Tia gamma là một dạng của bức xạ điện từ, cũng như sóng vô tuyến, bức xạ hồng ngoại, bức xạ cực tím, tia X và sóng vi ba. Tia gamma có thể được sử dụng để điều trị ung thư, và vụ nổ tia gamma được nghiên cứu bởi các nhà thiên văn học.
Bức xạ điện từ (EM) được truyền trong sóng hoặc hạt ở các bước sóng và tần số khác nhau. Dải bước sóng rộng này được gọi là phổ điện từ. Phổ thường được chia thành bảy vùng theo thứ tự bước sóng giảm dần và tăng năng lượng và tần số. Các chỉ định phổ biến là sóng vô tuyến, sóng vi ba, hồng ngoại (IR), ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím (UV), tia X và tia gamma.
Tia gamma rơi vào phạm vi phổ EM trên tia X mềm. Tia gamma có tần số lớn hơn khoảng 1.018 chu kỳ mỗi giây, hoặc hertz (Hz) và bước sóng dưới 100 picomet (chiều), hoặc 4 x 10 ^ 9 inch. (Một picometer là một phần nghìn của một mét.)
Tia gamma và tia X cứng trùng nhau trong phổ EM, điều này có thể khiến chúng khó phân biệt chúng. Trong một số lĩnh vực, chẳng hạn như vật lý thiên văn, một đường tùy ý được vẽ trong quang phổ nơi các tia trên bước sóng nhất định được phân loại là tia X và tia có bước sóng ngắn hơn được phân loại là tia gamma. Cả tia gamma và tia X đều có đủ năng lượng để gây tổn hại cho mô sống, nhưng hầu như tất cả các tia gamma vũ trụ đều bị khí quyển Trái đất chặn lại.
Khám phá tia gamma
Tia Gamma lần đầu tiên được quan sát vào năm 1900 bởi nhà hóa học người Pháp Paul Villard khi ông đang điều tra bức xạ từ radium, theo Cơ quan An toàn Hạt nhân và Bảo vệ Bức xạ Úc (ARPANSA). Vài năm sau, nhà hóa học và vật lý sinh ra ở New Zealand Ernest Rutherford đã đề xuất tên "tia gamma", theo thứ tự của tia alpha và tia beta - tên được đặt cho các hạt khác được tạo ra trong phản ứng hạt nhân - và tên bị kẹt .
Nguồn và hiệu ứng tia gamma
Tia gamma được tạo ra chủ yếu bởi bốn phản ứng hạt nhân khác nhau: phản ứng tổng hợp, phân hạch, phân rã alpha và phân rã gamma.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân là phản ứng cung cấp năng lượng cho mặt trời và các ngôi sao. Nó xảy ra trong một quá trình nhiều giai đoạn trong đó bốn hạt proton, hoặc hạt nhân hydro, bị ép dưới nhiệt độ và áp suất cực cao để hợp nhất thành hạt nhân helium, bao gồm hai proton và hai neutron. Hạt nhân helium thu được có khối lượng nhỏ hơn khoảng 0,7% so với bốn proton đã đi vào phản ứng. Sự khác biệt khối lượng đó được chuyển đổi thành năng lượng, theo phương trình nổi tiếng E = mc ^ 2 của Einstein, với khoảng hai phần ba năng lượng đó phát ra dưới dạng tia gamma. (Phần còn lại ở dạng neutrino, là những hạt tương tác cực kỳ yếu với khối lượng gần như bằng không.) Trong giai đoạn sau của một ngôi sao, khi nó hết nhiên liệu hydro, nó có thể hình thành các nguyên tố ngày càng lớn hơn thông qua phản ứng tổng hợp, lên đến và bao gồm sắt, nhưng những phản ứng này tạo ra một lượng năng lượng giảm dần ở mỗi giai đoạn.
