Rayon gamma

physique uclear Rayons gamma (dénotés comme &gamma de ; ) sont une forme du rayonnement électromagnétique ou l'émission légère des fréquences produites par des interactions subatomiques de particules du , telles que l'annihilation d'Électron-positron de ou la désintégration radioactive . Des rayons gamma sont généralement caractérisés comme rayonnement électromagnétique ayant la fréquence et l'énergie les plus élevées, et également longueur d'onde la plus courte, dans le spectre électromagnétique, c. les photons de haute énergie. En raison de leur contenu de haute énergie, ils peuvent causer le sérieux dommage une fois absorbés par les cellules vivantes.

Propriétés

Armature

L'armature des rayons gamma exige des grands nombres de Massachusetts. Ils mieux sont absorbés par des matériaux avec les nombres atomiques élevé et la densité. Plus l'énergie des rayons gamma est haute, plus l'armature requise est épaisse. Des matériaux pour protéger des rayons gamma sont typiquement mesurés par l'épaisseur exigée pour réduire l'intensité des rayons gamma par un demi- (la couche de demi-valeur ou la CDA). Par exemple, les rayons gamma qui exigent de 1 cm (0.4 pouce) de fil de réduire leur intensité de 50% auront également leur intensité réduite dans la moitié par 6 ; cm ( de 2 ½ ; pouces) ou 9 concret ; cm ( de 3 ½ ; pouces) de saleté emballée.

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Interaction de matière

Quand un rayon gamma traverse la matière, la probabilité pour l'absorption dans une couche mince est proportionnelle à l'épaisseur de cette couche. Ceci mène à une diminution exponentielle de l'intensité avec l'épaisseur. L'absorption exponentielle se tient seulement pour un faisceau étroit des rayons gamma. Si un faisceau large des rayons gamma traverse une galette épaisse de béton, la dispersion des côtés réduit l'absorption.

$I (d) = I_0 \ ^ de cdot e {- \ MU d}.$

Ici, le σ de μ = de n est le coefficient d'absorption, mesuré dans le cm^{&minus ; 1}, n le nombre d'atomes par cm³ dans le matériel, σ le d'absorption en coupe dans cm² et d l'épaisseur du matériel en cm.

Dans le dépassement par la matière, le rayonnement gamma s'ionise par l'intermédiaire de trois processus principaux : l'effet photoélectrique , diffusion Compton De , et production de paires .
effet photoélectrique de

: Ceci décrit le cas dans lequel un photon gamma agit l'un sur l'autre avec et transfère son énergie à un électron atomique, éjectant cet électron de l'atome. L'énergie cinétique du photoélectron en résultant est égale à l'énergie du photon gamma d'incident sans l'énergie de liaison de l'électron. L'effet photoélectrique est le mécanisme dominant de transfert d'énergie pour des photons de rayon X et de rayon gamma avec des énergies en-dessous de 50 kev (mille volts d'électron ), mais il est beaucoup moins important à de plus hautes énergies.
diffusion Compton de de

: C'est une interaction dans laquelle un photon gamma d'incident perd assez d'énergie à un électron atomique pour causer son éjection, avec le reste de l'énergie du photon original étant émise comme photon gamma de nouvelle, inférieure énergie avec une direction d'émission différente de celle du photon de gamma d'incident. La probabilité de l'éparpillement de Compton diminue avec l'augmentation de l'énergie de photon. La diffusion Compton Est vraisemblablement le mécanisme principal d'absorption pour des rayons gamma dans le kev à énergie moyenne de la gamme 100 à mev 10. La diffusion Compton Est relativement indépendant du nombre atomique du matériel absorbant.
production de paires de de

: Par interaction avec le champ électrique d'un noyau, l'énergie du photon d'incident est convertie en masse d'une paire du positron d'électron. L'énergie au-dessus de la masse de repos équivalente des deux particules (mev 1.02) apparaît comme énergie cinétique des paires et du noyau de recul. À l'extrémité de la gamme du du positron, elle combine avec un électron libre. La masse entière de ces deux particules est alors convertie en deux photons gamma de 0.51 énergie de mev chacun.

Les électrons secondaires (et/ou les positrons) ont produit dans quelconque d'entre ces trois processus ont fréquemment assez d'énergie pour produire beaucoup d'ionisation eux-mêmes de .

