Sinar gamma adalah bentuk radiasi elektromagnetik, seperti gelombang radio, radiasi inframerah, radiasi ultraviolet, sinar-X dan gelombang mikro. Sinar gamma dapat digunakan untuk mengobati kanker, dan semburan sinar gamma dipelajari oleh para astronom.
Radiasi elektromagnetik (EM) ditransmisikan dalam gelombang atau partikel pada panjang gelombang dan frekuensi yang berbeda. Rentang panjang gelombang yang luas ini dikenal sebagai spektrum elektromagnetik. Spektrum secara umum dibagi menjadi tujuh wilayah dalam urutan penurunan panjang gelombang dan peningkatan energi dan frekuensi. Sebutan umum adalah gelombang radio, gelombang mikro, inframerah (IR), cahaya tampak, ultraviolet (UV), sinar-X dan sinar gamma.
Sinar gamma termasuk dalam rentang spektrum EM di atas sinar-X lunak. Sinar gamma memiliki frekuensi lebih besar dari sekitar 1.018 siklus per detik, atau hertz (Hz), dan panjang gelombang kurang dari 100 pikometer (pm), atau 4 x 10 ^ 9 inci. (Sebuah pikometer adalah sepersejuta meter.)
Sinar gamma dan sinar-X keras tumpang tindih dalam spektrum EM, yang dapat mempersulit mereka untuk membedakannya. Di beberapa bidang, seperti astrofisika, garis arbitrer ditarik dalam spektrum di mana sinar di atas panjang gelombang tertentu diklasifikasikan sebagai sinar-X dan sinar dengan panjang gelombang lebih pendek diklasifikasikan sebagai sinar gamma. Baik sinar gamma dan sinar-X memiliki energi yang cukup untuk menyebabkan kerusakan pada jaringan hidup, tetapi hampir semua sinar gamma kosmik terhalang oleh atmosfer bumi.
Penemuan sinar gamma
Sinar gamma pertama kali diamati pada tahun 1900 oleh ahli kimia Prancis Paul Villard ketika ia sedang menyelidiki radiasi dari radium, menurut Badan Perlindungan Radiasi dan Keselamatan Nuklir Australia (ARPANSA). Beberapa tahun kemudian, ahli kimia dan fisikawan kelahiran Selandia Baru Ernest Rutherford mengusulkan nama "sinar gamma," mengikuti urutan sinar alpha dan sinar beta - nama yang diberikan kepada partikel lain yang dibuat selama reaksi nuklir - dan nama itu macet. .
Sumber dan efek sinar gamma
Sinar gamma dihasilkan terutama oleh empat reaksi nuklir yang berbeda: fusi, fisi, peluruhan alfa dan peluruhan gamma.
Fusi nuklir adalah reaksi yang memberi kekuatan pada matahari dan bintang. Ini terjadi dalam proses multistep di mana empat proton, atau inti hidrogen, dipaksa di bawah suhu dan tekanan yang ekstrem untuk melebur menjadi inti helium, yang terdiri dari dua proton dan dua neutron. Inti helium yang dihasilkan sekitar 0,7 persen lebih kecil dari empat proton yang masuk ke dalam reaksi. Perbedaan massa itu diubah menjadi energi, menurut persamaan Einstein yang terkenal E = mc ^ 2, dengan sekitar dua pertiga dari energi itu dipancarkan sebagai sinar gamma. (Selebihnya dalam bentuk neutrino, yang sangat lemah berinteraksi partikel dengan hampir nol massa.) Pada tahap akhir masa hidup bintang, ketika kehabisan bahan bakar hidrogen, ia dapat membentuk elemen yang semakin besar melalui fusi, naik ke dan termasuk zat besi, tetapi reaksi ini menghasilkan penurunan jumlah energi pada setiap tahap.
Sumber lain sinar gamma yang dikenal adalah fisi nuklir. Lawrence Berkeley National Laboratory mendefinisikan fisi nuklir sebagai pemisahan inti berat menjadi dua bagian yang kira-kira sama, yang kemudian merupakan inti elemen yang lebih ringan. Dalam proses ini, yang melibatkan tabrakan dengan partikel lain, nukleus berat, seperti uranium dan plutonium, dipecah menjadi elemen yang lebih kecil, seperti xenon dan strontium. Partikel yang dihasilkan dari tabrakan ini kemudian dapat mempengaruhi inti berat lainnya, membentuk reaksi berantai nuklir. Energi dilepaskan karena massa gabungan dari partikel yang dihasilkan kurang dari massa inti berat asli. Perbedaan massa itu dikonversi menjadi energi, menurut E = mc ^ 2, dalam bentuk energi kinetik dari inti yang lebih kecil, neutrino dan sinar gamma.
Sumber lain sinar gamma adalah peluruhan alfa dan peluruhan gamma. Peluruhan alfa terjadi ketika nukleus yang berat mengeluarkan nukleus helium-4, mengurangi jumlah atomnya menjadi 2 dan berat atomnya sebesar 4. Proses ini dapat meninggalkan nukleus dengan energi berlebih, yang dipancarkan dalam bentuk sinar gamma. Peluruhan gamma terjadi ketika ada terlalu banyak energi dalam inti atom, menyebabkannya memancarkan sinar gamma tanpa mengubah muatan atau komposisi massa.
Terapi sinar gamma
Sinar gamma kadang-kadang digunakan untuk mengobati tumor kanker dalam tubuh dengan merusak DNA sel tumor. Namun, harus sangat hati-hati, karena sinar gamma juga dapat merusak DNA sel jaringan sehat di sekitarnya.
Salah satu cara untuk memaksimalkan dosis sel-sel kanker sambil meminimalkan paparan jaringan sehat adalah dengan mengarahkan beberapa sinar gamma dari akselerator linier, atau linac, ke wilayah target dari berbagai arah. Ini adalah prinsip pengoperasian terapi CyberKnife dan Gamma Knife.
Radiosurgery Gamma Knife menggunakan peralatan khusus untuk memfokuskan hampir 200 sinar radiasi kecil pada tumor atau target lain di otak. Setiap sinar individu memiliki efek yang sangat kecil pada jaringan otak yang dilaluinya, tetapi dosis radiasi yang kuat disampaikan pada titik di mana balok bertemu, menurut Mayo Clinic.
Astronomi sinar gamma
Salah satu sumber sinar gamma yang lebih menarik adalah semburan sinar gamma (GRB). Ini adalah peristiwa berenergi sangat tinggi yang berlangsung dari beberapa milidetik hingga beberapa menit. Mereka pertama kali diamati pada 1960-an, dan mereka sekarang diamati di suatu tempat di langit sekitar sekali sehari.
Semburan sinar gamma adalah "bentuk cahaya paling energik," menurut NASA. Mereka bersinar ratusan kali lebih terang daripada supernova khas dan sekitar satu juta triliun kali lebih terang dari matahari.
Menurut Robert Patterson, seorang profesor astronomi di Missouri State University, GRBs pernah dianggap berasal dari tahap terakhir penguapan lubang hitam mini. Mereka sekarang diyakini berasal dari tabrakan benda padat seperti bintang neutron. Teori-teori lain menghubungkan peristiwa-peristiwa ini dengan runtuhnya bintang-bintang supermasif untuk membentuk lubang hitam.
Dalam kedua kasus tersebut, GRB dapat menghasilkan energi yang cukup, untuk beberapa detik, mereka dapat mengungguli seluruh galaksi. Karena atmosfer Bumi memblokir sebagian besar sinar gamma, mereka hanya terlihat dengan balon ketinggian tinggi dan teleskop yang mengorbit.
Bacaan lebih lanjut:
