ガンマ線とは？

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ガンマ線は、電磁波、赤外線、紫外線、X線、マイクロ波と同様に、電磁放射線の一種です。ガンマ線は癌の治療に使用でき、ガンマ線バーストは天文学者によって研究されています。

電磁（EM）放射は、異なる波長と周波数の波または粒子で送信されます。この広い波長範囲は、電磁スペクトルとして知られています。スペクトルは通常、波長が短く、エネルギーと周波数が高い順に7つの領域に分割されます。一般的な名称は、電波、マイクロ波、赤外線（IR）、可視光線、紫外線（UV）、X線、およびガンマ線です。

ガンマ線は、軟X線より上のEMスペクトルの範囲にあります。ガンマ線の周波数は1秒あたり約1,018サイクル、つまりヘルツ（Hz）で、波長は100ピコメートル（pm）未満、つまり4 x 10 ^ 9インチです。（ピコメーターは1兆分の1メートルです。）

ガンマ線と硬X線はEMスペクトル内で重なり合うため、それらを区別するのが難しくなる可能性があります。天体物理学などの一部の分野では、特定の波長を超える光線はX線に分類され、波長の短い光線はガンマ線に分類されるスペクトルに任意の線が描画されます。ガンマ線とX線はどちらも、生体組織に損傷を与えるのに十分なエネルギーを持っていますが、ほとんどすべての宇宙ガンマ線は地球の大気によって遮断されます。

ガンマ線の発見

オーストラリアの放射線防護および原子力安全局（ARPANSA）によると、ガンマ線は1900年にフランスの化学者Paul Villardがラジウムからの放射線を調査していたときに初めて観察されました。数年後、ニュージーランド生まれの化学者であり物理学者であるアーネストラザフォードは、「ガンマ線」という名前を提案しました。。

ガンマ線源と効果

ガンマ線は主に、核融合、核分裂、アルファ崩壊、ガンマ崩壊という4つの異なる核反応によって生成されます。

核融合は太陽と星に動力を与える反応です。これは、4つの陽子または水素原子核が2つの陽子と2つの中性子で構成されるヘリウム原子核に融合するように、極端な温度と圧力で強制される多段階プロセスで発生します。結果として生じるヘリウム原子核は、反応に入った4つの陽子よりも約0.7％質量が小さくなっています。その質量差は、アインシュタインの有名な方程式E = mc ^ 2に従ってエネルギーに変換され、そのエネルギーの約3分の2がガンマ線として放出されます。（残りはニュートリノの形で、質量がほぼゼロで非常に弱く相互作用する粒子です。）星の寿命の後半では、水素燃料がなくなると、核融合によってますます大きな元素を形成できます。鉄を含むが、これらの反応は、各段階でエネルギーの量を減少させます。

ガンマ線のもう一つの身近なソースは核分裂です。ローレンスバークレー国立研究所は、核分裂を、重い原子核を2つのほぼ等しい部分に分割することと定義しています。これらの部分は、軽い元素の原子核になります。他の粒子との衝突を伴うこのプロセスでは、ウランやプルトニウムなどの重い原子核がキセノンやストロンチウムなどの小さな元素に分解されます。これらの衝突から生じる粒子は、他の重い核に影響を与え、核連鎖反応を引き起こします。結果として生じる粒子の結合質量は元の重い核の質量よりも小さいため、エネルギーが解放されます。その質量差は、E = mc ^ 2に従って、より小さい核、ニュートリノ、およびガンマ線の運動エネルギーの形でエネルギーに変換されます。

ガンマ線の他の発生源は、アルファ崩壊とガンマ崩壊です。アルファ崩壊は、重い原子核がヘリウム4原子核を放出し、原子番号が2減少し、原子量が4減少するときに発生します。このプロセスにより、過剰なエネルギーが原子核に残り、ガンマ線の形で放出されます。ガンマ崩壊は、原子の核にエネルギーが多すぎる場合に発生し、電荷または質量組成を変更せずにガンマ線を放出させます。