة اتجاهات مختلفة. هذا هو مبدأ تشغيل علاجات CyberKnife و Gamma Knife.
تستخدم جراحة أشعة غاما سكين معدات متخصصة للتركيز على ما يقرب من 200 حزمة صغيرة من الإشعاع على الورم أو هدف آخر في الدماغ. كل شعاع فردي له تأثير ضئيل جدًا على أنسجة المخ التي يمر بها ، ولكن يتم إرسال جرعة قوية من الإشعاع عند النقطة التي تلتقي فيها الحزم ، وفقًا لمايو كلينيك.
علم الفلك بأشعة جاما
أحد أكثر مصادر أشعة جاما إثارة للاهتمام هو رشقات أشعة غاما (GRBs). هذه أحداث عالية الطاقة للغاية تستمر من بضع مللي ثانية إلى عدة دقائق. وقد لوحظت لأول مرة في الستينيات ، وهي تُلاحظ الآن في مكان ما في السماء مرة واحدة يوميًا.
وفقًا لوكالة ناسا ، فإن رشقات أشعة غاما هي "أكثر أشكال الضوء نشاطًا". إنها تلمع مئات المرات أكثر سطوعًا من مستعر أعظم نموذجي وحوالي مليون تريليون مرة مشرقة مثل الشمس.
وفقا لروبرت باترسون ، أستاذ علم الفلك في جامعة ولاية ميسوري ، كان يعتقد أن GRBs تأتي من المراحل الأخيرة من تبخر الثقوب السوداء الصغيرة. ويعتقد الآن أنها نشأت عن اصطدام أجسام مضغوطة مثل النجوم النيوترونية. تعزو نظريات أخرى هذه الأحداث إلى انهيار النجوم الهائلة لتكوين ثقوب سوداء.
في كلتا الحالتين ، يمكن لـ GRBs إنتاج طاقة كافية يمكنها ، لبضع ثوان ، التفوق على مجرة بأكملها. نظرًا لأن الغلاف الجوي للأرض يحجب معظم أشعة جاما ، فإنه لا يُرى إلا باستخدام بالونات عالية الارتفاع وتلسكوبات مدارية.
قراءة متعمقة:
