¿Qué son los rayos gamma? ¿Por qué da tanto miedo? ¿Podrán los humanos dominarlo y utilizarlo ahora?
Los rayos gamma, también conocidos como rayos γ, son el espectro de longitud de onda más corta y de frecuencia más alta del espectro electromagnético. Los seres humanos los conocen desde hace mucho tiempo y han podido fabricarlos. Sin embargo, esta pregunta es un poco extraña y confusa, como por ejemplo: ¿Qué es el dominio?
¿Se puede procesar o utilizar? Depende de cómo lo digas. Primero expliquemos este tema con algo de sentido común sobre los rayos gamma. Si sus amigos pueden leer este artículo con atención, encontrarán esta pregunta un poco extraña como yo y también sabrán algo sobre los rayos gamma.
Lo que los humanos vemos y sentimos ahora, incluso todo lo que implica comer y beber Yego, se basa en ondas electromagnéticas. ¿Por qué dices eso? Debido a que las ondas electromagnéticas están en todas partes de nuestro mundo, cualquier objeto emitirá radiación electromagnética siempre que esté por encima del cero absoluto. La llamada radiación electromagnética se propaga a través de ondas electromagnéticas.
Las ondas electromagnéticas se propagan a través de fotones, por lo que también pueden denominarse ondas de luz. Pero esta onda de luz se divide en luz visible y luz invisible. En la vida diaria, las ondas de luz generalmente se refieren a la parte de luz visible del espectro electromagnético, y la luz visible es solo un pequeño segmento intercalado entre el espectro electromagnético. La banda de ondas electromagnéticas más larga es de varios kilómetros o incluso más larga; la más corta es de sólo menos de 1 Amy, y la más corta son los rayos gamma.
Las ondas electromagnéticas tienen longitud de onda y frecuencia, y la longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia, es decir, cuanto mayor es la longitud de onda, menor es la frecuencia y, a la inversa, mayor es la energía; La relación entre la longitud de onda y la frecuencia de las ondas electromagnéticas es: c = λ f Aquí c es la velocidad de la luz, λ es la longitud de onda y f es la frecuencia. La longitud de onda más larga de las ondas electromagnéticas son las ondas de radio (incluidas las ondas largas, las ondas medias, las ondas cortas y las microondas). De más larga a más corta, son los rayos infrarrojos, la luz visible, los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma.
La longitud de onda de las ondas de radio varía de kilómetros a milímetros. La longitud de onda de la radio de onda larga puede alcanzar varios kilómetros. La longitud de onda de microondas más corta es de sólo 0,1 milímetros. La longitud de onda de la luz visible es de aproximadamente 760 nm a 380 nm. es decir, nanómetros 1 mm = 1000 μm (micrón), 1 μm = 1000 nm, 1 nm = 10-9 m (metro).
Las longitudes de onda de los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma (rayos gamma) detrás de la luz visible son todas más cortas que las demás. Los rayos gamma son rayos de alta energía con la longitud de onda más corta entre las ondas electromagnéticas, con longitudes de onda sólo por debajo de 0,1 nm.
Toda la materia en este mundo está vibrando, por eso tiene una frecuencia. La frecuencia es el número de veces que un objeto vibra por segundo y la frecuencia de las ondas electromagnéticas es el número de veces que la onda electromagnética vibra por segundo, expresada en Hz (Hercios). La frecuencia de las ondas de radio es de 1000 Hz o inferior, entre 10 9 Hz; el rango de frecuencia de la luz visible es de 3,9 * 10 14 a 7,7 * 10 14 Hz; el rango más bajo de frecuencia de los rayos gamma es 10 12 Hz y el rango más alto es 10 ^ 30 Hz;
El tamaño del COVID-19 es de unos 100 nm y la banda de rayos gamma más larga es de solo 0,1 nm. Solo piénselo y sabrá que los humanos no saben nada del COVID-19, y mucho menos de los rayos gamma, que son 1.000 veces más pequeños que el COVID-19 y tienen una frecuencia de más de un billón de veces por segundo. ¿Qué tan grande es esta energía? Una vez que es barrido por rayos gamma, no hay razón para no penetrarlo.
Entonces los rayos gamma son la "luz" más poderosa del universo, pero esta luz es invisible, pero puede matar personas.
Debido a su corta longitud de onda y su altísima energía, los rayos gamma pueden penetrar el cuerpo de cualquier ser vivo. Los organismos biológicos están compuestos de células y el núcleo de cada célula es el material genético ADN. Por ejemplo, el cuerpo humano está compuesto por entre 40 y 60 billones de células, algunas grandes y otras pequeñas. La célula más grande es el óvulo y un óvulo maduro mide 200 μm (micras). Las células más pequeñas son las plaquetas, de sólo unas 2 μm de diámetro.
Cuando el cuerpo humano se expone a los rayos gamma, estos entran en las células humanas y las ionizan. Los iones ionizados atacan moléculas orgánicas complejas en las células y destruyen los tejidos celulares. El material genético central más importante de las células es el ADN, que es una macromolécula con una estructura de doble hélice. Ocupa el núcleo de la célula y domina la vida, la muerte y la herencia de la célula.
