پرتو گاما (Gamma Rays - γ)، در فیزیک (Physics)
انواع امواج (Wave)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :
پرتو گاما (Gamma Rays - γ) :
پرتو گاما (اشعه گاما) دارای بالاترین فرکانس، کوتاه ترین طول موج (کمتر از 0.01 نانومتر) و بیشترین انرژی در میان تمام امواج الکترومغناطیسی است. این پرتوها از هسته اتم های ناپایدار (رادیواکتیو) در طی فرایند واپاشی هسته ای و همچنین از پرانرژی ترین پدیده های کیهانی مانند انفجار ابرنواخترها، برخورد ستاره های نوترونی، سیاهچاله ها و تپ اخترها ساطع می شوند. پرتو گاما به دلیل انرژی بسیار بالا، قدرت نفوذ فوق العاده ای دارد و می تواند از لایه های ضخیم مواد (چندین سانتی متر سرب یا چندین متر بتن) عبور کند. این پرتوها برخلاف پرتوهای آلفا و بتا، ذره نیستند و ماهیت موجی-ذره ای دارند.
تولید پرتو گاما: 1. واپاشی هسته ای (Nuclear decay): هنگامی که یک هسته ناپایدار (رادیواکتیو) دچار واپاشی آلفا یا بتا می شود، هسته حاصل اغلب در حالت برانگیخته قرار دارد. برای رسیدن به حالت پایه، هسته انرژی اضافی خود را به صورت یک فوتون پرتو گاما منتشر می کند. این فرایند، واپاشی گاما نام دارد. ایزوتوپ های رادیواکتیو مانند کبالت-60، سزیم-137 و ایریدیوم-192 منابع رایج پرتو گاما هستند. 2. نابودی ماده-پادماده (Annihilation): وقتی یک الکترون و یک پوزیترون (پادالکترون) به هم برخورد می کنند، نابود شده و دو فوتون پرتو گاما با انرژی 511 کیلو الکترون ولت (keV) در جهت مخالف یکدیگر تولید می کنند. 3. پدیده های کیهانی: انفجارهای ابرنواختری، برخورد ستاره های نوترونی، و سیاهچاله های فعال مقادیر عظیمی پرتو گاما تولید می کنند (Gamma-ray bursts).
برهم کنش با ماده: پرتو گاما با ماده از راه های مختلفی برهم کنش دارد (بسته به انرژی): - اثر فوتوالکتریک: در انرژی های پایین (کمتر از 100 keV) غالب است. - پراکندگی کامپتون: در انرژی های متوسط (100 keV تا چند MeV) غالب است. - تولید زوج: در انرژی های بالا (بالاتر از 1.022 MeV) غالب است.
کاربردها: 1. پزشکی: - پرتودرمانی: برای نابودی سلول های سرطانی (با استفاده از کبالت-60 یا دستگاه های گاما نایف برای تومورهای مغزی). - پزشکی هسته ای: در تصویربرداری (PET Scan) از پرتو گامای حاصل از نابودی پوزیترون استفاده می شود. همچنین در اسکن های SPECT از ایزوتوپ های گاما زا (مانند تکنسیم-99m) استفاده می شود. 2. صنعت: - رادیوگرافی صنعتی: بازرسی جوش ها و قطعات فلزی (با استفاده از ایریدیوم-192 یا سلنیوم-75). به دلیل نفوذ بالا، برای قطعات ضخیم تر مناسب تر از پرتو ایکس است. - اندازه گیری سطح و چگالی: در صنایع نفت و پتروشیمی. - استریلیزاسیون: استریل کردن تجهیزات پزشکی یکبار مصرف و مواد غذایی (با استفاده از کبالت-60). پرتو گاما با نفوذ کامل در محصول، میکروارگانیسم ها را از بین می برد. 3. علوم: - اخترشناسی گاما: مطالعه منابع کیهانی پرتو گاما با تلسکوپ های فضایی (مانند فرمی، اینتگرال). - طیف سنجی گاما: شناسایی و اندازه گیری ایزوتوپ های رادیواکتیو در نمونه های محیطی.
خطرات: پرتو گاما بسیار خطرناک است و می تواند باعث آسیب شدید به سلول ها، جهش های ژنتیکی، بیماری تشعشعی (radiation sickness) و سرطان شود. محافظت در برابر آن نیاز به لایه های ضخیم از مواد با چگالی بالا (سرب، بتن) دارد.
