Radiații Gamma

Scurt istoric

Radiaţiile gamma, cunoscute şi sub denumirea de raze gamma (în special in astronomie, prin analogie cu razeX), sunt radiaţii electromagnetice de înaltă frecvenţă (cu lungimi de undă foarte scurte) notate cu litera greceasca” ﻻ”. Razele gamma, sunt de obicei produse în mod natural pe Pãmânt prin dezintegrarea unor state de energie mari ale nucleelor atomilor.

Importante surse naturale sunt de asemenea şi interacţiunile dintre particulele subatomice rezultate din razele cosmice care degajã o cantitate mare de energie.Reacţiile cu eliberări mari de energie sunt surse artificiale des intâlnite de raze gamma.Alt mecanism creat de om include anihilarea electron-pozitron, dezintegrarea pionului neutru, fuziune şi fisiune induse.

Unele surse naturale rare, sunt fulgerele şi strãfulgerarile terestre de înală energie, care produc particule cu energie mare, din tensiuni naturale de înaltă energie.Razele gamma sunt de asemenea produse de procesele astronomice în care sunt produşi mulţi electroni de înălta energie.Aceşti electroni sunt produşi de către razele gamma secundare prin mecanismul de bremsstrahlung, imprăştiere Compton inversă şi radiaţie sincotron.Razele gamma sunt radiaţii ionizante, şi sunt biologic periculoase.

O sursă clasică de raze gamma, descoperită pentru prima oară in istorie, este un tip de dezintegrare radioactivă numită dezintegrare gamma.În acest tip de dezintegrare, nucleele excitate emit raze gamma aproape imediat după formarea acestora, deşi tranziţia izomerică poate produce inhibarea dezintegrării razelor gamma cu o durată de viaţa mai lungă.

Paul Villard, un fizician şi chimist francez, a descoperit radiaţiile gamma în 1900, în timp ce studia radiaţiile emise de radiu. Radiaţiile Villard au fost numite “raze gamma” de către Ernest Rutherford în 1903.

Razele gamma tipice au o frecvenţa de peste 10 exahertzi ( sau >1019 Hz) , şi prin urmare au energii de peste 100 keV, şi lungimi de undă mai mici de 10 picometri, mai puţin decât diametrul unui atom. Cu toate acestea, aceasta nu este o definiţie, ci doar o regulă descriptivă a proceselor naturale. Razele gamma din dezintegrarea radioactivă comună au energii de câteva sute de keV, şi întotdeauna mai puţin de 10 MeV. Pe de alta parte energia dezintegrată nu are în mod efectiv o limită mai scăzută decât energia gamma rezultată din dezintegrarea radioactivă In contrast, energiile din surse astronomice pot fi mult mai mari, cu valori de peste 10 TeV ( de departe prea mari pentru a fi produse de dezintegrari radioactive).

Distincţia dintre razele X şi razele gamma a fost schimbată în ultimele decenii. Iniţial, radiaţiile electromagnetice emise de către tuburile de raze X aproape invariabil aveau o lungime de undă mai mare decât radiaţia emisă de către nucleele radioactive (raze gamma).În literatura veche, distincţia dintre radiaţiile gamma şi X a fost făcută pe baza lungimii de undă, radiaţiile mai scurte cu lungime de undă arbitrară de aproximativ 10-11m au fost numite raze gamma.

Totuşi, acum sursele artificiale, sunt capabile să copieze orice radiaţie electromagnetică care işi are originea in nucleu, precum şi energii mult mai mari, cu lungimi de undă caracteristice surselor de radiaţii gamma radioactive contra altor tipuri, suprapunându-se perfect.

Astfel razele gamma se disting de obicei prin originea lor: razele X sunt emise prin definiţie de către electronii aflaţi în afara nucleului, în timp ce razele gamma sunt emise de către nucleu.Excepţiile de la această convenţie, apar în astronomie, unde procese cunoscute cu eliberare mare de energie implică alte dezintegrări radioactive numite încă surse de radiaţie gamma.

Un exemplu notabil, sunt exploziile extrem de puternice a radiaţiei normale de inaltă energie care se referă la durata lungă a exploziei razei gamma, care produce raze gamma printr-un mecanism incompatibil cu dezintegrarea radioactivă.

Aceste explozii a razelor gamma, duc la restrângerea stelelor sub forma hipernovelor, care sunt evenimente puternice şi unice descoperite în cosmos.

Convenţii de denumire şi suprapuneri în terminologie

În trecut, distincţia între razele gamma şi X s-a bazat pe energie( sau echivalentul frecvanţei sau a lungimii de undă), razele gamma au inceput apoi să fie considerate o versiune a razelor X cu o energie mai mare. Cu toate acestea, energia inaltă modernă produsă de razele X prin intermediul acceleratorilor liniari pentru tratament cu tensiune mare în terapia împotriva cancerului, de obicei având energie mai mare decât majoritatea razelor gamma produse de către dezintegrarea radioactivă.

În schimb, una din razele X emisă de către izotopi, folosită în diagnosticul medical nuclear, tecnetiu 99, produce radiaţii gamma de aproximativ aceeaşi energie ( 140 keV) ca un diagnostic dat de o maşină cu raze X, şi semnificativ mai puţină energie decât fotonii terapeutici ai acceleratorilor liniari.

Cu toate acestea,convenţia care spune că radiaţia produsă de către dezintegrarea nucleară este singurul tip care se referă la radiaţia “gamma” este înca respectată în medicină.