Rayos gama (denotados como γ ) son una forma de la radiación electromágnetica o la emisión ligera de las frecuencias producidas por interacciones subatómicas de la partícula, tales como aniquilación del Electrón-positrón o decaimiento radiactivo . Los rayos gama se caracterizan generalmente como la radiación electromágnetica que tiene la frecuencia y la energía más altas, y también la longitud de onda más corta, dentro del espectro electromágnetico, es decir fotones de la alta energía. Debido a su contenido en alta energía, pueden causar daño grave cuando son absorbidos por las células de vida.
Características
El blindar
Blindar rayos gama requiere granes cantidades de Massachusetts. Los materiales con los números atómicos del alto y la alta densidad los absorben mejor. Cuanto más alta es la energía de los rayos gama, más grueso es el blindar requerido. Los materiales para blindar rayos gama son medidos típicamente por el grueso requerido para reducir la intensidad de los rayos gama por una mitad (la capa de medio valor o el HVL). Por ejemplo, los rayos gama que requieren 1 cm (0.4 pulgadas) del plomo reducir su intensidad por el 50% también tendrán su intensidad reducida por la mitad por 6 cm ( de 2 ½; pulgadas) o 9 concreto; cm ( de 3 ½; pulgadas) de suciedad llena. clear=" del
Interacción de la materia
Cuando un rayo gama pasa a través de materia, la probabilidad para la absorción en una capa delgada es proporcional al grueso de esa capa. Esto lleva a una disminución exponencial de la intensidad con grueso. La absorción exponencial se sostiene solamente para una viga estrecha de rayos gama. Si una viga ancha de rayos gama pasa a través de una losa gruesa del concreto, la dispersión de los lados reduce la absorción.
Aquí, el σ del μ = del n es el coeficiente de absorción, medido en cm− 1, n el número de átomos por cm3 en el material, σ el seccionado transversalmente de la absorción en cm2 y d el grueso del material en el cm.
En el paso a través de materia, la radiación gamma ioniza vía tres procesos principales: el efecto fotoeléctrico, dispersión de Compton, y producción de pares .
efecto fotoeléctrico del
: Esto describe el caso en el cual un fotón gamma obra recíprocamente con y transfiere su energía a un electrón atómico, expulsando ese electrón del átomo. La energía cinética del fotoelectrón resultante es igual a la energía del fotón gamma del incidente menos la energía de enlace del electrón. El efecto fotoeléctrico es el mecanismo dominante de la transferencia de energía para los fotones de la radiografía y del rayo gama con energías debajo de 50 keV (mil electronvoltios ), pero es mucho menos importante en energías más altas.
dispersión de Compton del del
: Ésta es una interacción en la cual un fotón gamma del incidente pierde bastante energía a un electrón atómico para causar su eyección, con el resto de la energía del fotón original que es emitida como fotón gamma de la nueva, más baja energía con una dirección de la emisión diferente de la del fotón de la gamma del incidente. La probabilidad de la dispersión de Compton disminuye con el aumento de energía del fotón. La dispersión de Compton es probablemente el mecanismo principal de la absorción para los rayos gama en el keV de energía media de la gama 100 al MeV 10. La dispersión de Compton es relativamente independiente del número atómico del material absorbente.
producción de pares del del
: Por la interacción con el campo eléctrico de un núcleo, la energía del fotón del incidente es convertida en la masa de un par del positrón del electrón. La energía superior a la masa de resto equivalente de las dos partículas (MeV 1.02) aparece como la energía cinética de los pares y del núcleo del retroceso. En el extremo de la gama del positrón, combina con un electrón libre. La masa entera de estas dos partículas entonces se convierte en dos fotones gammas de 0.51 energías del MeV cada uno.
Los electrones secundarios (y/o los positrones) produjeron en ninguno de estos tres procesos tienen con frecuencia bastante energía para producir mucha ionización ellos mismos.
