קרני גמא: מהן, השפעות, מאפיינים, מקורות, שימושים

אתה קרנייםגמא, הנקראים גם קרינת גמא, הם סוג של קרינה אלקטרומגנטית בתדירות גבוהה, שיש לה כוח חדירה גבוה לחומר ומזיק לבריאות. ה קְרִינָה גמא מיוצר, ברוב המקרים, על ידי ריקבון רדיואקטיבי של גרעיני אטום לא יציבים.

קרני הגמא אנרגטיות ביותר והן ה גלים עם התדרים הגבוהים ביותר של כולו הספקטרום האלקטרומגנטי (מעל 10¹⁸ הרץ). סוג זה של קרינה משמש לעיקור כלים כירורגיים, הקרנת מזון, ניתוחים מורכבים ותצפיות אסטרונומיות.

בגלל האנרגיה העצומה שלהם, קרני גמא יכולות לקרוע אלקטרונים מחומרים רבים, כמו גם לגרום נזק למולקולות DNA ביצורים חיים, בגלל זה אנו אומרים כי סוג זה של קרינה מיינן. התהליכים שבאמצעותם קרני גמא מסוגלות ליינן חומר הם:

• זה נעשהפוטו-אלקטרי: בתהליך זה פוטוני קרני הגמא מתנגשים עם פני החומרים, ומוציאים את האלקטרונים שלהם באנרגיות הנמוכות מהאנרגיה של פוטוני הגמא הנפל;

• פיזור קומפטון: בתהליך זה, פוטונים של קרינת גמא נקלטים באטומים הפולטים פוטונים חדשים בעלי אנרגיה ותדירות נמוכים יותר מהפוטונים שאירעו;

• ייצור זוגות: כאשר פוטוני גמא בעלי אנרגיה גבוהה מתנגשים עם גרעין האטום, האנרגיה שלהם מביאה ליצירת זוג אלקטרונים-פוזיטרונים שמשמידים זה את זה, ומייצרים שני פוטונים אחרים של קרני גמא באנרגיה נמוכה יותר.

תראהגַם:מקורות קרינה יומיומיים

תכונות קרני גמא

ניתן למדוד קרני גמא על ידי מכשירים כמו זה שמוצג בתמונה.

מכיוון שמדובר בקרינה אלקטרומגנטית, אין לקרני הגמא מטען חשמלי וגם לא המוני. מכיוון שהן אינן טעונות חשמלי, קרני גמא אינן יכולות להיות מוטלות על ידי שדות חשמליים ומגנטיים.

מכיוון שאין להם מטען חשמלי, קרני הגמא אינן מוסטות על ידי השדה המגנטי.

קרני גמא מתפשטות בוואקום במהירות האור בערך 3.0.10⁸ גברת. יתר על כן, מכיוון שהם גלים, תיאורטית, קרני הגמא כפופות לכל תופעות הגלים שתדרים אחרים של אור מציגים, כגון הִשׁתַקְפוּת,שבירה,הִשׁתַבְּרוּת ו קיטוב.

בין כל צורות הקרינה הידועות, יש לו את כוח החדירה הגדול ביותר, שהוא מסוגל להתפשט באופן מעשי כלדַי. כדי לקבל מושג, אם נרצה להפחית את עוצמת קרינת הגמא בפקטור של מיליארד, היא תצטרך לעבור בכ- 40 ס"מ עופרת.

בקרב קרינה מייננת, לקרני הגמא כוח הכניסה הגדול ביותר.

תראהגַם: פיזיקה גרעינית

מקורות קרני גמא

המקורות העיקריים לקרני הגמא הם:

• תגובות גַרעִינִי:קרינת גמא מופקת על ידי ריקבון גרעיני באותו שם, ריקבון גמא, שיכול להתרחש יחד עם ריקבון אלפא ובטא. הפוטונים של קרינה זו נושאים אנרגיות בסדר גודל של מגלט אלקטרונים (MeV - 10⁶ eV). בדוק דוגמה לריקבון גרעיני המביא לפליטת פוטונים מקרינת גמא:

דוגמה להתפרקות גמא יחד עם פליטת אלקטרונים ונייטרינו אלקטרוני.