Affaiblissement gamma

Des rayons gamma sont souvent produits à côté d'autres formes de rayonnement telles qu'alpha ou bêta. Quand un noyau émet une particule de α ou de β, le noyau de fille de est parfois laissé dans un état excited. Il peut alors sauter vers le bas à un niveau plus bas en émettant un rayon gamma plus ou moins de la même façon qu'un électron atomique peut sauter à un niveau plus bas en émettant la lumière visible ou le rayonnement ultra-violet du .

Les rayons gamma, les rayons X, la lumière visible , et les rayons UV sont toutes les formes du rayonnement électromagnétique . La seule différence est la fréquence et par conséquent l'énergie des rayons gamma des photons sont la plus énergique. Un exemple de production de rayon gamma suit.

Le premier ⁶⁰Co se délabre au ⁶⁰Ni de excité par par la décadence bêta :

${} ^ {60} \ hbox {} de Co \ ; \ à \ ; ^ {60} \ hbox {} de Ni* \ ; + \ ; e^- \ ; + \ ; \ _e d'overline {\ NU}.$ Alors le ⁶⁰Ni se laisse tomber vers le bas à l'état fondamental (voir le modèle de Shell nucléaire ) en émettant deux rayons gamma en succession :

${} ^ {60} \ hbox {} de Ni* \ ; \ à \ ; ^ {60} \ hbox {} de Ni \ ; + \ ; \ gamma.$

Des rayons gamma mev 1.

Un autre exemple est la désintégration alpha du ²⁴¹Am pour former le ²³⁷Np ; cette désintégration alpha est accompagnée de l'émission gamma du . Dans certains cas, le spectre d'émission gamma pour un noyau (noyau de fille) est tout à fait simple, (par exemple ⁶⁰Co/⁶⁰Ni) tandis que dans d'autres cas, comme avec (²⁴¹Am/²³⁷Np et ¹⁹²Ir / ¹⁹²Pt ), le spectre d'émission gamma est complexe, indiquant qu'une série de forces nucléaires peut exister. Le fait qu'un spectre ALPHA peut avoir une série de différentes crêtes avec différentes énergies renforce l'idée que plusieurs forces nucléaires sont possibles.

Puisqu'une décadence bêta est accompagnée de l'émission d'un Neutrino qui emporte également l'énergie, le bêta spectre n'a pas les lignes pointues, mais est à la place une large crête. Par conséquent seule de décadence bêta il n'est pas possible de sonder les différentes forces trouvées au noyau.

En spectroscopie optique du , il est bien connu qu'une entité qui émet la lumière puisse également absorber la lumière à la même longueur d'onde (énergie de de photon). Par exemple, une flamme de sodium peut émettre la lumière jaune aussi bien qu'absorbent la lumière jaune d'une lampe de vapeur du sodium . Dans le cas des rayons gamma, ceci peut être vu en spectroscopie de Mössbauer . Ici, une correction pour l'énergie perdue par le recul du noyau est faite et les conditions exactes pour l'absorption de rayons gamma par la résonance peuvent être atteintes.

C'est semblable aux effets de Franck Condon vus en spectroscopie optique.

Utilisations

Puisque la longueur d'onde du rayonnement gamma est si courte, un photon simple d'incident peut donner des dommages significatifs à une cellule vivante. Cette propriété signifie que le rayonnement gamma est employé souvent pour tuer la matière organique, dans une irradiation appelée de processus . Les applications de ceci incluent l'équipement médical de stérilisation (pendant qu'une alternative au stérilise à l'autoclave ou moyens de produit chimique), enlevant affaiblissement-causant à des bactéries de beaucoup de produits alimentaires ou empêchant des fruits et légumes de pousser pour maintenir la fraîcheur et la saveur.

En raison de leur propriété pénétrante de tissu, rayons gamma/rayons X avoir une large variété d'utilités médicales comme dans les balayages de CT de et la thérapie radiologique (le voient le radiographier ). Cependant, car une forme des rayonnements ionisants ionisants ils ont la capacité d'effectuer les changements moléculaires, leur donnant le potentiel de causer le Cancer quand ADN est affectée. Les changements moléculaires peuvent également être employés pour changer les propriétés des pierres semi-précieuses , et sont employés souvent pour changer le topaz blanc en topaz bleu.