Decaimiento gamma
Los rayos gama se producen a menudo junto a otras formas de radiación tales como alfa o beta. Cuando un núcleo emite un α o una partícula β, el núcleo de la hija se deja a veces en un estado emocionado. Puede entonces saltar abajo a un nivel inferior emitiendo un rayo gama más o menos de la misma manera que un electrón atómico pueda saltar a un nivel inferior emitiendo la luz visible o la radiación ultravioleta .Los rayos gama, las radiografías, la luz visible, y los rayos ULTRAVIOLETA son todas las formas de la radiación electromágnetica . La única diferencia es la frecuencia y por lo tanto la energía de los rayos gama de los fotones es la más enérgia. Un ejemplo de la producción del rayo gama sigue.
El primer 60Co decae al emocionado 60Ni de por el decaimiento beta :
Entonces el 60Ni cae abajo al estado de tierra (véase el modelo de Shell nuclear ) emitiendo dos rayos gama en la sucesión:
Los rayos gama el MeV 1.
Otro ejemplo es el decaimiento alfa 241Am para formar el 237Np ; este decaimiento alfa es acompañado por la emisión gamma . En algunos casos, el espectro de emisión gamma para un núcleo (núcleo de la hija) es absolutamente simple, (eg. 60Co/60Ni) mientras que en otros casos, por ejemplo con (241Am/237Np y el 192Ir / 192Pt ), el espectro de emisión gamma es complejo, revelando que una serie de niveles de energía nuclear puede existir. El hecho de que un espectro alfa pueda tener una serie de diversos picos con diversas energías refuerza la idea que varios niveles de energía nuclear son posibles.
Porque un decaimiento beta es acompañado por la emisión de un neutrino que también lleve energía lejos, el espectro beta no tiene líneas agudas, sino que por el contrario es un pico amplio. Por lo tanto de decaimiento beta solamente no es posible sondar los diversos niveles de energía encontrados en el núcleo.
En espectroscopia óptica, es bien sabido que una entidad que emite la luz puede también absorber la luz en la misma longitud de onda (energía del fotón). Por ejemplo, una llama del sodio puede emitir la luz ámbar así como absorbe la luz ámbar de una lámpara de vapor del sodio . En el caso de rayos gama, esto se puede ver en espectroscopia de Mössbauer . Aquí, una corrección para la energía perdida por el retroceso del núcleo se hace y las condiciones exactas para absorción de rayos gama con resonancia pueden ser logradas.
Esto es similar a los efectos de Franck Condon vistos en espectroscopia óptica.
Aplicaciones
Porque la longitud de onda de la radiación gamma es tan corta, un solo fotón del incidente puede impartir daño significativo a una célula viva. Esta característica significa que la radiación gamma es de uso frecuente matar organismos vivos, en una irradiación llamada de proceso . Los usos de esto incluyen el equipamiento médico de esterilización (mientras que una alternativa al esteriliza o medios del producto químico), quitando decaimiento-causando a bacterias de muchos productos alimenticios o evitando que la fruta y verdura brote para mantener frescura y sabor.Debido a su característica penetrante del tejido, rayos gama/radiografías tener una gran variedad de aplicaciones médicas por ejemplo en las exploraciones del CT y la radioterapia (el considera el radiografiar ). Sin embargo, como una forma de la radiación de ionización ellas tiene la capacidad de efectuar cambios moleculares, dándoles el potencial para causar al cáncer cuando la DNA es afectada. Los cambios moleculares se pueden también utilizar para alterar las características de las piedras semipreciosas, y son de uso frecuente cambiar el topaz blanco en topaz azul.