• השמדת עמיתים: כאשר חלקיקים ואנטי-חלקיקים נפגשים, כמו אלקטרונים ואנטי-אלקטרונים, הם משמידים זה את זה ומייצרים פוטוני גמא בעלי אנרגיה גבוהה;

• קרניים קוסמיות: קרני גמא המגיעות מכל כיווני החלל, מגיעות מגלקסיות אחרות או מופקות על ידי פיצוצים של כוכבים מתנגשים באטומים באטמוספירה, וכתוצאה מכך נוצרים זוגות שמחסלים זה את זה זמן קצר לאחר מכן;

• קרניים: הפרשות אטמוספריות מסוגלות לחמם אטומים עד כדי כך שהם פולטים פולסים קצרים של קרינת גמא;

• מגנטים ופולסרים: פולסים ומגנטרים הם סוגים של כוכבי נויטרונים חמים צפופים במיוחד המסתובבים במהירות עצומה, ופולטים קרני רנטגן וקרינת גמא דרך הקטבים שלהם;

• התפרצויות שמש: פעילות פני השמש והאטמוספירה גורמת לשמש לייצר כמות גדולה של קרני גמא.

ראה גם: הכירו את הפיזיקה המודרנית

אפקטים של גמא ריי

קרינת גמא מסוגלת לייצר כמה השפעות ביולוגיות. עם זאת, השפעות אלה נקבעות על ידי גורמים מסוימים, כגון סוג הרקמה המוקרן, זמן החשיפה ועוצמת הקרינה.

כאשר קרינת גמא מקיימת אינטראקציה עם מולקולות הקיימות ברקמות, היא מפשיטה מהם אלקטרונים ויוצרים יונים. במקרים מסוימים, קשרים כימיים יכולים להישבר, מה שמוליד רדיקלים חופשיים: מולקולות המסוגלות להשפיל תאים ולגרום נזק לגוף, המשפיעות על התהליך של חלוקת תא. ההשלכות של מוטציות אלה הן הופעת גידולים, אנמיה, מוטציות גנטיות, בין היתר.

→ האם קרינת גמא מייננת?

קרינה נחשבת מייננת כאשר היא מסוגלת לקרוע אלקטרונים מאטומים ומולקולות. עם זאת, אטומים ומולקולות שונים הם בעלי ערכים שונים עבור אנרגיות היינון שלהם ולכן, ההגדרה של קרינה מייננת אינה מדויקת במקצת.

עם זאת, אנו יודעים שלגלי רדיו, מיקרוגל, אור גלוי וקרני אינפרא אדום אין מספיק אנרגיה כדי ליינן מולקולות. יתר על כן, סוגי הגלים הנמצאים מעבר לתדר האור הנראה - האולטרה סגול, צילומי הרנטגן ו- קרני גמא מסוגלות למולקולות מייננות אם לאנרגיית הפוטונים שלהם יש אנרגיות הגדולות מ -10 eV. לכן קרינת גמא היא למעשה קרינה מייננת.

היתרונות והנזקים של קרני הגמא

בדוק כמה יתרונות ונזקים בשימוש בקרינת גמא:

→ יתרונות

• ניתן להשתמש בקרינת גמא לעיקור סוגים שונים של ציוד, והורג מיקרואורגניזמים;

• קרני גמא יכולות להרוס גידולים מורכבים להסרה, ולהפחית את הסיכונים הניתוחים;

• אנו יכולים להשתמש בקרינת גמא כדי להקרין מזונות כגון ירקות, ולהמית מיקרואורגניזמים המפחיתים את חיי המדף;

• ניתן להשתמש בו לקביעת מאפיינים פיזיים שונים של חומרים מוצקים.

→ לפגוע

• השימוש בקרינת גמא חייב להיעשות בזהירות ובבטיחות, בגלל יכולת החדירה הגדולה שלה;

• קרינת גמא מייננת ועלולה לגרום נזק חמור לאורגניזמים חיים, כגון הופעת גידולים.

קרינת אלפא, בטא וגמא

בְּ קרינת אלפא, בטא וגמא הם מיוצרים בעיקר על ידי ריקבון גרעיני. בעוד שקרינת אלפא ובטא הינה גופית (הם עשויים מחלקיקים), קרינת הגמא הינה אלקטרומגנטית במהותה.

• קרינת אלפא: נוצרת על ידי גרעיני אטום הליום (He), כלומר שני פרוטונים ושני נויטרונים. לצורת קרינה זו יש כוח חדירה נמוך, אולם היא יכולה להיות מייננת אם האנרגיה הקינטית של חלקיקי אלפא גבוהה דיה.

  

• קרינת בטא: נוצרת על ידי אלקטרונים. סוג קרינה זה מיינן ובעל כוח חדירה מתון.

  

• קרינת גמא: נוצרת על ידי פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה ותדרים. זוהי קרינה מייננת עם כוח חדירה גבוה.

על ידי. רפאל הלרברוק