En dépit de leurs propriétés cancer-causing, des rayons gamma sont également employés pour traiter quelques types de Cancer . Du procédé appelé la chirurgie du gamma-couteau , des faisceaux concentrés multiples des rayons gamma sont dirigés sur la croissance afin de tuer les cellules cancéreuses. Les faisceaux sont visés de différents angles pour concentrer le rayonnement sur la croissance tout en réduisant au minimum des dommages aux tissus environnants. Des rayons gamma sont également employés pour des buts diagnostiques dans la médecine nucléaire . Plusieurs radio-isotopes émetteurs de rayons gamma sont employés, un dont est le technétium -99m de . Une fois administré à un patient, un appareil-photo gamma peut être employé pour former une image de la distribution du radio-isotope en détectant le rayonnement gamma émis. Une telle technique peut être utilisée pour diagnostiquer un éventail d'états (par exemple diffusion de cancer aux os).

Des détecteurs de rayon gamma commencent également à être employés au Pakistan en tant qu'élément de l'initiative (CSI) de degré de sécurité de récipient de . Ces le US$ 5 millions de machines sont annoncés pour balayer 30 récipients par heure. L'objectif de cette technique est des récipients de navire marchand de pré-écran avant qu'ils entrent dans des ports des États-Unis.

Effet sur la santé

Les rayons gamma sont la forme la plus dangereuse de rayonnement émise par une explosion nucléaire en raison de la difficulté en les arrêtant. Ils sont également le plus petit rayon dans le spectre électromagnétique. Des rayons gamma ne sont pas arrêtés par la peau. Ils peuvent induire le changement d'ADN par l'interférence le matériel génétique de la cellule. Les coupures de double-rive d'ADN sont courantes pour être la lésion le plus biologiquement significative par laquelle les rayonnements ionisants ionisants causent le cancer et la maladie héréditaire.

Une étude faite sur les ouvriers nucléaires russes exposés au rayonnement gamma du corps entier externe aux doses cumulatives élevées montre le lien entre l'exposition de rayonnement et la mort de cancers de la leucémie , du poumon, du foie, squelettiques et autres pleins de . À côté du rayonnement, les rayons gamma également produisent des brûlures thermiques et induisent un effet immunosuppressif du .

Réponse de corps

Après irradiation gamma, et l'interruption des double-rives d'ADN, une cellule peut réparer le matériel génétique endommagé à la limite de ses possibilités. Cependant, une étude de Rothkamm et de Lobrich a prouvé que les travaux de processus de réparation bien après exposition de haut-dose mais est beaucoup plus lent dans le cas d'une exposition de bas-dose. Ceci pourrait signifier qu'une exposition chronique de bas-dose ne peut pas être combattue par le corps. La probabilité de détecter de petits changements ou d'une occurrence discernable de défaut est très probablement assez petite que la cellule replierait avant de lancer une pleine réparation. Quelques cellules ne peuvent pas détecter leurs propres défauts génétiques.

Évaluation des risques

L'exposition extérieure normale en Grande-Bretagne est dans le SV /h de la gamme 20-40 n. L'exposition normale aux rayons gamma est environ mSv 1 à 2 par année, et le montant total moyen de rayonnement reçu en un an par habitant aux Etats-Unis est mSv 3.

Par comparaison, la dose de rayonnement de la radiographie de coffre est une fraction de la dose naturelle annuelle de rayonnement de fond, et la dose de la fluoroscopie de l'estomac est, tout au plus, le 0.05 SV sur la peau du dos.

Pour la dose équivalente de plein-corps aigu, les causes du 1 SV slight des changements de sang, nausée de causes de 2-5 SV, perte de cheveux, Hemorrhaging et causeront la mort dans beaucoup de cas. Plus de 3 SV mèneront à la mort en plus moins de deux mois en plus de 80 pour cent de cas, et beaucoup plus de 4 le SV cause habituellement la mort (voir le Sievert de ). nclear Pour la basse exposition de dose, par exemple parmi les ouvriers nucléaires, qui reçoivent une dose de rayonnement moyenne de 19mSv, le risque de mort du cancer (à l'exclusion de leucémie ) augmente de 2 pour cent. Pour une dose de 100mSv, cette augmentation de risque est à 10 pour cent. Par comparaison, c'était de 32 pour cent pour les survivants de bombe atomique.

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