Os raios gama são uma forma de radiação electromagnética, assim como as ondas de rádio, radiação infravermelha, radiação ultravioleta, raios X e microondas. Os raios gama podem ser usados para tratar o câncer, e as explosões de raios gama são estudadas por astrônomos.
A radiação eletromagnética (EM) é transmitida em ondas ou partículas em diferentes comprimentos de onda e freqüências. Esta ampla gama de comprimentos de onda é conhecida como o espectro eletromagnético. O espectro é geralmente dividido em sete regiões em ordem decrescente de comprimento de onda e aumento de energia e frequência. As designações comuns são ondas de rádio, microondas, infravermelho (IR), luz visível, ultravioleta (UV), raios X e raios gama.
Raios gama caem na faixa do espectro eletromagnético acima dos raios X moles. As radiografias gama têm frequências superiores a cerca de 10^19 ciclos por segundo, ou hertz (Hz), e comprimentos de onda inferiores a 100 picómetros (pm), ou 4 x 10^9 polegadas. (Um picômetro é um trilhão de metro.)
Raios gama e raios X duros se sobrepõem no espectro EM, o que pode tornar difícil diferenciá-los. Em alguns campos, tais como astrofísica, uma linha arbitrária é traçada no espectro onde raios acima de um determinado comprimento de onda são classificados como raios X e raios com comprimentos de onda mais curtos são classificados como raios gama. Tanto os raios gama quanto os raios X têm energia suficiente para causar danos aos tecidos vivos, mas quase todos os raios gama cósmicos são bloqueados pela atmosfera terrestre.
Descoberta dos raios gama
Os raios gama foram observados pela primeira vez em 1900 pelo químico francês Paul Villard quando ele estava investigando a radiação do rádio, de acordo com a Agência Australiana de Proteção contra Radiação e Segurança Nuclear (ARPANSA). Alguns anos mais tarde, o químico e físico neozelandês Ernest Rutherford propôs o nome “raios gama”, seguindo a ordem dos raios alfa e beta – nomes dados a outras partículas que são criadas durante uma reação nuclear – e o nome ficou preso.
Fontes e efeitos dos raios gama
Raios gama são produzidos principalmente por quatro diferentes reações nucleares: fusão, fissão, decaimento alfa e decaimento gama.
Fusão nuclear é a reação que alimenta o sol e as estrelas. Ela ocorre em um processo de múltiplas etapas no qual quatro prótons, ou núcleos de hidrogênio, são forçados sob extrema temperatura e pressão a se fundir em um núcleo de hélio, que compreende dois prótons e dois nêutrons. O núcleo de hélio resultante é cerca de 0,7% menos maciço do que os quatro prótons que entraram na reação. Essa diferença de massa é convertida em energia, de acordo com a famosa equação E=mc^2 de Einstein, com cerca de dois terços dessa energia emitida como raios gama. (O resto está na forma de neutrinos, que são partículas extremamente fracas interagindo com quase zero massa). Nos últimos estágios da vida de uma estrela, quando o combustível hidrogênio acaba, ela pode formar elementos cada vez mais maciços através da fusão, até e incluindo o ferro, mas estas reações produzem uma quantidade decrescente de energia em cada estágio.
Outra fonte familiar de raios gama é a fissão nuclear. Lawrence Berkeley National Laboratory define a fissão nuclear como a divisão de um núcleo pesado em duas partes aproximadamente iguais, que são então núcleos de elementos mais leves. Neste processo, que envolve colisões com outras partículas, núcleos pesados, como urânio e plutônio, são quebrados em elementos menores, como o xênon e o estrôncio. As partículas resultantes dessas colisões podem então impactar outros núcleos pesados, estabelecendo uma reação nuclear em cadeia. A energia é liberada porque a massa combinada das partículas resultantes é menor do que a massa do núcleo pesado original. Essa diferença de massa é convertida em energia, de acordo com E=mc^2, na forma de energia cinética dos núcleos menores, neutrinos e raios gama.
Outras fontes de raios gama são o decaimento alfa e o decaimento gama. A decomposição alfa ocorre quando um núcleo pesado emite um núcleo hélio-4, reduzindo seu número atômico em 2 e seu peso atômico em 4. Este processo pode deixar o núcleo com excesso de energia, que é emitida na forma de um raio gama. A decomposição gama ocorre quando há demasiada energia no núcleo de um átomo, fazendo com que este emita um raio gama sem alterar a sua carga ou composição de massa.
Terapia com raios gama
As radiografias gama são às vezes usadas para tratar tumores cancerosos no corpo, danificando o DNA das células tumorais. No entanto, deve-se ter muito cuidado, pois as radiografias gama também podem danificar o DNA das células do tecido circundante saudáveis.
Uma maneira de maximizar a dosagem para as células cancerosas, minimizando a exposição aos tecidos saudáveis, é dirigir múltiplos feixes de raios gama de um acelerador linear, ou linac, para a região alvo a partir de muitas direções diferentes. Este é o princípio operacional das terapias CyberKnife e Gamma Knife.
Gamma Knife radiocirurgia usa equipamento especializado para focar perto de 200 pequenos feixes de radiação em um tumor ou outro alvo no cérebro. Cada feixe individual tem muito pouco efeito no tecido cerebral pelo qual passa, mas uma forte dose de radiação é fornecida no ponto em que os feixes se encontram, de acordo com a Mayo Clinic.
Astronomia de raios gama
Uma das fontes mais interessantes de raios gama são as explosões de raios gama (GRBs). São eventos de energia extremamente alta que duram de alguns milissegundos a vários minutos. Eles foram observados pela primeira vez nos anos 60, e agora são observados em algum lugar no céu cerca de uma vez por dia.
São “a forma mais energética de luz”, de acordo com a NASA. Elas brilham centenas de vezes mais que uma típica supernova e cerca de um milhão de vezes mais que o sol.
De acordo com Robert Patterson, professor de astronomia da Universidade Estadual do Missouri, pensava-se que as GRBs vinham dos últimos estágios de evaporação de mini buracos negros. Acredita-se agora que eles têm origem em colisões de objetos compactos, tais como estrelas de nêutrons. Outras teorias atribuem esses eventos ao colapso de estrelas supermassivas para formar buracos negros.
Em ambos os casos, os GRBs podem produzir energia suficiente para que, por alguns segundos, eles possam brilhar mais que uma galáxia inteira. Como a atmosfera da Terra bloqueia a maioria dos raios gama, eles são vistos apenas com balões de alta altitude e telescópios em órbita.
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