اشعه گاما چیست ؟

تاریخچه کشف اشعه گاما اولین منبع پرتو گاما از طریق فرآیند واپاشی رادیواکتیو کشف شد. در این نوع واپاشی یک هسته تحریک شده تقریباً بلافاصله پس از تشکیل اشعه گاما ساطع می کند. پل ویلارد ، شیمی دان و فیزیکدان فرانسوی ، هنگام مطالعه تشعشعات ساطع شده از رادیوم در سال ۱۹۰۰ تابش گاما را کشف کرد. ویلارد می دانست که تشعشعات توصیف شده او نسبت به انواع اشعه رادیوم که قبلاً کشف شده بودند یعنی پرتوهای آلفا و بتا قدرتمندتر هستند ولی او نامی برای این پرتوها انتخاب نکرد. بعدها در سال ۱۹۰۳ رادرفورد که قبلا اشعه آلفا را کشف کرده بود این پرتوهای جدید را گاما نامید.

ویژگی های اشعه گاما اشعه گاما نوعی تابش الکترومغناطیسی (EMR) است. آنها مشابه اشعه X هستند و فقط با این واقعیت متمایز می شوند 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 جرمی هستند و هر کدام به صورت موج مانند و با سرعت نور حرکت می کنند. هر فوتون حاوی مقدار مشخصی (یا یک بسته) انرژی است و تمام تابش الکترومغناطیسی از این فوتون ها تشکیل شده است. فوتون های پرتوی گاما بیشترین انرژی را در طیف EMR دارند و امواج آنها کوتاه ترین طول موج را دارد. دانشمندان انرژی فوتون ها را در الکترون ولت (eV) اندازه گیری می کنند. فوتون های اشعه X دارای انرژی در محدوده ۱۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ eV (یا ۱۰۰ keV) هستند. فوتون های پرتوی گاما به طور کلی انرژی بیش از ۱۰۰ کیلو ولت دارند. برای مقایسه ، اشعه ماورا بنفش انرژی در محدوده ای از چند الکترون ولت تا حدود ۱۰۰ ولت دارد بنابراین انرژی کافی برای طبقه بندی به عنوان تابش یونیزان ندارد. انرژی بالای اشعه گاما آنها را قادر می سازد تا از طریق انواع مختلفی از مواد ، از جمله بافت انسان عبور کنند. مواد بسیار متراکم مانند سرب معمولاً به عنوان محافظ برای کاهش یا متوقف کردن اشعه گاما استفاده می شود.

کاربرد اشعه گاما در پزشکی از پرتو گاما گاهی اوقات برای آسیب رساندن به DNA سلولهای تومور جهت درمان تومورهای سرطانی در بدن استفاده می شود. با این حال ، باید بسیار احتیاط کرد ، زیرا اشعه گاما می تواند به DNA سلولهای بافت سالم اطراف نیز آسیب برساند. یک روش برای به حداکثر رساندن دوز اشعه برای سلولهای سرطانی و کاهش قرار گرفتن بافتهای سالم آن هدایت چندین پرتوی اشعه گاما از یک شتاب دهنده خطی یا linac ، از جهات مختلف به منطقه هدف است. رادیو جراحی چاقوی گاما از تجهیزات ویژه ای برای تمرکز نزدیک به ۲۰۰ پرتوی کوچک تابش بر روی یک تومور استفاده می کند. بر اساس گفته کلینیک مایو هر پرتو منفرد تأثیر کمی روی بافتی دارد که از آن عبور می کند اما یک دوز شدید اشعه در نقطه ای که پرتوها به هم می رسند ، تاثیرگذاری فوق العاده ای دارد.

تفاوت اشعه ایکس و گاما تفاوت اصلی بین اشعه گاما و اشعه X در نحوه تولید آنها است. پرتوهای گاما طی فرآیند تحریک هسته یک رادیونوکلئید پس از آنکه دچار واپاشی رادیواکتیو می شود ، سرچشمه می گیرند در حالی که اشعه X در هنگام برخورد الکترون به یک هدف یا هنگامی که الکترون های یک اتم مجددا مرتب می شود ، تولید می شود. پرتوهای کیهانی شامل فوتون های پرانرژی هستند و به آنها نیز اشعه گاما گفته می شود ، خواه از واپاشی رادیواکتیو یا واکنش هسته ای نشات گرفته باشند.

خطرات اشعه گاما برای سلامتی به دلیل قدرت نفوذ بالا ، تأثیر اشعه گاما می تواند در سراسر بدن رخ دهد ، اما یونیزه آنها کمتر از ذرات آلفا است. تابش گاما در مقایسه با اشعه ایکس یک خطر خارجی محسوب می شود. 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. سطح پایین قرار گرفتن در معرض این پرتو باعث مشکلات تصادفی خواهد شد که در آن احتمال القای سرطان با افزایش قرار گرفتن در معرض افزایش می یابد.

انواع آشکارسازهای اشعه گاما پرتو گاما را به دلیل انرژی بالا نمی توان مانند نور مرئی با عدسی و آینه تشخیص داد زیرا به دلیل برهمکنش شدید پرتو با این سطوح انرژی زیادی آزاد شده و وضوح تصویر از بین می رود. به همین دلیل برای تشخیص این اشعه از آشکارسازهای پرتو گاما استفاده می شود که به دو دسته تقسیم می شوند. دسته اول طیف ‌سنج یا فوتومتر است که بیشتر در نجوم کاربرد دارد و‌ فوتون‌های متصاعد شده در آسمان را مورد بررسی قرار می‌ دهد. این آشکارسازها از سنتیلاتورها یا آشکارسازهای حالت جامد برای تبدیل پرتو گاما به سیگنال‌ های نوری یا الکترونیکی و ثبت آنها استفاده می کنند. دسته دوم آشکارسازها از پرتوگاما تصویربرداری می کنند و بر اساس طبیعت برهم ‌کنشی پرتو گاما همچون جفت ‌سازی‌ یا پراکندگی کامپتون عمل کرده و با استفاده از دریچه های دیافراگمی مخصوص، تصویر پرتو بدست می‌ آید.