Gama záření je druh elektromagnetického záření, stejně jako rádiové vlny, infračervené záření, ultrafialové záření, rentgenové záření a mikrovlny. Gama záření lze použít k léčbě rakoviny a gama záblesky studují astronomové.
Elektromagnetické (EM) záření se přenáší ve vlnách nebo částicích o různých vlnových délkách a frekvencích. Tento široký rozsah vlnových délek se nazývá elektromagnetické spektrum. Spektrum se obecně dělí na sedm oblastí v pořadí klesající vlnové délky a rostoucí energie a frekvence. Obvyklé označení jsou rádiové vlny, mikrovlny, infračervené (IR), viditelné světlo, ultrafialové (UV), rentgenové záření a gama záření.
Gama záření spadá do oblasti EM spektra nad měkké rentgenové záření. Gama záření má frekvenci větší než přibližně 10^19 cyklů za sekundu neboli hertzů (Hz) a vlnovou délku menší než 100 pikometrů (pm) neboli 4 x 10^9 palců. (Pikometr je jedna biliontina metru.)
Gama záření a tvrdé rentgenové záření se v EM spektru překrývají, což může ztěžovat jejich rozlišení. V některých oborech, například v astrofyzice, je ve spektru nakreslena libovolná čára, kde jsou paprsky nad určitou vlnovou délkou klasifikovány jako rentgenové a paprsky s kratší vlnovou délkou jako gama. Jak gama záření, tak rentgenové záření mají dostatečnou energii na to, aby způsobily poškození živé tkáně, ale téměř veškeré kosmické gama záření je blokováno zemskou atmosférou.
Objev gama záření
Gama záření bylo podle Australské agentury pro radiační ochranu a jadernou bezpečnost (ARPANSA) poprvé pozorováno v roce 1900 francouzským chemikem Paulem Villardem, když zkoumal záření z radia. O několik let později navrhl chemik a fyzik narozený na Novém Zélandu Ernest Rutherford název „gama paprsky“ podle pořadí paprsků alfa a beta – názvů pro jiné částice, které vznikají při jaderné reakci – a tento název se vžil.
Zdroje a účinky záření gama
Záření gama vzniká především při čtyřech různých jaderných reakcích: fúzi, štěpení, rozpadu alfa a rozpadu gama.
Jaderná fúze je reakce, která pohání Slunce a hvězdy. Probíhá v několikastupňovém procesu, při němž jsou čtyři protony neboli jádra vodíku nuceny se za extrémní teploty a tlaku sloučit v jádro helia, které se skládá ze dvou protonů a dvou neutronů. Výsledné jádro helia je asi o 0,7 % méně hmotné než čtyři protony, které do reakce vstoupily. Tento rozdíl hmotností se přemění na energii podle slavné Einsteinovy rovnice E=mc^2, přičemž asi dvě třetiny této energie se vyzáří jako záření gama. (Zbytek je ve formě neutrin, což jsou extrémně slabě interagující částice s téměř nulovou hmotností.) V pozdějších fázích života hvězdy, když jí dojde vodíkové palivo, může hvězda vytvářet stále hmotnější prvky pomocí termojaderné fúze, až po železo, ale tyto reakce produkují v každé fázi stále menší množství energie.
Dalším známým zdrojem záření gama je štěpení jader. Lawrence Berkeley National Laboratory definuje jaderné štěpení jako rozštěpení těžkého jádra na dvě přibližně stejné části, které jsou pak jádry lehčích prvků. Při tomto procesu, který zahrnuje srážky s jinými částicemi, se těžká jádra, například uranu a plutonia, rozpadají na menší prvky, například xenon a stroncium. Vzniklé částice z těchto srážek pak mohou narážet na další těžká jádra, čímž vzniká řetězová jaderná reakce. Energie se uvolňuje, protože kombinovaná hmotnost výsledných částic je menší než hmotnost původního těžkého jádra. Tento rozdíl hmotností se podle vztahu E=mc^2 přeměňuje na energii ve formě kinetické energie menších jader, neutrin a záření gama.
Dalšími zdroji záření gama jsou rozpad alfa a rozpad gama. Rozpad alfa nastává, když těžké jádro odevzdá jádro helia-4, čímž se jeho atomové číslo sníží o 2 a atomová hmotnost o 4. Při tomto procesu může jádro zanechat přebytečnou energii, která je vyzářena ve formě záření gama. K rozpadu gama dochází, když je v jádře atomu příliš mnoho energie, což způsobí vyzáření záření gama, aniž by se změnil jeho náboj nebo hmotnostní složení.
Léčba zářením gama
Záření gama se někdy používá k léčbě rakovinných nádorů v těle tím, že poškozuje DNA nádorových buněk. Je však třeba dbát velké opatrnosti, protože paprsky gama mohou poškodit i DNA okolních zdravých buněk tkání.
Jedním ze způsobů, jak maximalizovat dávku pro nádorové buňky a zároveň minimalizovat expozici zdravých tkání, je nasměrovat na cílovou oblast více paprsků gama z lineárního urychlovače neboli linaku z mnoha různých směrů. To je princip fungování terapií CyberKnife a gama nožem.
Radiochirurgie gama nožem využívá specializované zařízení k zaměření téměř 200 malých paprsků záření na nádor nebo jiný cíl v mozku. Podle Mayo Clinic má každý jednotlivý paprsek velmi malý vliv na mozkovou tkáň, kterou prochází, ale v místě, kde se paprsky setkávají, je dodána silná dávka záření.
Astronomie záření gama
Jedním ze zajímavějších zdrojů záření gama jsou gama záblesky (GRB). Jedná se o extrémně vysokoenergetické události, které trvají od několika milisekund do několika minut. Poprvé byly pozorovány v 60. letech 20. století a nyní jsou pozorovány někde na obloze přibližně jednou denně.
Gamma záblesky jsou podle NASA „nejenergetičtější formou světla“. Svítí stokrát jasněji než typická supernova a asi milionkrát trilionkrát jasněji než Slunce.
Podle Roberta Pattersona, profesora astronomie na Missourské státní univerzitě, se kdysi předpokládalo, že GRB pocházejí z posledních fází vypařování miniaturních černých děr. Nyní se předpokládá, že vznikají při srážkách kompaktních objektů, jako jsou neutronové hvězdy. Jiné teorie připisují tyto události kolapsu supermasivních hvězd za vzniku černých děr.
V obou případech mohou GRB produkovat tolik energie, že na několik sekund zastíní celou galaxii. Protože zemská atmosféra blokuje většinu gama záření, jsou pozorovatelné pouze pomocí výškových balónů a orbitálních teleskopů.
Další čtení: