Promieniowanie gamma
Promieniowanie gamma jest rodzajem fal elektromagnetycznych o energii wyższej od energii promieniowania rentgenowskiego i światła widzialnego. Istotną różnicą jest to, że promieniowanie rentgenowskie oraz światło widzialne mają swe źródło w procesach zachodzących w elektronowej powłoce atomowej, a promieniowanie gamma – jest wynikiem procesów zachodzących w jądrach atomowych.
Promieniowanie gamma występuje m.in. wtedy, gdy podczas rozpadu alfa lub beta pozostałe po emisji jądro atomowe pozbywa się nadmiaru energii.
Bardzo często to promieniowanie powstaje, gdy jądro atomowe przechodzi ze stanu o wysokiej energii do stanu o energii niższej, czego przykładem jest izotop baru, Ba-137m. powstający w wyniku rozpadu beta izotopu Cs-137. Promieniowanie gamma produkowane jest w elektrowniach jądrowych zarówno bezpośrednio podczas reakcji rozszczepienia izotopów paliwa jądrowego, jak i w rozpadach promieniotwórczych produktów rozszczepienia.
Dokładnie tak jak światło, promieniowanie gamma rozchodzi się z prędkością światła.
Ma o wiele większy zasięg w środowisku niż promieniowanie alfa czy beta o tej samej energii. W przeciwieństwie do posiadających masę cząstek alfa lub beta, promieniowania gamma nie można zatrzymać. Foton gamma może:
- „wypaść” z wiązki, przekazując całą swoją energię elektronom atomów ośrodka – jest to zjawisko fotoelektryczne,
- może stracić część energii w zderzeniach z elektronami ośrodka, lecąc dalej ze zmniejszona energią – jest to zjawisko rozproszenia (Comptona),
- może „znikać” z wiązki, wytwarzając parę elektron-pozyton”.
Do ochrony przed promieniowaniem gamma potrzebne są – zależnie od jego energii – osłony ołowiowe o grubości co najmniej 20 centymetrów albo ściany betonowe o grubości co najmniej jednego metra.
Promieniowanie gamma jest wykorzystywane na przykład w leczeniu raka. Poza tym w wielu krajach jest stosowane do konserwacji żywności.
Promieniowanie gamma ma tę samą naturę, co światło widzialne. Jest ono krótkofalową częścią widma elektromagnetycznego. Jego fale mają najwyższe częstotliwości i najwyższe energie. Podobnie jak światło widzialne, może być rozumiane oraz opisywane jako strumień fotonów (kwantów).
Promieniowanie gamma powstaje podczas radioaktywnych procesów zachodzących w jądrach atomowych oraz przy reakcjach anihilacji w zderzeniach materii i antymaterii. Bardzo często towarzyszy rozpadom alfa lub beta.
Bar-137m – emiter promieniowania gamma
Bar-137m pozostaje barem również po wysłaniu promieniowania gamma. Tylko energia jądra jest pomniejszona o energię, którą unosi foton gamma.
Jednakowe jądra atomowe mogą mieć różną ilość energii. Stany o wyższej energii nazywa się „wzbudzonymi”, czasem oznacza się je dodając „m” (m = metastabilny) do symbolu danego izotopu. Jeżeli jądro baru-137m przechodzi ze stanu wzbudzonego do stabilniejszego stanu podstawowego, wówczas jądro pozbywa się nadmiaru energii emitując promieniowanie gamma. Ponieważ liczba i ładunek cząstek w jądrze przy tym nie zmienia się,, również liczba masowa i atomowa pozostają takie same. Taki proces nazywamy przejściem izomerycznym.
Leczenie raka za pomocą promieniowania gamma
Promieniowanie gamma może uszkadzać ludzkie komórki: może ono rozbijać łańcuchy DNA w jądrze komórkowym; po tym komórka może obumierać. Można to wykorzystać w leczeniu nowotworów. Szczególnie podatne na działanie promieniowania są komórki w fazie podziału. Ponieważ komórki rakowe dzielą się częściej niż zdrowe, są one bardziej wrażliwe na promieniowanie. Tak więc dawka musi być tak wysoka, aby komórki obumarły i po napromieniowaniu nie mogły się odtwarzać. Do tego promieniowanie gamma przenika w głąb ciała i w ten sposób oddziałuje także na niedostępne w inny sposób guzy. Jako źródła promieniowania gamma używane są dla tego celu m.in. izotop kobalt-60 albo akcelerator liniowy (emiter beta).
Napromieniowywanie żywności
Za pomocą promieniowania gamma można konserwować żywność: przenika ono przez jabłka czy przyprawy i zabija zarazki chorobotwórcze lub insekty. A przy tym nie nagrzewa ono żywności: jabłko nie staje się wskutek tego jabłkiem pieczonym.
Ponadto promieniowanie gamma wpływa także na procesy dojrzewania i gnicia. W przypadku ziemniaków i cebul można dzięki niemu zapobiec ich kiełkowaniu. Jako źródła służą tu, tak jak przy leczeniu w onkologii, promieniowanie gamma powstałe podczas rozpadu kobaltu-60 albo cezu-137.