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伽馬射線又稱γ射線,是由原子衰變裂解時放出。具有波長極短,穿透力很強,攜帶高能量,易造成生物體細胞內的DNA斷裂進而引起細胞突變、造血功能缺失、癌症等疾病。

1 伽馬射線 -簡介

伽馬射線γ射線-內部結構模型圖
,又稱γ粒子流,中文音譯為伽馬。γ射線是一種強電磁波,它的波長比X射線還要短,一般波長<0.001納米。在原子核反應中,當原子核發生α、β衰變后,往往衰變到某個激發態,處於激發態的原子核仍是不穩定的,並且會通過釋放一系列能量使其躍遷到穩定的狀態,而這些能量的釋放是通過射線輻射來實現的,這種射線就是γ射線。

γ射線首先由法國科學家P.V.維拉德發現,是繼α、β射線后發現的第三種原子核射線。γ射線是因核能級間的躍遷而產生,原子核衰變和核反應均可產生γ射線 。γ射線具有比X射線還要強的穿透能力。當γ射線通過物質並與原子相互作用時會產生光電效應、康普頓效應和正負電子對三種效應。原子核釋放出的γ光子與核外電子相碰時,會把全部能量交給電子,使電子電離成為光電子,此即光電效應。由於核外電子殼層出現空位,將產生內層電子的躍遷併發射X射線標識譜。高能γ光子(>2兆電子伏特)的光電效應較弱。γ光子的能量較高時,除上述光電效應外,還可能與核外電子發生彈性碰撞,γ光子的能量和運動方向均有改變,從而產生康普頓效應。當γ光子的能量大於電子靜質量的兩倍時,由於受原子核的作用而轉變成正負電子對,此效應隨γ光子能量的增高而增強。γ光子不帶電,故不能用磁偏轉法測出其能量,通常利用γ光子造成的上述次級效應間接求出,例如通過測量光電子或正負電子對的能量推算出來。此外還可用γ譜儀(利用晶體對γ射線的衍射)直接測量γ光子的能量。由熒光晶體、光電倍增管和電子儀器組成的閃爍計數器是探測γ射線強度的常用儀器。

2 伽馬射線 -相關史

在天文學界,伽馬射線爆發被稱作「伽馬射線暴」。
伽馬射線伽馬射線
伽馬射線暴是宇宙中一種伽馬射線突然增強的一種現象,伽馬射線是波長小於0.1納米的電磁波,是比X射線能量還高的一種輻射,它的能量非常高。但是大多數伽馬射線會被地球的大氣層阻擋,觀測必須在地球之外進行。

冷戰時期,美國發射了一系列的軍事衛星來監測全球的核爆炸試驗,在這些衛星上安裝有伽馬射線探測器,用於監視核爆炸所產生的大量的高能射線。偵察衛星在1967年發現了來自浩瀚宇宙空間的伽馬射線在短時間內突然增強的現象,人們稱之為「伽馬射線暴」。由於軍事保密等因素,這個發現直到1973年才公布出來。這是一種讓天文學家感到困惑的現象:一些伽馬射線源會突然出現幾秒鐘,然後消失。這種爆發釋放能量的功率非常高。一次伽馬射線暴的「亮度」相當於全天所有伽馬射線源「亮度」的總和。隨後,不斷有高能天文衛星對伽馬射線暴進行監視,差不多每天都能觀測到一兩次的伽馬射線暴。
伽馬射線伽馬射線
伽馬射線暴所釋放的能量甚至可以和宇宙大爆炸相提並論。伽馬射線暴的持續時間很短,長的一般為幾十秒,短的只有十分之幾秒。而且它的亮度變化也是複雜而且無規律的。但伽馬射線暴所放出的能量卻十分巨大,在若干秒鐘時間內所放射出的伽馬射線的能量相當於幾百個太陽在其一生(100億年)中所放出的總能量!

在1997年12月14日發生的伽馬射線暴,它距離地球遠達120億光年,所釋放的能量比超新星爆發還要大幾百倍,在50秒內所釋放出伽馬射線能量就相當於整個銀河系200年的總輻射能量。這個伽馬射線暴在一兩秒內,其亮度與除它以外的整個宇宙一樣明亮。在它附近的幾百千米範圍內,再現了宇宙大爆炸后千分之一秒時的高溫高密情形。

1999年1月23日發生的伽馬射線暴比這次更加猛烈,它所放出的能量是1997年那次的十倍,這也是人類迄今為止已知的最強大的伽馬射線暴。

3 伽馬射線 -成因

伽馬射線暴形成的原因,到底是由兩個中子星碰撞時產生的還是大質量恆星在死亡時生成黑洞的過程中產生的,至今都沒有定論。但有一點是科學家們都承認的,那就是在有巨大的宇宙能量產生時,比如雷暴產生的過程中 ,會產生伽馬射線,而伽馬射線可能才是閃電形成的主要原因。這個猜想,佛羅里達技術協會的天體物理學家約瑟夫· 德懷爾已經提出了。
伽馬射線伽馬射線 

4 伽馬射線 -應用

γ射線有很強的穿透力,工業中可用來探傷或流水線的自動控制。γ射線容易造成生物體細胞內的DNA斷裂進而引起細胞突變、造血功能缺失、癌症等疾病,因此對細胞有殺傷力,醫療上用來治療腫瘤。

探測伽瑪射線有助天文學的研究。當人類觀察太空時,看到的為「可見光」,然而電磁波譜的大部份是由不同輻射組成,當中的輻射的波長有較可見光長,亦有較短,大部份單靠肉眼並不能看到。通過探測伽瑪射線能提供肉眼所看不到的太空影像。在太空中產生的伽瑪射線是由恆星核心的核聚變產生的,因為無法穿透地球大氣層,因此無法到達地球的低層大氣層,只能在太空中被探測到。太空中的伽瑪射線是在1967年由一顆名為「維拉斯」的人造衛星首次觀測到。從20世紀70年代初由不同人造衛星所探測到的伽瑪射線圖片,提供了關於幾百顆此前並未發現到的恆星及可能的黑洞。於90年代發射的人造衛星(包括康普頓伽瑪射線觀測台),提供了關於超新星、年輕星團、類星體等不同的天文信息。

1900年由法國科學家P.V.維拉德(Paul Ulrich Villard)發現,將含鐳的氯化鋇通過陰極射線,從照片記錄上看到輻射穿過0.2毫米的鉛箔,拉塞福稱這一貫穿力非常強的輻射為γ射線,是繼α、β射線后發現的第三種原子核射線。1913年,γ射線被證實為是電磁波,由原子核內部自受激態至基態時所放出來的,範圍波長為0.1 埃,和X射線極為相似,具有比X射線還要強的穿透能力。γ射線通過物質並與原子相互作用時會產生光電效應、康普頓效應和正負電子對效應。 

5 伽馬射線 -危害

伽馬射線,或γ射線是原子衰變裂解時放出的射線之一。此種電磁波波長極短,具有極強的穿透本領,又攜帶高能量,容易造成生物體細胞內的DNA斷裂進而引起細胞突變、造血功能缺失、癌症等疾病。人體受到γ射線照射時,γ射線可以進入到人體的內部,並與體內細胞發生電離作用,電離產生的離子能侵蝕複雜的有機分子,如蛋白質、核酸和酶,它們都是構成活細胞組織的主要成份,一旦它們遭到破壞,就會導致人體內的正常化學過程受到干擾,嚴重的可以使細胞死亡。
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