Gammastraling is een vorm van elektromagnetische straling, evenals radiogolven, infraroodstraling, ultraviolette straling, röntgenstralen en microgolven. Gammastraling kan worden gebruikt om kanker te behandelen en gammastraaluitbarstingen worden door astronomen bestudeerd.
Elektromagnetische (EM) straling wordt doorgelaten in golven of deeltjes met verschillende golflengten en frequenties. Dit brede golflengtebereik staat bekend als het elektromagnetische spectrum. Het spectrum is over het algemeen verdeeld in zeven regio's in volgorde van afnemende golflengte en toenemende energie en frequentie. De gebruikelijke benamingen zijn radiogolven, magnetrons, infrarood (IR), zichtbaar licht, ultraviolet (UV), röntgenstralen en gammastraling.
Gammastralen vallen binnen het bereik van het EM-spectrum boven zachte röntgenstralen. Gammastraling heeft frequenties groter dan ongeveer 1018 cycli per seconde, of hertz (Hz), en golflengten van minder dan 100 picometer (pm), of 4 x 10 ^ 9 inch. (Een picometer is een biljoenste meter.)
Gammastralen en harde röntgenstralen overlappen elkaar in het EM-spectrum, wat het moeilijk kan maken om ze te onderscheiden. In sommige gebieden, zoals astrofysica, wordt een willekeurige lijn getrokken in het spectrum waar stralen boven een bepaalde golflengte worden geclassificeerd als röntgenstralen en stralen met kortere golflengten worden geclassificeerd als gammastralen. Zowel gammastraling als röntgenstraling hebben genoeg energie om levend weefsel te beschadigen, maar bijna alle kosmische gammastraling wordt geblokkeerd door de atmosfeer van de aarde.
Ontdekking van gammastraling
Gammastraling werd voor het eerst waargenomen in 1900 door de Franse chemicus Paul Villard, toen hij straling van radium onderzocht, volgens de Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency (ARPANSA). Een paar jaar later stelde de in Nieuw-Zeeland geboren chemicus en natuurkundige Ernest Rutherford de naam 'gammastraling' voor, in de volgorde van alfa-stralen en bètastralen - namen gegeven aan andere deeltjes die ontstaan tijdens een nucleaire reactie - en de naam bleef hangen .
Gammastralingbronnen en effecten
Gammastralen worden voornamelijk geproduceerd door vier verschillende kernreacties: fusie, splijting, alfa-verval en gamma-verval.
Kernfusie is de reactie die de zon en de sterren aandrijft. Het komt voor in een meerstapsproces waarbij vier protonen, of waterstofkernen, onder extreme temperatuur en druk worden gedwongen te versmelten tot een heliumkern, die twee protonen en twee neutronen omvat. De resulterende heliumkern is ongeveer 0,7 procent minder zwaar dan de vier protonen die in de reactie zijn gegaan. Dat massaverschil wordt omgezet in energie, volgens Einsteins beroemde vergelijking E = mc ^ 2, waarbij ongeveer tweederde van die energie wordt uitgezonden als gammastraling. (De rest is in de vorm van neutrino's, die uiterst zwak op elkaar inwerkende deeltjes zijn met een massa van bijna nul.) In de latere stadia van de levensduur van een ster, wanneer hij geen waterstofbrandstof meer heeft, kan hij door fusie steeds zwaardere elementen vormen, omhoog tot en met ijzer, maar deze reacties produceren in elke fase een afnemende hoeveelheid energie.
Een andere bekende bron van gammastraling is kernsplijting. Lawrence Berkeley National Laboratory definieert kernsplijting als het splitsen van een zware kern in twee ongeveer gelijke delen, die dan kernen zijn van lichtere elementen. In dit proces, waarbij botsingen met andere deeltjes plaatsvinden, worden zware kernen, zoals uranium en plutonium, opgesplitst in kleinere elementen, zoals xenon en strontium. De resulterende deeltjes van deze botsingen kunnen vervolgens andere zware kernen beïnvloeden, waardoor een nucleaire kettingreactie ontstaat. Er komt energie vrij omdat de gecombineerde massa van de resulterende deeltjes kleiner is dan de massa van de oorspronkelijke zware kern. Dat massaverschil wordt volgens E = mc ^ 2 omgezet in energie in de vorm van kinetische energie van de kleinere kernen, neutrino's en gammastraling.
Andere bronnen van gammastraling zijn alfa-verval en gamma-verval. Alfa-verval treedt op wanneer een zware kern een helium-4-kern afgeeft, waardoor het atoomaantal met 2 en het atoomgewicht met 4 wordt verlaagd. Dit proces kan de kern achterlaten met overtollige energie, die wordt uitgezonden in de vorm van een gammastraal. Gamma-verval treedt op wanneer er te veel energie in de kern van een atoom zit, waardoor het een gammastraal uitzendt zonder de lading of massasamenstelling te veranderen.
Gamma-ray therapie
Gammastralen worden soms gebruikt om kankertumoren in het lichaam te behandelen door het DNA van de tumorcellen te beschadigen. Er moet echter goed op worden gelet, omdat gammastraling ook het DNA van omliggende gezonde weefselcellen kan beschadigen.
Een manier om de dosering aan kankercellen te maximaliseren terwijl de blootstelling aan gezonde weefsels wordt geminimaliseerd, is door vanuit verschillende richtingen meerdere gammastralen van een lineaire versneller of linac naar het doelgebied te sturen. Dit is het werkingsprincipe van CyberKnife- en Gamma Knife-therapieën.
Gamma Knife radiochirurgie gebruikt gespecialiseerde apparatuur om bijna 200 kleine stralingsbundels op een tumor of ander doel in de hersenen te richten. Elke individuele straal heeft heel weinig effect op het hersenweefsel waar het doorheen gaat, maar volgens Mayo Clinic wordt een sterke dosis straling afgegeven op het punt waar de stralen elkaar ontmoeten.
Gamma-ray astronomie
Een van de interessantere bronnen van gammastraling zijn gammastraaluitbarstingen (GRB's). Dit zijn extreem energetische gebeurtenissen die van enkele milliseconden tot enkele minuten duren. Ze werden voor het eerst waargenomen in de jaren zestig en worden nu ongeveer één keer per dag ergens in de lucht waargenomen.
Gammaflitsen zijn volgens NASA "de meest energetische vorm van licht". Ze schijnen honderden keren helderder dan een typische supernova en ongeveer een miljoen biljoen keer zo helder als de zon.
Volgens Robert Patterson, een professor in astronomie aan de Missouri State University, werd ooit gedacht dat GRB's afkomstig waren uit de laatste fasen van verdampende mini-zwarte gaten. Aangenomen wordt dat ze nu ontstaan bij botsingen van compacte objecten zoals neutronensterren. Andere theorieën schrijven deze gebeurtenissen toe aan de ineenstorting van superzware sterren om zwarte gaten te vormen.
In beide gevallen kunnen GRB's voldoende energie produceren om gedurende een paar seconden een heel sterrenstelsel te overtreffen. Omdat de atmosfeer van de aarde de meeste gammastralen blokkeert, worden ze alleen gezien met ballonnen op grote hoogte en telescopen in een baan.
Verder lezen:
