伽馬射線,也就是γ射線,是電磁波譜中波長最短,頻率最高的壹種光譜。人類早就知道並能制造它們。但是,這個問題有點奇怪,不清楚,比如:什麽是精通?
能處理還是能用?就看怎麽說了。先從伽馬射線的壹些常識來解釋壹下這個問題。如果朋友們能認真看完這篇文章,會和我壹樣覺得這個問題有點奇怪,也會對伽馬射線有所了解。
我們人類現在看到的和感覺到的,甚至包括吃和喝耶戈所涉及的壹切,都依賴於電磁波。為什麽這麽說?因為電磁波在我們的世界無處不在,只要在絕對零度以上,任何物體都會有電磁輻射。所謂電磁輻射是通過電磁波傳播的。
電磁波是通過光子傳播的,所以也可以稱為光波。但這種光波分為可見光和不可見光。在日常生活中,光波壹般是指電磁波譜的可見光部分,可見光只是夾在電磁波譜之間的壹小段。電磁波最長的波段有幾公裏甚至更長;最短的只有1 Amy以下,最短的是伽馬射線。
電磁波有波長和頻率,波長與頻率成反比,即波長越長,頻率越低,能量越小;反之,能量越大。電磁波的波長和頻率的關系是:c = λ f .這裏c是光速,λ是波長,f是頻率。電磁波波長最長的是無線電波(包括長波、中波、短波、微波),從長到短依次是紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。
無線電波的波長從千米到毫米不等,長波無線電的波長可達數千米,最短的微波波長只有0.1毫米;可見光的波長大約是760nm到380nm,意思是納米,1 mm =1000μm(微米),1μm=1000nm,1 nm = 10-9 m(米)。
可見光後面的紫外線、X射線、γ射線(伽馬射線)的波長都比彼此短。γ射線是電磁波中波長最短的高能射線,波長僅在0.1nm以下。
這個世界上所有的物質都在振動,所以都有頻率。頻率是物體每秒振動的次數,電磁波的頻率是電磁波每秒振動的次數,用Hz(赫茲)表示。無線電波頻率為1000Hz或更低,在10 9Hz之間;可見光的頻率範圍是3.9 * 10 14到7.7 * 10 14赫茲;伽瑪射線頻率的最低範圍是10 12hz,最高範圍在10^30Hz.上空
新冠肺炎的大小約為100nm,最長的伽馬射線波段只有0.1nm。想壹想就知道,人類對新冠肺炎不知所措,更不用說比新冠肺炎小1000倍,頻率超過每秒壹萬億次的伽馬射線了。這個能量有多大?壹旦被伽馬射線掃過,沒有理由不穿透它。
所以伽馬射線是宇宙中最強大的“光”,但是這種光是看不見的,但是會死人。
由於它的波長很短,能量極高,伽馬射線可以穿透任何生物的身體。生物機體是由細胞組成的,每個細胞的核心都是遺傳物質DNA。比如人體由40-60萬億個細胞組成,有大有小。最大的細胞是卵子,成熟的卵子為200μm(微米)。最小的細胞是血小板,直徑只有2μm左右。
當人體受到伽馬射線照射時,伽馬射線會進入人體細胞並使其電離。離子化的離子會攻擊細胞內復雜的有機分子,破壞細胞組織。細胞中最重要的核心遺傳物質是DNA,它是壹種雙螺旋結構的大分子。它占據著細胞的核心,主導著細胞的生死和遺傳。
這個DNA雙螺旋大約有兩米長。如果把1個人體細胞裏的DNA全部打開連接起來,據說可以從地球到太陽旅行300多次。但DNA螺旋的直徑只有2nm,伽馬射線會打斷並破壞其結構。因此,當生物受到γ射線照射時,DNA的分子鍵就會斷裂,從而使生物機體無法再生存。
當輻射量大時,生物體會瞬間死亡。即使輻射量很小,DNA的分子鍵被嚴重破壞,也會慢慢死亡。那種死亡就是看著自己的身體壹寸壹寸的死去,極其恐怖。在臭名昭著的切爾諾貝利核電站爆炸事故中,許多居民和消防員都遭受了這種地獄般的折磨而死亡。
放射性核經過α衰變和β衰變會產生壹個新的核。這個新的原子核處於高能級,必須過渡到低能級。在躍遷過程中,會發射出伽馬光子,也就是伽馬射線。核聚變和核裂變都會產生伽馬射線,所以宇宙中充滿了伽馬射線輻射。
太陽的核聚變在體積半徑為1/4的核心中繼續。主要過程是核與核之間的鏈式反應,從氘到氦-3,最後到氦-4。結果是四個原子融合成壹個氦-4原子核,在這個過程中釋放出伽馬光子、中微子和正電子。中微子由於穿透力強,很快從太陽表面逃逸到太空,但能量巨大的伽馬射線不易逃逸。
這就涉及到光子在太陽中行走的理論。光子傳播的特點是真空最快,達到每秒30萬公裏,但在介質中顛簸。太陽內部充滿了質子,光子每走壹步都會遇到質子,不斷碰撞交換。所以這些光子要穿透半徑70萬公裏的太陽,與質子碰撞10 26次。每次交換都會被消耗減毒。經過幾十萬年甚至幾百萬年,到達太陽表面的光子主要是可見光。
