ما هي أشعة جاما وأهميتها؟

مقالات ذات صلة

الشبكات المهنية.. ما هي وما أهميتها؟

إدارة المشروع.. ما هي وما أهميتها؟

تقنية البلوكشين ما هي وما أهميتها؟

أشعة جاما هي أشعة لها أطوال موجية أصغر وأكبر طاقة من أي موجة في الطيف الكهرومغناطيسي. تابع قراءة السطور التالية للتعرّف أكثر على أشعة جاما.

ما هي أشعة جاما؟

أشعة جاما هي أشعة لها أطوال موجية أصغر وأكبر طاقة من أي موجة في الطيف الكهرومغناطيسي. يتم إنتاج أشعة جاما بواسطة الأجسام الأكثر سخونة وطاقة في الكون، مثل النجوم النيوترونية والنجوم النابضة، وانفجارات المستعرات الأعظمية، والمناطق المحيطة بالثقوب السوداء. على الأرض، تتولد موجات جاما عن طريق الانفجارات النووية والبرق ونشاط الانحلال الإشعاعي.

على عكس الضوء البصري والأشعة السينية، لا يمكن التقاط أشعة جاما وعكسها بواسطة المرايا. الأطوال الموجية لأشعة جاما قصيرة جدًا بحيث يمكنها المرور عبر الفراغ الموجود داخل ذرات الكاشف.

يكون لإشعاع أشعة جاما أطوال موجية تكون عمومًا أقصر من بضعة أعشار من أنجستروم (10-10 أمتار). وتحتوي فوتونات الأشعة على طاقات تزيد عن عشرات الآلاف من فولتات الإلكترون. لا يوجد حد نظري أعلى لطاقات فوتونات أشعة جاما ولا يوجد حد أدنى لأطوال موجات أشعة جاما؛ تمتد الطاقات المرصودة حاليًا إلى ما يصل إلى بضعة تريليونات من الإلكترون فولت.

بعد ست سنوات من اكتشاف النشاط الإشعاعي (1896) بواسطة هنري بيكريل من فرنسا، عالم الفيزياء البريطاني المولود في نيوزيلندا، صاغ الفيزيائي البريطاني إرنست رذرفورد مصطلح أشعة جاما في عام 1903 بعد دراسات مبكرة لانبعاثات النوى المشعة.

مثلما تحتوي الذرات على مستويات طاقة منفصلة مرتبطة بتكوينات مختلفة للإلكترونات التي تدور في مدارها، فإن النوى الذرية لها هياكل مستوى طاقة تحددها تكوينات البروتونات والنيوترونات التي تشكل النوى. في حين أن اختلافات الطاقة بين مستويات الطاقة الذرية تكون عادةً في النطاق من 1 إلى 10 فولت، فإن اختلافات الطاقة في النوى تقع عادةً في نطاق 1 كيلو فولت (ألف إلكترون فولت) إلى 10 ميغا فولت (مليون إلكترون فولت). عندما تنتقل نواة من مستوى عالي الطاقة إلى مستوى طاقة أقل، ينبعث فوتون لحمل الطاقة الزائدة؛ تتوافق الاختلافات في مستوى الطاقة النووية مع أطوال موجات الفوتون في منطقة أشعة جاما.

انفجارات أشعة جاما

انفجارات أشعة جاما هي أكثر الأحداث الكهرومغناطيسية نشاطًا منذ الانفجار العظيم، ويمكنها إطلاق المزيد من الطاقة في 10 ثوانٍ أكثر مما ستصدره شمسنا في عمرها المتوقع البالغ 10 مليارات عام! من خلال استكشاف الكون بهذه الطاقات العالية، يمكن للعلماء البحث عن فيزياء جديدة واختبار النظريات وإجراء تجارب غير ممكنة في المختبرات المرتبطة بالأرض.

إذا تمكنا من رؤية أشعة جاما، فإن سماء الليل ستبدو غريبة وغير مألوفة. سيتم استبدال المشهد المألوف للأبراج الساطعة باستمرار بدفعات متغيرة باستمرار من إشعاع غاما عالي الطاقة والتي تستمر لأجزاء من ثانية إلى دقائق، تظهر مثل المصابيح الكونية، وتسيطر مؤقتًا على السماء ثم تتلاشى.

أهمية أشعة جاما؟

تشمل التطبيقات الطبية لأشعة جاما تقنية التصوير القيمة للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) والعلاجات الإشعاعية الفعالة لعلاج الأورام السرطانية. في فحص التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني، يتم حقن مادة دوائية مشعة قصيرة العمر تنبعث منها البوزيترون، تم اختيارها بسبب مشاركتها في عملية فسيولوجية معينة، على سبيل المثال، وظائف المخ، في الجسم. تتحد البوزيترونات المنبعثة بسرعة مع الإلكترونات القريبة، ومن خلال إبادة الأزواج، تؤدي إلى ظهور شعاعين من أشعة جاما بقوة 511 كيلو إلكترون فولت في اتجاهين متعاكسين. بعد الكشف عن أشعة جاما، ينتج عن إعادة بناء الكمبيوتر لمواقع انبعاثات أشعة جاما صورة تسلط الضوء على موقع العملية البيولوجية قيد الفحص.

أيضًا، نظرًا لكونها إشعاعًا مؤينًا عميق الاختراق، تسبب أشعة جاما تغيرات كيميائية حيوية كبيرة في الخلايا الحية. تستفيد العلاجات الإشعاعية من هذه الخاصية للتدمير الانتقائي للخلايا السرطانية في الأورام الموضعية الصغيرة. تُحقن النظائر المشعة أو تُزرع بالقرب من الورم؛ أشعة جاما التي تنبعث باستمرار من النوى المشعة تقصف المنطقة المصابة وتوقف نمو الخلايا الخبيثة.

كذلك، فإن المسوحات المحمولة جواً لانبعاثات أشعة جاما من البحث السطحي للأرض عن المعادن التي تحتوي على عناصر مشعة مثل اليورانيوم والثوريوم. يتم استخدام التحليل الطيفي الجوي والأرضي لأشعة غاما لدعم رسم الخرائط الجيولوجية، واستكشاف المعادن، وتحديد التلوث البيئي.

أضرار أشعة جاما

تعتمد الأضرار التي قد تُسببها أشعة جاما على مجموعة من العوامل الفيزيائية، مثل: جرعة الإشعاع، ووقت التعرض، بالإضافة إلى بعض العوامل البيولوجيّة، مثل: أنواع الكائنات الحية وعمرها ونوعها.

من الأضرار التي تنتج عن التعرّض لهذا النوع من الإشعاعات، حدوث خلل في جينات الكائنات الحية والأعضاء الحيوية، وبالتالي فهي قد تؤثر على الشبكات الغذائية، وتؤدي إلى حدوث أضرار في نمو الكائنات الحية وتكاثرها، الأمر الذي قد يُسبب خللاً في بنية وعمل النظم البيئية.

بالنسبة للإنسان، يمكن أن يخترق الإشعاع القوي لأشعة جاما الجلد والملابس، وقد يتطلب إيقافه حاجزًا من الرصاص أو الخرسانة، يُسبب مرور أشعة جاما عبر جسم الإنسان تأينًا يؤدي إلى حدوث تلف فوري في أنسجة الجسم وحمضه النووي. التعرّض لمستويات عالية من هذه الأشعة قد يُسبب حروق الجلد، وأمراض القلب والأوعية الدموية، والسرطان.