ما هي أشعة جاما وأهميتها

أشعة جاما لها أطوال موجية أصغر وأكبر طاقة من أي موجة أخرى في الطيف الكهرومغناطيسي. تتولد هذه الموجات من الذرات المشعة والتفجيرات النووية. يمكن لأشعة جاما أن تقتل الخلايا الحية وهي حقيقة يستخدمها الطب لصالحه، باستخدام أشعة جاما لقتل الخلايا السرطانية، إليك المزيد من المعلومات الهامة عن تعريف أشعة جاما وترددها وأضرارها في هذا المقال.

ما هي أشعة جاما

أشعة جاما، هي الإشعاع الكهرومغناطيسي لأقصر طول موجي وأعلى طاقة، يتم إنتاج أشعة جاما في تفكك نوى الذرة المشعة وفي تحلل بعض الجسيمات دون الذرية.

تتضمن التعريفات المقبولة عمومًا لمناطق أشعة جاما والأشعة السينية للطيف الكهرومغناطيسي بعض التداخل في الطول الموجي، حيث يكون لإشعاع أشعة جاما أطوال موجية أقصر عمومًا من بضعة أعشار من أنجستروم (10-10 أمتار) وجاما تحتوي فوتونات الأشعة على طاقات أكبر من عشرات الآلاف من الإلكترون فولت (eV). 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 - يتم إنتاج هذه الفوتونات عالية الطاقة للغاية في مصادر فلكية من خلال آليات غير معروفة حاليًا.

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 بالتكوينات المختلفة 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 إلكترون 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. ^[1]  

أهمية أشعة جاما

أهمية أشعة جاما في الطب

تزيل أشعة جاما الإلكترونات من الذرات. وبسبب هذا، فهي شكل من أشكال الإشعاع المعروف باسم الإشعاع المؤين. تشير الدراسات إلى أن الإشعاع يمكن أن يدمر الحمض النووي وهذا الضرر يمكن أن يؤدي إلى الإصابة بالسرطان. ركزت هذه الدراسات على الناجين من التفجيرات النووية أو الأشخاص الذين أعطوا جرعات عالية من الإشعاع لعلاج السرطان أو الأشخاص الذين تعرضوا للإشعاع بشكل مفرط أثناء عملهم.

ومع ذلك، يمكن أيضًا استخدام أشعة جاما لعلاج السرطان. يستخدم العلاج الإشعاعي أو العلاج الإشعاعي أشعة جاما عالية الطاقة لقتل الخلايا السرطانية وتقليص الأورام. تعد الجراحة الإشعاعية باستخدام أشعة جاما شكلاً خاصًا من أشكال العلاج الإشعاعي. يستخدم أشعة جاما لعلاج أنسجة المخ المصابة عن طريق إتلاف الحمض النووي للخلايا الخطرة. تعد هذه التقنية من أكثر أنظمة الجراحة الإشعاعية دقة. يمكن أن تركز على منطقة صغيرة وتجنب إتلاف الأنسجة المحيطة. ويمكنه أيضًا استهداف الخلايا الموجودة في منتصف الدماغ دون اقتحام الدماغ المحيط. في الواقع، يتم تدمير 1 ملم فقط من الأنسجة الإضافية حول الورم.

أهمية أشعة جاما في الصناعة

التصوير الشعاعي الصناعي هو طريقة تُستخدم لاختبار المواد بحثًا عن عيوب، مثل الشقوق. باستخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي الطاقة، يمكن للمختبرين رؤية الهيكل الداخلي للمادة. في التصوير الشعاعي الصناعي، تسمح أشعة جاما للأشخاص بالبحث عن المشاكل دون الإضرار بالمواد. تشبه هذه العملية إلى حد كبير الطريقة التي يستخدم بها أخصائي الأشعة السينية لفحص عظامك بحثًا عن كسور أو كسور. يمكن أن تمر الأشعة السينية بأمان عبر جلدك وأعضائك دون الإضرار بك. بنفس الطريقة، يمكن لأشعة جاما أن تمر عبر المواد دون إتلافها.

التصوير الشعاعي الصناعي هو وسيلة غير مدمرة لاختبار المنتجات مثل الأنابيب والمواد الملحومة أو أجزاء الطائرة. تضمن إجراءات الاختبار هذه أن المواد آمنة وذات نوعية جيدة. تستخدم الأشعة السينية والموجات فوق الصوتية أيضًا لهذا العمل. ^[4]

تردد أشعة جاما

أشعة جاما، تمتلك ترددات أعلى من 1.018 دورة لكل ثانية وأطوال موجية أقل من 100 بيكومتر (البيكو متر هو جزء من التريليون جزء من المتر).

أضرار أشعة جاما

أشعة جاما (γ) عبارة عن حزم عديمة الوزن من الطاقة تسمى الفوتونات. على عكس جسيمات ألفا وبيتا، التي تمتلك طاقة وكتلة، فإن أشعة جاما هي طاقة نقية. تشبه أشعة جاما الضوء المرئي، لكن لديها طاقة أعلى بكثير. غالبًا ما تنبعث أشعة جاما جنبًا إلى جنب مع جسيمات ألفا أو بيتا أثناء التحلل الإشعاعي.