Một nguồn tia gamma quen thuộc khác là phân hạch hạt nhân. Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley định nghĩa phân hạch hạt nhân là sự phân tách hạt nhân nặng thành hai phần gần bằng nhau, sau đó là hạt nhân của các nguyên tố nhẹ hơn. Trong quá trình này, liên quan đến sự va chạm với các hạt khác, các hạt nhân nặng, như uranium và plutonium, bị phá vỡ thành các nguyên tố nhỏ hơn, như xenon và strontium. Các hạt kết quả từ những va chạm này sau đó có thể tác động đến các hạt nhân nặng khác, thiết lập phản ứng chuỗi hạt nhân. Năng lượng được giải phóng vì khối lượng kết hợp của các hạt kết quả nhỏ hơn khối lượng của hạt nhân nặng ban đầu. Sự khác biệt khối lượng đó được chuyển đổi thành năng lượng, theo E = mc ^ 2, dưới dạng động năng của các hạt nhân nhỏ hơn, neutrino và tia gamma.
Các nguồn phát tia gamma khác là phân rã alpha và phân rã gamma. Sự phân rã alpha xảy ra khi một hạt nhân nặng phát ra hạt nhân helium-4, làm giảm số nguyên tử của nó xuống 2 và trọng lượng nguyên tử của nó xuống 4. Quá trình này có thể khiến hạt nhân có năng lượng dư thừa, được phát ra dưới dạng tia gamma. Sự phân rã gamma xảy ra khi có quá nhiều năng lượng trong hạt nhân của một nguyên tử, khiến nó phát ra tia gamma mà không thay đổi điện tích hoặc thành phần khối lượng của nó.
Liệu pháp tia gamma
Tia gamma đôi khi được sử dụng để điều trị các khối u ung thư trong cơ thể bằng cách làm hỏng DNA của các tế bào khối u. Tuy nhiên, phải hết sức cẩn thận, vì tia gamma cũng có thể làm hỏng DNA của các tế bào mô khỏe mạnh xung quanh.
Một cách để tối đa hóa liều lượng cho các tế bào ung thư trong khi giảm thiểu tiếp xúc với các mô khỏe mạnh là hướng nhiều chùm tia gamma từ máy gia tốc tuyến tính, hoặc linac, vào vùng mục tiêu từ nhiều hướng khác nhau. Đây là nguyên tắc hoạt động của các liệu pháp CyberKnife và Gamma Knife.
Máy phóng xạ Gamma Knife sử dụng thiết bị chuyên dụng để tập trung gần 200 chùm tia phóng xạ nhỏ vào khối u hoặc mục tiêu khác trong não. Mỗi chùm tia riêng lẻ có rất ít ảnh hưởng đến mô não mà nó đi qua, nhưng một lượng phóng xạ mạnh được truyền vào điểm mà chùm tia gặp nhau, theo Mayo Clinic.
Thiên văn học tia gamma
Một trong những nguồn tia gamma thú vị hơn là vụ nổ tia gamma (GRBs). Đây là những sự kiện năng lượng cực kỳ cao kéo dài từ vài mili giây đến vài phút. Chúng được quan sát lần đầu tiên vào những năm 1960 và hiện tại chúng được quan sát ở đâu đó trên bầu trời khoảng một lần một ngày.
Vụ nổ tia gamma là "dạng ánh sáng tràn đầy năng lượng nhất", theo NASA. Chúng tỏa sáng hơn hàng trăm lần so với một siêu tân tinh thông thường và sáng gấp hàng triệu tỷ lần so với mặt trời.
Theo Robert Patterson, giáo sư thiên văn học tại Đại học bang Missouri, GRB từng được cho là đến từ giai đoạn cuối cùng của các lỗ đen nhỏ bốc hơi. Hiện tại chúng được cho là bắt nguồn từ sự va chạm của các vật thể nhỏ gọn như sao neutron. Các lý thuyết khác gán các sự kiện này cho sự sụp đổ của các ngôi sao siêu lớn để tạo thành các lỗ đen.
Trong cả hai trường hợp, GRB có thể tạo ra đủ năng lượng, trong vài giây, chúng có thể vượt trội hơn toàn bộ thiên hà. Bởi vì bầu khí quyển của Trái đất chặn hầu hết các tia gamma, chúng chỉ được nhìn thấy bằng bóng bay tầm cao và kính viễn vọng quay quanh.
Đọc thêm:
