감마선은 전파, 적외선, 자외선, X 선 및 마이크로파와 같은 전자기 방사선의 한 형태입니다. 감마선은 암 치료에 사용될 수 있으며 감마선 폭발은 천문학 자에 의해 연구됩니다.
전자기 (EM) 방사선은 상이한 파장 및 주파수에서 파 또는 입자로 투과된다. 이 광범위한 파장을 전자기 스펙트럼이라고합니다. 스펙트럼은 일반적으로 파장이 감소하고 에너지 및 주파수가 증가하는 순서로 7 개의 영역으로 나뉩니다. 일반적인 명칭은 전파, 마이크로파, 적외선 (IR), 가시 광선, 자외선 (UV), X- 선 및 감마선입니다.
감마선은 소프트 X 선 위의 EM 스펙트럼 범위에 속합니다. 감마선은 초당 약 1,018 사이클 이상의 주파수 또는 헤르츠 (Hz), 100 피코 미터 (pm) 미만의 파장 또는 4 x 10 ^ 9 인치의 파장을 갖습니다. (피코 미터는 1 조 미터입니다.)
EM 스펙트럼에서 감마선과 하드 X 선이 겹치므로 감별하기가 어렵습니다. 천체 물리학과 같은 일부 분야에서는 특정 파장 이상의 광선이 X 선으로 분류되고 짧은 파장의 광선이 감마선으로 분류되는 스펙트럼에 임의의 선이 그려집니다. 감마선과 X 선은 모두 살아있는 조직에 손상을 줄 수있는 충분한 에너지를 가지고 있지만 거의 모든 우주 감마선은 지구 대기에 의해 차단됩니다.
감마선 발견
ARPANSA (Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency)에 따르면 감마선은 1900 년 프랑스 화학자 Paul Villard가 라듐에서 방사선을 조사 할 때 처음 관찰되었습니다. 몇 년 후, 뉴질랜드 태생의 화학자이자 물리학자인 어니스트 러더 포드는 알파선과 베타선의 순서에 따라 "감마선"이라는 이름을 제안했습니다. .
감마선 소스 및 효과
감마선은 주로 핵융합, 핵분열, 알파 붕괴 및 감마 붕괴의 네 가지 핵 반응에 의해 생성됩니다.
핵융합은 태양과 별에 힘을주는 반응입니다. 그것은 4 단계의 양성자, 즉 수소 핵이 극한의 온도와 압력 하에서 2 개의 양성자와 2 개의 중성자를 포함하는 헬륨 핵으로 융합되도록하는 다단계 공정에서 발생한다. 생성 된 헬륨 핵은 반응에 들어간 4 개의 양성자보다 약 0.7 % 덜 무겁습니다. 아인슈타인의 유명한 방정식 E = mc ^ 2에 따르면이 질량 차이는 에너지로 변환되는데, 그 에너지의 약 3 분의 2가 감마선으로 방출됩니다. (나머지는 질량이 거의없는 입자와 매우 약하게 상호 작용하는 중성미자 형태입니다.) 별의 수명 말기, 수소 연료가 부족하면 융합을 통해 점점 더 많은 원소를 형성 할 수 있습니다. 철을 포함하여 포함하지만, 이러한 반응은 각 단계에서 감소하는 양의 에너지를 생성합니다.
감마선의 또 다른 친숙한 원천은 핵분열입니다. 로렌스 버클리 국립 연구소 (Lawrence Berkeley National Laboratory)는 핵분열이 무거운 핵을 대략 같은 두 부분으로 나눈 것으로 정의하고,이 부분은 더 가벼운 원소의 핵이다. 다른 입자와의 충돌을 포함하는이 과정에서 우라늄 및 플루토늄과 같은 무거운 핵은 크세논 및 스트론튬과 같은 더 작은 원소로 분해됩니다. 이러한 충돌로 발생하는 입자는 다른 중핵에 영향을 미쳐 핵 연쇄 반응을 일으킬 수 있습니다. 생성 된 입자의 결합 된 질량이 원래의 무거운 핵의 질량보다 작기 때문에 에너지가 방출된다. 질량 차이는 더 작은 핵, 중성미자 및 감마선의 운동 에너지 형태로 E = mc ^ 2에 따라 에너지로 변환됩니다.
감마선의 다른 소스는 알파 붕괴와 감마 붕괴입니다. 알파 붕괴는 무거운 핵이 헬륨 -4 핵을 방출하여 원자 수를 2만큼 줄이고 원자량을 4만큼 줄이면 발생합니다.이 과정은 핵에 과도한 에너지를 남길 수 있습니다. 감마 붕괴는 원자핵에 에너지가 너무 많으면 전 하나 질량 구성을 바꾸지 않고 감마선을 방출 할 때 발생합니다.
감마선 요법
감마선은 때때로 종양 세포의 DNA를 손상시켜 신체의 암성 종양을 치료하는 데 사용됩니다. 그러나 감마선은 주위의 건강한 조직 세포의 DNA를 손상시킬 수 있기 때문에 세심한주의가 필요합니다.
건강한 조직에 대한 노출을 최소화하면서 암 세포에 대한 복용량을 최대화하는 한 가지 방법은 선형 가속기 또는 linac의 여러 감마선 빔을 여러 방향에서 대상 영역으로 향하게하는 것입니다. 이것이 CyberKnife 및 Gamma Knife 요법의 작동 원리입니다.
감마 나이프 방사선 외과는 특수 장비를 사용하여 뇌의 종양 또는 기타 대상에 200 개의 작은 방사선 빔에 초점을 맞 춥니 다. Mayo Clinic에 따르면, 각각의 개별 광선은 통과하는 뇌 조직에 거의 영향을 미치지 않지만 광선이 만나는 지점에서 강한 양의 방사선이 전달됩니다.
감마선 천문학
감마선의 가장 흥미로운 소스 중 하나는 감마선 버스트 (GRB)입니다. 이들은 몇 밀리 초에서 몇 분까지 지속되는 매우 높은 에너지 이벤트입니다. 그들은 1960 년대에 처음 관측되었으며, 이제는 하늘 어딘가에서 하루에 한 번 관찰됩니다.
NASA에 따르면 감마선 버스트는 "가장 활발한 빛의 형태"입니다. 그것들은 전형적인 초신성보다 수백 배 더 밝고 태양보다 약 백만 조 배 밝습니다.
미주리 주립 대학의 천문학 교수 인 로버트 패터슨 (Robert Patterson)에 따르면 GRB는 한때 미니 블랙홀 증발의 마지막 단계에서 나온 것으로 생각되었다. 그들은 이제 중성자 별과 같은 소형 물체의 충돌에서 비롯된 것으로 여겨진다. 다른 이론들은이 사건들이 초 거대 별들이 무너져 블랙홀을 형성한다고보고있다.
두 경우 모두 GRB는 충분한 에너지를 생성하여 몇 초 동안 은하 전체를 빛낼 수 있습니다. 지구의 대기는 대부분의 감마선을 차단하기 때문에 고도 풍선과 궤도 망원경에서만 볼 수 있습니다.
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