A pesar de sus características cancerígenas, los rayos gama también se utilizan para tratar algunos tipos del cáncer . En el procedimiento llamado cirugía del gamma-cuchillo, las vigas concentradas múltiples de rayos gama se ordenan en el crecimiento para matar las células cancerosas. Las vigas están dirigido de diversos ángulos para centrarse la radiación en el crecimiento mientras que reducen al mínimo daño a los tejidos circundantes. Los rayos gama también se utilizan para los propósitos de diagnóstico en la medicina nuclear . Se utilizan varios radioisótopos emisores de rayos gama, uno cuyo es el tecnetio -99m. Cuando está administrada a un paciente, una cámara gamma se puede utilizar para formar una imagen de la distribución del radioisótopo detectando la radiación gamma emitida. Tal técnica se puede emplear para diagnosticar una amplia gama de las condiciones (e. extensión del cáncer a los huesos).
Los detectores del rayo gama también están comenzando a ser utilizados en Paquistán como parte de la iniciativa (CSI) de la seguridad del envase. Este el US$ 5 millones de máquinas se hace publicidad para explorar 30 envases por hora. El objetivo de esta técnica es envases del buque mercante de la pre-pantalla antes de que entren en puertos de los E.
Efecto sobre la salud
Los rayos gama son la forma más peligrosa de radiación emitida por una explosión nuclear debido a la dificultad en la detención de ellos. Son también el rayo más pequeño del espectro electromágnetico. Los rayos gama no son parados por la piel. Pueden inducir la alteración de la DNA interfiriendo con el material genético de la célula. Las roturas del doble-filamento de la DNA están generalmente aceptadas ser la lesión lo más biológico posible significativa por la cual la radiación de ionización causa el cáncer y la enfermedad hereditaria.Un estudio hecho en los trabajadores nucleares rusos expuestos a la radiación gamma whole-body externa en las altas dosis acumulativas demuestra el acoplamiento entre la exposición de radiación y la muerte cánceres de la leucemia, del pulmón, del hígado, esqueléticos y de los otros sólidos. Junto a la radiación, los rayos gama también producen heridas por quemaduras termales e inducen un efecto inmunosupresivo .
Respuesta de cuerpo
Después de la irradiación gama, y de romper de los doble-filamentos de la DNA, una célula puede reparar el material genético dañado al límite de su capacidad. Sin embargo, un estudio de Rothkamm y de Lobrich ha demostrado que los trabajos de proceso de reparación bien después de la exposición de la alto-dosis pero son mucho más lentos en el caso de una exposición de la bajo-dosis. Esto podría significar que una exposición crónica de la bajo-dosis no se puede luchar por el cuerpo. La probabilidad de detectar pequeñas alteraciones o de una ocurrencia perceptible del defecto es muy probablemente bastante pequeña que la célula replegaría antes de iniciar una reparación completa. Algunas células no pueden detectar sus propios defectos genéticos.
Gravamen de riesgo
La exposición al aire libre natural en Gran Bretaña está en el SV /h de la gama 20-40 n. La exposición natural a los rayos gama es cerca de mSv 1 a 2 al año, y la cantidad total media de radiación recibida en un año por habitante en los E.Por la comparación, la dosis de radiación de la radiografía del pecho es una fracción de la dosis natural anual de la radiación de fondo, y la dosis de la fluoroscopia del estómago es, a lo más, 0.05 SV en la piel de la parte posterior.
Para la dosis equivalente del lleno-cuerpo agudo, las causas de 1 SV slight los cambios de la sangre, náusea de las causas de 2-5 SV, pérdida de pelo, Hemorrhaging y causarán muerte en muchos casos. Más de 3 SV llevarán a la muerte en menos de dos meses en el más de 80 por ciento de casos, y sobre 4 el SV causa mucho generalmente muerte (véase el Sievert del ). Para la exposición baja de la dosis, por ejemplo entre los trabajadores nucleares, que reciben una dosis de radiación media de 19mSv, el riesgo de muerte de cáncer (excepto la leucemia ) aumenta en el 2 por ciento. Para una dosis de 100mSv, ese aumento del riesgo está en el 10 por ciento. Por la comparación, era el 32 por ciento para los sobrevivientes de la bomba atómica.
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