所以不要驚訝,照在我們身上的陽光其實是幾十萬年甚至幾百萬年前誕生的光子。
據科學分析,太陽光包含了整個電磁波波段,但99.9%以上的能量集中在200~10000nm的波長範圍,最大輻射能量位於480nm,這是可見藍光的範圍。所以我們看到的天空是藍色的,大海也是藍色的。
200nm波段屬於紫外線範疇,紫外線過多對人體有害,但大部分紫外線在穿過大氣層時被臭氧層吸收或反射,極少數到達地表。不過還是有壹點,所以陽光強烈的時候,皮膚久了會疼。
宇宙中的恒星都在核聚變,不斷輻射伽馬射線;還有超新星爆發,中子星等大質量致密天體之間的碰撞,會產生更多的伽馬射線,甚至伽馬射線暴,所以太空中有很多伽馬射線。然而,這些伽馬射線被大氣層阻擋,很少到達地表。
如果妳在高空或大氣層外活動,妳將很容易受到伽馬射線和其他宇宙射線的影響,所以宇航員應該采取預防措施。但是,很難阻擋伽馬射線。盡管有飛船和宇航服的良好保護,但在太空或其他星球活動的宇航員受到的輻射要比地球表面多得多。
伽馬射線的穿透力很強,壹般建築是屏蔽不了的。只有特殊的高密度材料,比如鉛板,才有壹定的效果,鉛板的厚度需要根據伽馬射線的強度來增加。
重核裂變過程會變形。比如壹個中子被鈾-235核吸收後,會形成受激的鈾-236核,然後發生形變,最後斷裂,向相反的方向飛走。經典的庫侖能會轉化為兩個碎片的動能,但很快破碎的碎片會收縮成球體,形變動能會轉化為內部激發能,並發射出壹些中子和γ射線來平衡去激發能。
放射性元素衰變過程有很多,它會發出γ射線,比如鈷-60,會通過β衰變釋放出能量高達315keV的高速電子,衰變為鎳60,同時釋放出兩條γ射線。這些伽馬射線如果控制不好,會對人類造成危害。
如原子彈爆炸或核電站泄漏,前蘇聯切爾諾貝利核電站爆炸導致嚴重放射性汙染,威脅數百萬人的健康,7000多人直接死於輻射。
人類文明是通過對自然規律的不斷認識而推進的。伽馬射線本身是壹種自然現象,是元素在聚合或分裂過程中釋放的壹種能量。如果人們知道γ射線的固有性質,就可以處理和利用它。
任何科學都可以用來造福人類,也可以用來害人,伽瑪射線也可以,可以殺人,也可以造福人類。關於伽馬射線的危害,我已經說了很多,現在我來說說造福人類的問題。
目前比較常見的為人類服務的伽馬射線,用於工業探傷和醫療保健。工業探傷主要是利用伽馬射線的穿透性來檢查工業產品內部結構是否有問題,比如檢測鋼板的焊縫。30 mm厚的鋼板焊縫可以用X射線檢查,但超過這個厚度就無能為力了,穿透力更強的伽馬射線就大顯身手了。
γ射線可以檢測300 mm厚的鋼板,方法是在被檢物體後面貼上感光膜,用γ射線照射被檢物體。當伽馬射線穿過物體時,它們會在膠片上感光,從而留下圖像。通過分析這些圖像,人們可以知道對象是否有問題,是否合格。
醫療上常用伽瑪刀和放療。x光在醫療上也有很大作用,但主要用於人體影像檢查,可以看到人體內部的狀態。γ射線的能量比X射線大得多,能透過人體表面殺死體內的病竈,使體內的癌細胞和腫瘤被殺死而不留創傷,減少對人體的傷害,創傷手術能觸及的部位也能觸及。
工業探傷和醫療用放射源是基於放射性元素在β衰變時會釋放γ射線的原理,壹般使用鈷-60。鈷-60是鈷的放射性同位素之壹,半衰期為5.27年。它會通過β衰變釋放出高達365,438+05 kev的高速電子,衰變為鎳60,同時釋放出兩條伽馬射線。
現在,不僅人類可以從自然界的伽馬射線中受益,科學家們也可以產生高能伽馬射線。2011年9月,英國斯特拉斯克萊德大學教授蒂諾·雅諾辛斯基領導的團隊發現,超短激光脈沖可以與電離氣體發生反應,產生極其強大的激光。
Iarosinschi教授的團隊獲得的激光束比太陽亮1萬億倍。可以穿透20cm厚的鉛板,1.5米厚的混凝土墻完全可以屏蔽。
太陽電磁光譜中最可見光為480nm,比這個波長短1萬億倍,波長為4.8 * 10-21m。這麽短波長的電磁波對應的頻率是6.25 * 65,438+00 28 Hz,這無疑是壹束能量極強的伽馬射線。
這壹創造性發現意義重大,未來可能應用於很多領域,比如更好的醫學成像和放射治療,也可以廣泛應用於工業和科學實驗。因為它的持續時間只有65438+百萬分之壹秒,足夠快地捕捉到原子核對激發的反應,可以進壹步促進對原子核的深入研究。
因此,人類早就知道並掌握了伽馬射線的原理,也早就開始利用這壹自然規律造福人類。不知道我的回答有沒有解決這位朋友的問題?感謝您的閱讀,歡迎討論。
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