Los rayos gamma son una forma de radiación electromagnética, al igual que las ondas de radio, la radiación infrarroja, la radiación ultravioleta, los rayos X y las microondas. Los rayos gamma se pueden usar para tratar el cáncer, y los astrónomos estudian los estallidos de rayos gamma.
La radiación electromagnética (EM) se transmite en ondas o partículas a diferentes longitudes de onda y frecuencias. Este amplio rango de longitudes de onda se conoce como espectro electromagnético. El espectro generalmente se divide en siete regiones en orden de disminución de la longitud de onda y aumento de energía y frecuencia. Las designaciones comunes son ondas de radio, microondas, infrarrojos (IR), luz visible, ultravioleta (UV), rayos X y rayos gamma.
Los rayos gamma caen en el rango del espectro EM por encima de los rayos X blandos. Los rayos gamma tienen frecuencias mayores de aproximadamente 1,018 ciclos por segundo, o hertz (Hz), y longitudes de onda de menos de 100 picómetros (pm), o 4 x 10 ^ 9 pulgadas. (Un picómetro es una billonésima parte de un metro).
Los rayos gamma y los rayos X duros se superponen en el espectro EM, lo que puede dificultar su diferenciación. En algunos campos, como la astrofísica, se dibuja una línea arbitraria en el espectro donde los rayos por encima de una determinada longitud de onda se clasifican como rayos X y los rayos con longitudes de onda más cortas se clasifican como rayos gamma. Tanto los rayos gamma como los rayos X tienen suficiente energía para causar daño al tejido vivo, pero casi todos los rayos gamma cósmicos están bloqueados por la atmósfera de la Tierra.
Descubrimiento de rayos gamma
Los rayos gamma fueron observados por primera vez en 1900 por el químico francés Paul Villard cuando investigaba la radiación del radio, según la Agencia Australiana de Protección Radiológica y Seguridad Nuclear (ARPANSA). Unos años más tarde, el químico y físico nacido en Nueva Zelanda, Ernest Rutherford, propuso el nombre de "rayos gamma", siguiendo el orden de los rayos alfa y los rayos beta, nombres dados a otras partículas que se crean durante una reacción nuclear, y el nombre se quedó. .
Fuentes y efectos de rayos gamma
Los rayos gamma se producen principalmente por cuatro reacciones nucleares diferentes: fusión, fisión, desintegración alfa y desintegración gamma.
La fusión nuclear es la reacción que alimenta el sol y las estrellas. Ocurre en un proceso de varios pasos en el que cuatro protones, o núcleos de hidrógeno, son forzados a una temperatura y presión extremas a fusionarse en un núcleo de helio, que comprende dos protones y dos neutrones. El núcleo de helio resultante es aproximadamente un 0,7 por ciento menos masivo que los cuatro protones que entraron en la reacción. Esa diferencia de masa se convierte en energía, de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein E = mc ^ 2, con aproximadamente dos tercios de esa energía emitida como rayos gamma. (El resto está en forma de neutrinos, que son partículas que interactúan extremadamente débilmente con una masa casi nula.) En las etapas posteriores de la vida de una estrella, cuando se queda sin combustible de hidrógeno, puede formar elementos cada vez más masivos a través de la fusión, hasta ay incluyendo hierro, pero estas reacciones producen una cantidad decreciente de energía en cada etapa.
Otra fuente familiar de rayos gamma es la fisión nuclear. El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley define la fisión nuclear como la división de un núcleo pesado en dos partes aproximadamente iguales, que luego son núcleos de elementos más ligeros. En este proceso, que implica colisiones con otras partículas, los núcleos pesados, como el uranio y el plutonio, se dividen en elementos más pequeños, como el xenón y el estroncio. Las partículas resultantes de estas colisiones pueden afectar a otros núcleos pesados, creando una reacción en cadena nuclear. La energía se libera porque la masa combinada de las partículas resultantes es menor que la masa del núcleo pesado original. Esa diferencia de masa se convierte en energía, de acuerdo con E = mc ^ 2, en forma de energía cinética de los núcleos más pequeños, los neutrinos y los rayos gamma.
Otras fuentes de rayos gamma son la desintegración alfa y la desintegración gamma. La desintegración alfa ocurre cuando un núcleo pesado emite un núcleo de helio-4, reduciendo su número atómico en 2 y su peso atómico en 4. Este proceso puede dejar el núcleo con un exceso de energía, que se emite en forma de rayos gamma. La desintegración gamma ocurre cuando hay demasiada energía en el núcleo de un átomo, lo que hace que emita un rayo gamma sin cambiar su carga o composición de masa.
Terapia de rayos gamma
Los rayos gamma a veces se usan para tratar tumores cancerosos en el cuerpo al dañar el ADN de las células tumorales. Sin embargo, se debe tener mucho cuidado, porque los rayos gamma también pueden dañar el ADN de las células de tejido sanas circundantes.
Una forma de maximizar la dosis para las células cancerosas y minimizar la exposición a los tejidos sanos es dirigir múltiples haces de rayos gamma desde un acelerador lineal, o linac, hacia la región objetivo desde muchas direcciones diferentes. Este es el principio operativo de las terapias CyberKnife y Gamma Knife.
La radiocirugía con Gamma Knife utiliza equipos especializados para enfocar cerca de 200 pequeños rayos de radiación en un tumor u otro objetivo en el cerebro. Cada haz individual tiene muy poco efecto sobre el tejido cerebral a través del cual pasa, pero se administra una fuerte dosis de radiación en el punto donde se unen los haces, según la Clínica Mayo.
Astronomía de rayos gamma
Una de las fuentes más interesantes de rayos gamma son los estallidos de rayos gamma (GRB). Estos son eventos de muy alta energía que duran desde unos pocos milisegundos hasta varios minutos. Se observaron por primera vez en la década de 1960, y ahora se observan en algún lugar del cielo aproximadamente una vez al día.
Los estallidos de rayos gamma son "la forma de luz más energética", según la NASA. Brillan cientos de veces más brillante que una supernova típica y alrededor de un millón de billones de veces más brillante que el sol.
Según Robert Patterson, profesor de astronomía en la Universidad Estatal de Missouri, se pensaba que los GRB provenían de las últimas etapas de la evaporación de mini agujeros negros. Ahora se cree que se originan en colisiones de objetos compactos como las estrellas de neutrones. Otras teorías atribuyen estos eventos al colapso de las estrellas supermasivas para formar agujeros negros.
En cualquier caso, los GRB pueden producir suficiente energía que, durante unos segundos, pueden eclipsar a toda una galaxia. Debido a que la atmósfera de la Tierra bloquea la mayoría de los rayos gamma, solo se ven con globos de gran altitud y telescopios en órbita.
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