¿Qué Son Los Rayos Gamma?

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Los rayos gamma son una forma de radiación electromagnética. Se pueden usar para tratar el cáncer, y los astrónomos estudian los estallidos de rayos gamma.

Los rayos gamma son una forma de radiación electromagnética, al igual que las ondas de radio, radiación infrarroja, radiación ultravioleta, rayos X y 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. Esta amplia gama de longitudes de onda se conoce como el espectro electromagnético. Ese espectro generalmente se divide en siete regiones con el fin de disminuir la longitud de onda y aumentar la energía y la 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 superiores a unos 1018 ciclos por segundo, o hertz (Hz), y longitudes de onda de menos de 100 picómetros (pm), o 4 × 10-9 pulgadas. (Un picómetro es una billonésima parte de un metro). Ocupan la misma región del espectro EM que los rayos X duros. La única diferencia entre ellos es su origen: los rayos X se producen al acelerar los electrones, mientras que los rayos gamma son producidos por los núcleos atómicos.

Este diagrama muestra todo el espectro de las ondas electromagnéticas. La escala en la parte inferior indica objetos representativos que son equivalentes a la escala de longitud de onda. La opacidad atmosférica determina qué radiación llega a la superficie de la Tierra.

Este diagrama muestra todo el espectro de las ondas electromagnéticas. La escala en la parte inferior indica objetos representativos que son equivalentes a la escala de longitud de onda. La opacidad atmosférica determina qué radiación llega a la superficie de la Tierra.

Crédito: UC Regents.

Descubrimiento de rayos gamma

Los rayos gamma fueron observados por primera vez en 1900 por el químico francés Paul Villard cuando investigaba la radiación de radio, según la NASA. 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 observadas a partir de la radiación nuclear) y el nombre se mantuvo.

Fuentes y efectos de rayos gamma.

Los rayos gamma son producidos principalmente por cuatro reacciones nucleares diferentes: fusión, fisión, decaimiento alfa y decaimiento 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, se ven obligados a temperaturas y presiones extremas a fusionarse en un núcleo de helio, que consta de dos protones y dos neutrones. El núcleo de helio resultante es aproximadamente un 0,7 por ciento menos masivo que los cuatro protones que intervinieron en la reacción. Esa diferencia de masa se convierte en energía según la famosa ecuación de Einstein. mi = mc2, con cerca de dos tercios de esa energía emitida como rayos gamma. (El resto está en forma de neutrinos, que son partículas de interacción extremadamente débil con una masa casi nula). En las últimas etapas 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 e incluyendo el 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 son núcleos de elementos más ligeros), acompañada por la liberación de una cantidad relativamente grande de energía en forma de energía cinética de las dos partes y en forma de emisión de neutrones y rayos gamma ". En este proceso, los núcleos pesados, como el uranio y el plutonio, se dividen en elementos más pequeños, como el xenón y el estroncio, en colisiones con otras partículas. Las partículas resultantes de estas colisiones pueden impactar otros núcleos pesados, estableciendo 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 según mi = mc2 En forma de energía cinética de los núcleos más pequeños, neutrinos y rayos gamma.

Otras fuentes de rayos gamma son la desintegración alfa y la desintegración gamma. La descomposición alfa se produce cuando un núcleo pesado emite un núcleo de helio-4, lo que reduce su número atómico en 2 y su peso atómico en 4. Este proceso puede dejar el núcleo con exceso de energía, que se emite en forma de rayos gamma. La descomposición 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 los tejidos sanos circundantes. Una forma de maximizar la dosis a las células cancerosas al tiempo que minimiza la exposición a 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 CyberKnife y el Gamma Knife. Según el sitio web de la Clínica Mayo, "En la radiocirugía con Gamma Knife, el equipo especializado se enfoca en cerca de 200 pequeños rayos de radiación en un tumor u otro objetivo. Aunque cada haz tiene un efecto muy pequeño en el tejido cerebral que atraviesa, una fuerte dosis de radiación Se entrega al sitio donde se reúnen todas las vigas ".

Astronomía de rayos gamma

Una de las fuentes más interesantes de rayos gamma son los estallidos de rayos gamma (GRB). Estos son eventos de energía extremadamente alta que duran entre unos pocos milisegundos y 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.

"Durante mucho tiempo, se creía que los GRB debían provenir de nuestra propia galaxia", afirma el sitio web de la Universidad de California, Berkeley. "Parecía imposible que pudieran estar mucho más distantes: para que un estallido de rayos gamma provenga de una galaxia lejana, tendría que ser increíblemente poderoso para explicar su brillo observado". Ahora sabemos que la mayoría de los GRB provienen de galaxias que están a más de 100 millones de billones de años luz de distancia.

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 los 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 estrellas supermasivas para formar agujeros negros. En cualquier caso, los GRB pueden producir suficiente energía que, durante unos segundos, pueden eclipsar una galaxia entera. Debido a que la atmósfera de la Tierra bloquea la mayoría de los rayos gamma, las observaciones se realizan normalmente utilizando globos a gran altitud y telescopios en órbita.

Recursos adicionales

  • Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA: estallidos de rayos gamma
  • Clínica Mayo: Radiocirugía Gamma Knife


Suplemento De Vídeo: Rayos Gamma: la radiación más violenta del Universo.




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