اشعه گاما چیست و با چه خطراتی همراه است؟

به طور کلی گاما پرتویی الکترومغناطیسی با بسامد بالا و در نتیجه انرژی بالا است که اشعه گاما پرتوی یونی و در نتیجه برای سلامتی مضر خواهد بود. در واقع پرتو گاما به صورت معمولی در نتیجه فروپاشی حالت های انرژی بالای هسته های اتم می باشد. البته روش های دیگری هم برای تولید آن وجود خواهد داشت.

آشنایی با اشعه گاما

بهتر است بدانید که پرتو گاما در واقع گونه ای از تشعشعات هسته ای است که در اثر فروپاشی عناصر رادیواکتیو ایجاد خواهد شد. این به معنای قدرت پرتو در شکست پیوندها، مواد ژنتیکی و مواد تشکیل دهنده سلول است و به همین خاطر قرارگیری در مقابل پرتو گاما بر سلامت انسان تاثیرگذار است که البته برخی از آن ها با گذر زمان و برخی دیگر در مدت زمانی کوتاه مشخص می شود و البته همه این ها به توانایی بدن در بازسازی خود ربط دارد.

توجه داشته باشید که پرتو گاما دارای کمترین طول موج و بیشترین انرژی از هر موج در طیف الکترومغناطیسی است که آن ها اغلب توسط گرم ترین و پرانرژی ترین اجرام جهان مانند ستاره های نوترونی و تپ اخترها، انفجار های ابرنواختری و مناطق اطراف سیاهچاله ها تولید می شوند. در سطح زمین امواج گاما در اثر انفجار های هسته ای، صاعقه و فعالیت های واپاشی رادیواکتیو ایجاد می شوند که علامت پرتو گاما حرف یونانی گاما خواهد بود و تفاوت را با اشعه آلفا و بتا به خوبی نشان می دهد.

به صراحت می توان گفت که پرتو گاما نوعی تابش الکترومغناطیسی است که امواج رادیویی، اشعه مادون قرمز، اشعه ماوراء بنفش و اشعه ایکس نیز در همین دسته قرار خواهد گرفت. معمولا از این اشعه می توان برای درمان سرطان و ضدعفونی کردن وسایل پزشکی و حتی مواد غذایی استفاده نمود.

تاریخچه کشف پرتو گاما:

به صراحت می توان گفت که اولین منع پرتو گاما ار طریق فرآیند واپاشی رادیواکتیو کشف شد و در این نوع واپاشی یک هسته تحریک کننده تقریبا بلافاصله پس از تشکیل پرتو گاما ساطع می کند. در واقع پل ویلارد، شیمی دان و فیزیکدان فرانسوی، هنگام مطالعه پرتوهای ساطع شده از رادیوم در سال ۱۹۰۰ تاش گاما را کشف نمود. ویلارد می دانست که تشعشعات توصیف شده او نسبت به انواع پرتو رادیوم که قبلا کشف شده بودند یعنی پرتوهای آلفا و بتا قدرتمندتر هستند اما تو نامی برای این پرتوها انتخاب نکرد. بعدها در سال ۱۹۰۳ رادفورد که قبلا پرتو آلفا را کشف کرده بود و این پرتوهای جدید را گاما نامیدند.

به طور کلی پرتوهای ساطع شده توسط عناصر رادیواکتیو به منظور بیان قدرت نفوذ در مواد مختلف با استفاده از سه حرف اول الفبای یونانی نامگذاری شده اند. پرتوهای آلفا به عنوان کم نفوذ، سپس پرتوهای بتا و به دنبال آن پرتوهای گاما با بیشترین نفوذپذیری قرار دارد. توجه داشته باشید رادفورد همچنین اشاره کرده که پرتوهای گاما توسط میدان مغناطیسی منحرف نمی شوند و ویژگی های دیگری که آن ها را مانند پرتو آلفا و بتا مجزا خواهد کرد.

منابع و اثرات پرتو گاما:

پرتو گاما در درجه اول توسط چهار واکنش مختلف هسته ای تولید می شود که شامل همجوشی، شکافت، فروپاشی آلفا و فروپاشی گاما خواهد بود و در ادامه سعی داریم به بیان هر کدام از آن ها بپردازیم:

همجوشی هسته ای:

واکنشی است که انرژی خورشید و قدرت ستاره ها را تامین خواهد کرد. این واکنش معمولا در یک فرآیند چند مرحله ای رخ می دهد در آن چهار پروتون یا هسته هیدروژن تحت فشار و درجه حرارت شدید با هسته هلیوم ترکیب می شوند که شامل دو پروتون و دو نوترون خواهد بود. هسته هلیوم حاصله در مقایسه با چهار پروتونی که وارد واکنش شده اند حدود ۷.۰ درصد جرم کمتری دارد و این اختلاف جرم مطابق معادله مشهور انیشتین با حدود دو سوم انرژی به صورت اشعه گاما منتشر خواهد شد. در مراحل بعدی نیز عمر یک ستاره وقتی سوخت هیدروژن تمام می شود می تواند عناصر بزرگ تری را از طریق همجوشی تشکیل دهد اما این واکنش ها در هر مرحله مقدار کمتری تولید خواهند کرد.

واپاشی هسته ای:

به طور کلی سایر منابع پرتو گاما شامل واپاشی آلفا و واپاشی گاما هستند. واپاشی آلفا زمانی اتفاق می افتد که یک هسته سنگین هسته هلیوم منفی ۴ را بدهد یعنی عدد اتمی آن را ۲ و وزن اتمی آن را ۴ برابر کاهش دهد. همچنین این فرآیند می تواند هسته را با انرژی اضافی که به صورت پرتو گاما ساطع می شود، ترک کند.

فروپاشی گاما زمانی اتفاق می افتد که انرژی زیادی در هسته اتم وجود داشته باشد و باعث شود که پرتوی گاما بدون ترکیب اجرام آن منتشر شود. بهتر است بدانید که تشعشعات گاما از بسیاری از رادیوایزوتوپ های موجود در سری واپاشی تشعشعات طبیعی اورانیوم، توریم، اکتینیم و همچنین از طریق رادیو ازوتوپ های پتاسیم ۴۰ و کربن ۱۴ منتشر می شوند. همه این مواد در سنگ ها، خاک و حتی در آب وجود دارد و اغلب در شکافت راکتورهای هسته ای، آزمایش های فیزیک با انرژی زیاد و انفجار های هسته ای و حوادث مختلف تولید خواهد شد.

ویژگی های پرتو گاما:

توجه داشته باشید که در واقع پرتو گاما نوعی تابش الکترومغناطیسی است که مشابه پرتو X خواهد بود و تنها با این واقعیت متفاوت خواهد بود که از یک هسته تهیج شده منتشر می شوند. تابش الکترومغناطیسی را می توان با توجه به یک جریان فوتون توصیف کرد که ذرات بدون چرمی هستند و هر کدام به صورت موج مانند و با سرعت نور حرکت خواهند کرد. در واقع هر فوتون حاوی مقدار مشخصی انرژی است که تمام تابش الکترومغناطیسی از این فوتون ها تشکیل شده و بیشترین فوتون های پرتوی گاما را در خود جای داده است.

امروزه دانشمندان انرژی فوتون ها را در الکترون ولت اندازه گیری می کنند و فوتون های پرتو X دارای انرژی در محدوده ۱۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ هستند. فوتون های گاما به طور کلی انرژی بیش از ۱۰۰ کیلو ولت دارند و برای مقایسه آن، پرتو ماوراء بنفش انرژی در محدوده ای از چند الکترون ولت تا حدود ۱۰۰ ولت خواهد داشت که به همین خاطر انرژی کافی برای طبقه بندی به عنوان تابش یونیزان ندارد. معمولا انرژی بالای پرتو گاما آن ها را قادر می سازد تا از طریق انواع مختلفی از مواد مانند بافت انسان عبور کنند.

خطرات پرتو گاما:

توجه داشته باشید که معمولا به دلیل قدرت نفوذ بالا تاثیر پرتو گاما می تواند در سراسر بدن رخ دهد اما یونیزه آن ها کمتر از ذرات آلفا خواهد بود. در واقع تابش گاما در مقایسه با پرتو ایکس یک خطر خارجی محسوب می شود که مشابه قرار گرفتن در معرض اشعه یونیزان قرار گرفتن زیاد در معرض تابش گاما می تواند باعث ایجاد اثرات حاد مستقیم از طریق آسیب فوری به سلول ها شود. همچنین سطح پایین قرار گرفتن در معرض این پرتو باعث بروز مشکلات تصادفی می شود که در آن احتمال القای سرطان با قرار گرفتن در معرض افزایش خواهد یافت.