قد يؤدي التعرض لجرعات عالية من الإشعاع على مدى فترة زمنية قصيرة إلى مرض الإشعاع (يُسمى أحيانًا التسمم الإشعاعي أو متلازمة الإشعاع الحادة) وحتى الموت. تشمل بعض أعراض المرض الإشعاعي الإغماء والارتباك والغثيان والقيء والإسهال وتساقط الشعر وتقرحات الجلد والفم والنزيف. أدت انفجارات القنبلة الذرية في هيروشيما وناجازاكي إلى العديد من حالات المرض الإشعاعي. منذ ذلك الحين، نتجت بعض الحالات عن حوادث محطات الطاقة النووية، مثل تلك التي وقعت في تشيرنوبيل وفي فوكوشيما.

تُعد أشعة جاما خطرًا إشعاعيًا على الجسم بأكمله. يمكنها بسهولة اختراق الحواجز التي يمكن أن توقف جزيئات ألفا وبيتا، مثل الجلد والملابس. تتمتع أشعة جاما بقوة اختراق كبيرة لدرجة أن عدة بوصات من مادة كثيفة مثل الرصاص أو حتى أقدام قليلة من الخرسانة قد تكون مطلوبة لإيقافها. يمكن أن تمر أشعة جاما بالكامل عبر جسم الإنسان، أثناء مرورها، يمكن أن تسبب تأينًا يؤدي إلى تلف الأنسجة والحمض النووي. ^[3]  

قد تكون الجرعات العالية من الإشعاع خطيرة أو حتى مميتة للإنسان. تستخدم أفلام الخيال العلمي عادةً إشعاع جاما لإنشاء كائنات متحولة. هذا يمكن أن يقود الناس إلى الاعتقاد بأن الإشعاع خطير ويجب تجنبه. الحقيقة أننا محاطون بالإشعاع. يحدث بشكل طبيعي فوقنا في الفضاء وأسفلنا في القشرة الأرضية. هذا يعني أن الإشعاع موجود أيضًا في طعامنا وفي الهواء الذي نتنفسه. كما أنه يأتي من مصادر صنعها البشر. الليزر مثال على ذلك. لكن حتى لو جمعنا كل هذا الإشعاع ، فلن يؤذينا. سيتعين علينا امتصاص إشعاع أكثر بحوالي 750 مرة من ذلك قبل أن يؤذينا. ^[4]  

انفجار أشعة جاما

انفجارات أشعة جاما (GRBs) عبارة عن دفعات من أشعة جاما شديدة النشاط تدوم من أقل من ثانية إلى عدة دقائق، في غمضة عين على المقاييس الزمنية الكونية. من المعروف أنها تحدث على مسافات شاسعة من الأرض، نحو حدود الكون المرئي.

لاحظ مرصد في تشيلي VLT الشفق اللاحق لانفجار أشعة جاما وهو الأبعد الذي عرفه التاريخ. مع انزياح أحمر مُقاس يبلغ 8.2، استغرق الضوء من هذا المصدر الفلكي البعيد جدًا أكثر من 13000 مليون سنة للوصول إلينا. وهكذا يظهر انفجار أشعة جاما عندما كان عمر الكون أقل من 600 مليون سنة أو أقل من خمسة في المائة من عمره الحالي. يجب أن يكون قد أطلق 300 مرة قدرًا من الطاقة في بضع ثوانٍ كما ستطلق شمسنا طوال عمرها الذي يزيد عن 10000 مليون سنة. لذلك ، تعتبر انفجارات أشعة جاما أقوى الانفجارات في الكون بعد الانفجار العظيم.

حاول الباحثون منذ فترة طويلة اكتشاف طبيعة هذه الانفجارات. تظهر الملاحظات أن انفجار أشعة جاما يأتي في نوعين - قصير الأمد (أقصر من بضع ثوان) وطويل الأمد - وكان يُشتبه في أن نوعين مختلفين من الأحداث الكونية تسببا في حدوثها.

في عام 2003، لعب علماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوبات ESO دورًا رئيسيًا في ربط انفجارات أشعة جاما طويلة الأمد بالانفجارات النهائية للنجوم الضخمة والمعروفة باسم hypernovae. من خلال متابعة تداعيات انفجار لمدة شهر كامل، أظهروا أن الضوء له خصائص مماثلة لتلك الموجودة في المستعر الأعظم، الذي يحدث عندما ينفجر نجم ضخم في نهاية حياته.

في عام 2005، اكتشفت تلسكوبات ESO، لأول مرة ، الضوء المرئي بعد انفجار قصير المدة. من خلال تتبع هذا الضوء لمدة ثلاثة أسابيع، أظهر علماء الفلك أن الانفجارات قصيرة المدى، على عكس الانفجارات طويلة الأمد، لا يمكن أن تكون ناجمة عن فرط نوفا. بدلاً من ذلك، يُعتقد أنها ناجمة عن الاندماجات العنيفة للنجوم النيوترونية أو الثقوب السوداء. ^[2]