Esta doble hélice de ADN mide unos dos metros de largo. Si todo el ADN de una célula humana se abriera y conectara, se dice que podría viajar de la Tierra al Sol más de 300 veces. Pero el diámetro de la hélice del ADN es de sólo 2 nm y los rayos gamma interrumpirán y destruirán su estructura. Por lo tanto, cuando los organismos se exponen a los rayos gamma, los enlaces moleculares del ADN se rompen, haciendo que el organismo no pueda sobrevivir.
Cuando la cantidad de radiación es grande, los organismos vivos morirán instantáneamente. Incluso si la cantidad de radiación es pequeña, los enlaces moleculares del ADN resultan gravemente dañados y este morirá lentamente. Ese tipo de muerte es ver tu cuerpo morir centímetro a centímetro, lo cual es extremadamente aterrador. En la infame explosión de la central nuclear de Chernobyl, muchos residentes y bomberos sufrieron esta tortura infernal y murieron.
El núcleo radiactivo producirá un nuevo núcleo tras la desintegración alfa y la desintegración beta. Este nuevo núcleo tiene un nivel de energía alto y debe pasar a un nivel de energía más bajo. Durante la transición se emiten fotones gamma, también conocidos como rayos gamma. Tanto la fusión nuclear como la fisión nuclear producen rayos gamma, por lo que el universo está lleno de radiación de rayos gamma.
La fusión nuclear del sol continúa en un núcleo con un radio de volumen de 1/4.
El proceso principal es una reacción en cadena entre núcleos, del deuterio al helio-3 y finalmente al helio-4. El resultado son cuatro átomos fusionados en un núcleo de helio-4, liberando fotones gamma, neutrinos y positrones en el proceso. Los neutrinos escapan rápidamente de la superficie del Sol al espacio debido a su fuerte poder de penetración, pero los rayos gamma con enorme energía no pueden escapar fácilmente.
Se trata de la teoría de los fotones que caminan bajo el sol. La característica de la propagación de fotones es que es la más rápida en el vacío, alcanzando los 300.000 kilómetros por segundo, pero presenta baches en el medio. El interior del sol está lleno de protones, y los fotones encuentran protones a cada paso que dan, colisionando e intercambiándolos constantemente. Por tanto, estos fotones tienen que penetrar el Sol en un radio de 700.000 kilómetros y chocar con protones 10 26 veces. La atenuación se consume con cada intercambio. Después de cientos de miles o incluso millones de años, los fotones que llegan a la superficie del sol son principalmente luz visible.
Así que no te sorprendas: la luz del sol que brilla sobre nosotros son en realidad fotones nacidos hace cientos de miles o incluso millones de años.
Según el análisis científico, la luz solar contiene toda la banda de ondas electromagnéticas, pero más del 99,9% de la energía se concentra en el rango de longitud de onda de 200 ~ 10000 nm, y la energía radiante máxima se ubica en 480 nm, que es el rango de luz azul visible. Entonces el cielo que vemos es azul y el mar también es azul.
La banda de 200 nm pertenece a la categoría ultravioleta. Los rayos ultravioleta excesivos son perjudiciales para el cuerpo humano, sin embargo, la mayoría de los rayos ultravioleta son absorbidos o reflejados por la capa de ozono al atravesar la atmósfera, y muy pocos. llegar a la superficie. Pero todavía hay una cosa, cuando el sol es fuerte, la piel dolerá después de mucho tiempo.
Las estrellas en el universo están experimentando fusión nuclear y emitiendo constantemente rayos gamma; también hay explosiones de supernovas y colisiones entre objetos masivos y densos como estrellas de neutrones, que producirán más rayos gamma e incluso rayos gamma. estalla, por lo que hay muchos rayos gamma en el espacio. Sin embargo, estos rayos gamma son bloqueados por la atmósfera y rara vez llegan a la superficie.
Si estás a gran altura o fuera de la atmósfera, serás vulnerable a los rayos gamma y otros rayos cósmicos, por lo que los astronautas deben tomar precauciones. Sin embargo, es difícil bloquear los rayos gamma. A pesar de la buena protección de las naves y los trajes espaciales, los astronautas en el espacio o en otros planetas están expuestos a mucha más radiación que en la superficie terrestre.
Los rayos gamma son muy penetrantes y los edificios comunes no pueden protegerlos. Sólo los materiales especiales de alta densidad, como las placas de plomo, tienen cierto efecto. El espesor de las placas de plomo debe aumentarse según la intensidad de los rayos gamma.
El proceso de fisión de los núcleos pesados se deformará. Por ejemplo, después de que un neutrón es absorbido por un núcleo de uranio-235, formará un núcleo de uranio-236 excitado, que luego se deformará, eventualmente se romperá y volará en la dirección opuesta. La energía clásica de Coulomb se convertirá en energía cinética de los dos fragmentos, pero pronto los fragmentos rotos se encogerán hasta formar una esfera, y la energía cinética de deformación se convertirá en energía de excitación interna, y se emitirán algunos neutrones y rayos gamma. Equilibra la energía de desexcitación.
