ガンマ線は、電波、赤外線、紫外線、X線、マイクロ波などと同様に、電磁波の一種です。 ガンマ線はがんの治療に使われ、ガンマ線バーストは天文学者によって研究されています。
電磁波（EM）は異なる波長と周波数の波または粒子で伝わります。 この幅広い波長域を電磁波スペクトルと呼びます。 スペクトルは一般に、波長が短く、エネルギーと周波数が高い順に7つの領域に分けられます。 一般的には、電波、マイクロ波、赤外線（IR）、可視光線、紫外線（UV）、X線、ガンマ線と呼ばれています。
ガンマ線は、EMスペクトルの軟X線より上の領域にあたります。 ガンマ線の周波数は1秒間に約10^19回（Hz）以上、波長は100ピコメートル（pm）または4×10^9インチ以下である。 (1387>
ガンマ線と硬X線は電磁スペクトルで重なり合っており、区別がつきにくいことがあります。 天体物理学などの分野では、スペクトルに任意の線を引き、ある波長以上の線をX線、それより短い波長の線をガンマ線と分類しています。 1387>
ガンマ線の発見
オーストラリア放射線防護原子力安全庁（ARPANSA）によると、ガンマ線は1900年にフランスの化学者ポール・ビラールがラジウムからの放射線を調べているときに初めて観測されました。 数年後、ニュージーランド生まれの化学者・物理学者であるアーネスト・ラザフォードが、核反応中に発生する他の粒子に付けられた名前であるアルファ線、ベータ線の順番に従って「ガンマ線」という名前を提案し、この名前が定着したのです。
ガンマ線の発生源と影響
ガンマ線は、主に核融合、核分裂、アルファ崩壊、ガンマ崩壊という4種類の核反応によって発生します。 4個の陽子、つまり水素原子核が極端な温度と圧力下で強制的に融合させられ、2個の陽子と2個の中性子からなるヘリウム原子核になる多段階のプロセスで発生するのです。 ヘリウム核は、2個の陽子と2個の中性子から構成される。生成されたヘリウム核は、反応に使われた4個の陽子より約0.7パーセント質量が軽い。 この質量差は、アインシュタインの有名な方程式E=mc^2に従ってエネルギーに変換され、そのエネルギーの約3分の2はガンマ線として放出される。 (残りのエネルギーは、質量がほぼゼロで非常に弱い相互作用をする粒子であるニュートリノの形で放出される）。 星の寿命の後半に水素燃料がなくなると、核融合によって鉄を含むより重い元素を形成することができますが、これらの反応は段階ごとにエネルギー量が減少していきます。 ローレンス・バークレー国立研究所では、核分裂を「重い原子核が2つにほぼ等しく分裂して、軽い元素の原子核となること」と定義しています。 他の粒子との衝突を伴うこの過程では、ウランやプルトニウムなどの重い原子核が、キセノンやストロンチウムなどの小さな元素に分解されます。 この衝突で生じた粒子が他の重い原子核に衝突することで、核連鎖反応が起こります。 このとき、衝突した粒子の質量が元の重原子核の質量より小さくなるため、エネルギーが放出される。 その質量差はE=mc^2に従って、より小さな原子核の運動エネルギー、ニュートリノ、ガンマ線の形でエネルギーに変換されます。
ガンマ線の他の発生源はアルファ崩壊とガンマ崩壊です。 アルファ崩壊は、重い原子核がヘリウム4の原子核を放出し、原子番号を2、原子量を4減らすときに起こります。この過程で原子核に余分なエネルギーが残り、ガンマ線の形で放出されることがあるのです。 1387>
ガンマ線治療
ガンマ線は、体内の癌腫瘍の治療に、腫瘍細胞のDNAを損傷させるために使われることがあります。 しかし、ガンマ線は周囲の健康な組織細胞のDNAも損傷するため、十分な注意が必要です。
健康な組織への被ばくを最小限に抑えながら、がん細胞への線量を最大限に高める方法の1つは、線形加速器（リニアック）から複数のガンマ線ビームを多方向から標的部位に照射することです。 サイバーナイフとガンマナイフの動作原理はこれです。
ガンマナイフ放射線手術は、特殊な装置を使用して、脳の腫瘍やその他の標的に約200本の小さな放射線を集中させます。
ガンマ線天文学
より興味深いガンマ線の発生源の1つは、ガンマ線バースト（GRB）です。 これは数ミリ秒から数分間続く、非常に高いエネルギーの現象です。 ガンマ線バーストは、NASAによると「光の中で最もエネルギーの高いもの」です。
NASAによると、ガンマ線バーストは「最もエネルギーに満ちた光」であり、典型的な超新星の数百倍、太陽の百万兆倍もの明るさで輝いている。
ミズーリ州立大学天文学教授のロバート・パターソンによると、GRBはかつてミニブラックホールが蒸発する最終段階から発生すると考えられていた。 現在では、中性子星のようなコンパクトな天体の衝突で発生すると考えられています。
どちらの場合でも、GRBは数秒間、銀河全体を照らし出すほどのエネルギーを発生させることができます。 どちらの場合でも、GRBは数秒間、銀河全体を照らし出すほどのエネルギーを生み出します。地球の大気はほとんどのガンマ線を遮断するので、高高度の気球や軌道上の望遠鏡でなければ見ることができません。