Os raios gama são uma forma de radiação eletromagnética, assim como as ondas de rádio, a radiação infravermelha, a radiação ultravioleta, os raios X e as microondas. Os raios gama podem ser usados para tratar o câncer, e as explosões de raios gama são estudadas pelos astrônomos.
A radiação eletromagnética (EM) é transmitida em ondas ou partículas em diferentes comprimentos de onda e frequências. Essa ampla gama de comprimentos de onda é conhecida como espectro eletromagnético. O espectro é geralmente dividido em sete regiões em ordem decrescente de comprimento de onda e aumento de energia e frequência. As designações comuns são ondas de rádio, microondas, infravermelho (IR), luz visível, ultravioleta (UV), raios X e raios gama.
Os raios gama caem na faixa do espectro EM acima dos raios X suaves. Os raios gama têm frequências maiores que cerca de 1.018 ciclos por segundo ou hertz (Hz) e comprimentos de onda inferiores a 100 picômetros (pm) ou 4 x 10 ^ 9 polegadas. (Um picômetro é um bilionésimo de metro.)
Raios gama e raios X rígidos se sobrepõem no espectro EM, o que dificulta sua diferenciação. Em alguns campos, como a astrofísica, uma linha arbitrária é desenhada no espectro em que os raios acima de um determinado comprimento de onda são classificados como raios X e os raios com comprimentos de onda mais curtos são classificados como raios gama. Os raios gama e raios X têm energia suficiente para causar danos aos tecidos vivos, mas quase todos os raios gama cósmicos são bloqueados pela atmosfera da Terra.
Descoberta de raios gama
Os raios gama foram observados pela primeira vez em 1900 pelo químico francês Paul Villard quando ele estava investigando a radiação do rádio, de acordo com a Agência Australiana de Proteção contra Radiação e Segurança Nuclear (ARPANSA). Alguns anos depois, o químico e físico nascido na Nova Zelândia Ernest Rutherford propôs o nome "raios gama", seguindo a ordem dos raios alfa e beta - nomes dados a outras partículas criadas durante uma reação nuclear - e o nome ficou preso .
Fontes e efeitos de raios gama
Os raios gama são produzidos principalmente por quatro reações nucleares diferentes: fusão, fissão, decaimento alfa e decaimento gama.
A fusão nuclear é a reação que alimenta o sol e as estrelas. Ocorre em um processo de várias etapas no qual quatro prótons, ou núcleos de hidrogênio, são forçados sob temperatura e pressão extremas a se fundirem em um núcleo de hélio, que compreende dois prótons e dois nêutrons. O núcleo de hélio resultante é cerca de 0,7% menos massivo que os quatro prótons que entraram na reação. Essa diferença de massa é convertida em energia, de acordo com a famosa equação Einstein E = mc ^ 2, com cerca de dois terços dessa energia emitida como raios gama. (O resto está na forma de neutrinos, que são partículas que interagem extremamente fracamente, com massa quase nula.) Nos estágios posteriores da vida de uma estrela, quando fica sem combustível de hidrogênio, pode formar elementos cada vez mais maciços através da fusão, incluindo ferro, mas essas reações produzem uma quantidade decrescente de energia em cada estágio.
Outra fonte familiar de raios gama é a fissão nuclear. O Laboratório Nacional Lawrence Berkeley define a fissão nuclear como a divisão de um núcleo pesado em duas partes aproximadamente iguais, que são então núcleos de elementos mais leves. Nesse processo, que envolve colisões com outras partículas, núcleos pesados, como urânio e plutônio, são divididos em elementos menores, como xenônio e estrôncio. As partículas resultantes dessas colisões podem impactar outros núcleos pesados, criando uma reação em cadeia nuclear. A energia é liberada porque a massa combinada das partículas resultantes é menor que a massa do núcleo pesado original. Essa diferença de massa é convertida em energia, de acordo com E = mc ^ 2, na forma de energia cinética dos núcleos menores, neutrinos e raios gama.
Outras fontes de raios gama são decaimento alfa e decaimento gama. O decaimento alfa ocorre quando um núcleo pesado libera um núcleo de hélio-4, reduzindo seu número atômico em 2 e seu peso atômico em 4. Esse processo pode deixar o núcleo com excesso de energia, que é emitido na forma de um raio gama. O decaimento gama ocorre quando há muita energia no núcleo de um átomo, fazendo com que ele emita um raio gama sem alterar sua carga ou composição de massa.
Terapia por raios gama
Às vezes, os raios gama são usados para tratar tumores cancerígenos no corpo, danificando o DNA das células tumorais. No entanto, é preciso muito cuidado, pois os raios gama também podem danificar o DNA das células saudáveis do tecido circundante.
Uma maneira de maximizar a dosagem para células cancerígenas enquanto minimiza a exposição a tecidos saudáveis é direcionar múltiplos feixes de raios gama de um acelerador linear, ou linac, para a região-alvo de várias direções diferentes. Este é o princípio operacional das terapias CyberKnife e Gamma Knife.
A radiocirurgia Gamma Knife usa equipamento especializado para focar perto de 200 minúsculos feixes de radiação em um tumor ou outro alvo no cérebro. Cada feixe individual tem muito pouco efeito no tecido cerebral por onde passa, mas uma forte dose de radiação é liberada no ponto em que os feixes se encontram, de acordo com a Clínica Mayo.
Astronomia de raios gama
Uma das fontes mais interessantes de raios gama são as explosões de raios gama (GRBs). São eventos de energia extremamente alta que duram de alguns milissegundos a vários minutos. Eles foram observados pela primeira vez na década de 1960 e agora são observados em algum lugar do céu uma vez por dia.
Explosões de raios gama são "a forma mais energética de luz", segundo a NASA. Eles brilham centenas de vezes mais que uma supernova típica e cerca de um milhão de trilhões de vezes mais brilhantes que o sol.
De acordo com Robert Patterson, professor de astronomia da Missouri State University, os GRBs já foram pensados para vir dos últimos estágios da evaporação de mini buracos negros. Agora, acredita-se que eles se originem de colisões de objetos compactos, como estrelas de nêutrons. Outras teorias atribuem esses eventos ao colapso de estrelas supermassivas para formar buracos negros.
Em ambos os casos, os GRBs podem produzir energia suficiente que, por alguns segundos, podem ofuscar uma galáxia inteira. Como a atmosfera da Terra bloqueia a maioria dos raios gama, eles são vistos apenas com balões de alta altitude e telescópios em órbita.
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