Hay muchos procesos de desintegración de elementos radiactivos. Emite rayos gamma, como el cobalto-60, que libera electrones de alta velocidad con energía de hasta 315 keV a través de la desintegración beta, se desintegra en níquel-60 y libera. dos rayos gamma al mismo tiempo. Si estos rayos gamma no se controlan adecuadamente, pueden causar daños a los humanos.
Como la explosión de una bomba atómica o una fuga en una central nuclear. La explosión de la central nuclear de Chernobyl, en la antigua Unión Soviética, provocó una grave contaminación radiactiva, amenazando la salud de millones de personas. Más de 7.000 personas murieron directamente. de la radiación.
La civilización humana avanza a través de la comprensión continua de las leyes de la naturaleza. Los propios rayos gamma son un fenómeno natural, un tipo de energía liberada durante la agregación o división de elementos. Si la gente conoce las propiedades inherentes de los rayos gamma, podrá manipularlos y utilizarlos.
Cualquier ciencia puede usarse para beneficiar a la humanidad, o puede usarse para dañar a la humanidad. Los rayos gamma también pueden usarse para matar personas y beneficiar a la humanidad. He hablado mucho sobre los peligros de los rayos gamma y ahora quiero hablar de los beneficios para la humanidad.
Los rayos gamma más comunes que actualmente sirven a los humanos se utilizan para la detección de defectos industriales y la atención médica. La detección de defectos industriales utiliza principalmente la penetrabilidad de los rayos gamma para comprobar si existen problemas con la estructura interna de productos industriales, como la detección de soldaduras de placas de acero. Las soldaduras de placas de acero de 30 mm de espesor se pueden inspeccionar con rayos X, pero más allá de este espesor no se puede hacer nada y entran en juego rayos gamma, más penetrantes.
Los rayos gamma pueden detectar placas de acero de 300 mm de espesor colocando una película fotosensible detrás del objeto a inspeccionar e irradiando el objeto a inspeccionar con rayos γ. Cuando los rayos gamma atraviesan un objeto, captan la luz en la película y dejan una imagen. Al analizar estas imágenes, las personas pueden saber si hay algún problema con el objeto y si está calificado.
En el tratamiento médico se utilizan habitualmente el bisturí gamma y la radioterapia. Los rayos X también desempeñan un papel importante en el tratamiento médico, pero se utilizan principalmente en exámenes de imágenes humanas para ver el estado interno del cuerpo humano. La energía de los rayos gamma es mucho mayor que la que pueden alcanzar.
La detección de defectos industriales y de fuentes radiactivas médicas se basa en el principio de que los elementos radiactivos liberan rayos gamma durante la desintegración beta y generalmente se utiliza cobalto-60. El cobalto-60 es uno de los isótopos radiactivos del cobalto, con una vida media de 5,27 años. Liberará electrones de alta velocidad hasta 365.438+05 kev a través de la desintegración beta, se desintegrará en níquel-60 y liberará dos rayos gamma al mismo tiempo.
Ahora, los humanos no sólo pueden beneficiarse de los rayos gamma que se encuentran en la naturaleza, sino que los científicos también pueden generar rayos gamma de alta energía. En septiembre de 2011, un equipo dirigido por Tino Janosinski, profesor de la Universidad de Strathclyde en el Reino Unido, descubrió que los pulsos láser ultracortos pueden reaccionar con gas ionizado para producir una luz láser extremadamente potente.
El rayo láser obtenido por el equipo del profesor Iarosinschi es 1 billón de veces más brillante que el sol. Puede penetrar una placa de plomo de 20 cm de espesor y puede proteger completamente un muro de hormigón de 1,5 metros de espesor.
La luz más visible en el espectro electromagnético solar es de 480 nm, que es 1 billón de veces más corta que esta longitud de onda y tiene una longitud de onda de 4,8 * 10-21 m. La frecuencia correspondiente de una onda electromagnética de longitud de onda tan corta es 6,25 * 65, 438+00 28 Hz. Se trata sin duda de un haz de rayos gamma extremadamente potente.
Este descubrimiento creativo es de gran importancia y puede usarse en muchos campos en el futuro, como mejores imágenes médicas y radioterapia, y también puede usarse ampliamente en experimentos industriales y científicos. Debido a que su duración es de sólo 65.438+ millonésimas de segundo, es lo suficientemente rápido como para capturar la reacción de los núcleos atómicos a la excitación, lo que puede promover aún más la investigación en profundidad sobre los núcleos atómicos.
Por lo tanto, los humanos conocen y dominan desde hace mucho tiempo los principios de los rayos gamma, y desde hace mucho tiempo han comenzado a utilizar esta ley natural para beneficiar a la humanidad. ¿No sé si mi respuesta resolvió el problema de este amigo? Gracias por leer y bienvenido a discutir.
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