什么是伽马射线?可以破坏肿瘤DNA还能点亮一个星系

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伽马射线是电磁辐射的某种,就像无线电波、红外辐射、紫外辐射、X射线和微波一样。伽马射线可用于癌症治疗,伽马射线暴更是天文学家研究的一大重点。

电磁辐射不能通过波或粒子的形式传播,有不同的波长和频率。波长覆盖的范围叫华电磁光谱,一般被分为七个主次,随着波长递减,能量与频率会随之递增。七个主次通常为无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、X射线和伽马射线。

伽马射线在电磁光谱中的位置高于“软X射线”,其频率超过每秒1018赫兹,波长不到50皮米(1皮米最少1米的1万亿分之一)。

▲这张天空全景图由NASA费米伽马太空望远镜两年来分类分类整理的数据集合而成,展现了宇宙在伽马射线下的模样

伽马射线与硬X射线在电磁光谱中的位置相互重叠,否则比较慢区分这两者。在天体物理学等领域中,科学家会强行划四根区分线,将高于特定波长的射线列为X射线,低于特定波长的则为伽马射线。伽马射线和X射线都属于高能辐射,可破坏生物组织。不过,宇宙中几乎所有的伽马射线都是被地球大气层阻挡在外。

伽马射线的发现

伽马射线最早于1900年由法国化学家保罗·维拉尔(Paul Villard)在研究镭辐射时发现。几年后,化学家、物理学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)按照核反应产生的阿尔法射线和贝塔射线,提出了“伽马射线”这人名字,这人叫法便老要 保留至今。

伽马射线的来源与效果

伽马射线主要由某种核反应产生:核聚变、核裂变、阿尔法衰变和伽马衰变。

▲伽马射线暴概念图

核聚变是太阳与其它恒星的能量来源。该反应分几步进行,在极端高温高压下,五个质子、或氢原子核被强迫聚合为那我拥有那我质子和那我中子的氦原子核。该氦原子核的质量比那我五个质子的质量约少0.7%,而根据爱因斯坦的质能方程E=mc2,这主次质量差会转化为能量,其中三分之二的能量以伽马射线的形式释放出来。(剩余的能量则以中微子的形式进行释放,这是某种相互作用极弱的粒子,质量几乎为零)。在恒星生命末期、氢燃料耗尽事先 ,通过核聚变生成的元素会变得不到 重,老要 到铁元素。但各个阶段生成的能量也会随之递减。

伽马射线的另一来源是核裂变,亲们对此应该从不陌生。劳伦斯·伯克利国家实验室对核裂变的定义是:那我较重的原子核分裂为大致相等的两半,这两半再分别成为较轻元素的原子核。这人过程需涉及与其它粒子的撞击。当铀、钋等较重原子核受到其它粒子轰击后,便会分裂成氙、锶等较轻元素。而轰击产生的新粒子又会撞上其它重原子核,形成链式反应。这人过程中也会释放能量,可能性裂变产生的粒子质量总和低于原始重原子核的质量。这主次质量也会转化为能量,以较小原子核的动能、中微子和伽马射线的形式居于。

阿尔法衰变和伽马衰变也可产生伽马射线。当重原子核释放出氦-4原子核,原子数减少2、原子重量减少4时,便会居于阿尔法衰变。这人过程会原困原子核能量过剩,而多余的能量便会以伽马射线的形式释放出来。可能性原子核中能量不用 ,便会居于伽马衰变,发射出伽马射线,一齐不用改变原子核的电荷或质量成分。

伽马射线疗法

伽马射线可破坏肿瘤细胞DNA,否则有都是用于治疗恶性肿瘤。但在采用该疗法时时要多加小心,可能性伽马射线也会破坏附过健康组织细胞的DNA。

要想让癌症细胞受到的辐射最大化、一齐让健康细胞受到的辐射最小化,某种妙招是让多束由不同方向的伽马射线通过一台线性加速器、集中到一块很小的区域上。这只是我 射波刀(CyberKnife)和伽马刀疗法的运作原理。

伽马刀放射手术利用一台特殊设备,将近50道辐射击中到大脑肿瘤处或其它目标上。每束辐射对穿过的脑组织影响很小,但交汇点处所受的辐射剂量很大。

伽马射线与天文学

伽马射线暴是伽马射线最有趣的来源之一。这是某种能量极高的天文事件,时长从几毫秒到几分钟不等。科学家最早于上世纪50年代观测到这人问题,如今观察到它们的频率约为每天一次。

NASA指出,伽马射线暴是“最高能的某种光线形式”。其亮度可达一般超新星的数百倍,约为太阳的一百万万亿倍。

据密苏里州立大学天文学教授罗伯特·帕特森(Robert Patterson)介绍,科学家一度认为伽马射线暴来自正在挥发的迷你黑洞的末期阶段。但如今科学家认为,伽马射线暴应源自中子星等致密天体的相撞。还有理论指出,超大质量恒星坍缩形成黑洞时,也会产生伽马射线暴。

无论其来源如何,伽马射线暴在几秒内产生的能量都足以点亮一整个星系。但可能性地球大气可将大主次伽马射线阻挡在外,不到高海拔观测气球和轨道望远镜不能观察到它们的居于。