Tìm hiểu về phóng xạ gamma

Câu hỏi: Tìm hiểu về phóng xạ gamma

Trả Lời:

    Bản chất hạt gamma là photon năng lượng cao.Tia gamma là photon có năng lượng cao, sinh ra do hạt nhân chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái có năng lượng thấp hơn.Tia gamma không mang điện nên không bị lệch hướng trong điện từ trường. Tia gamma là bức xạ điện từ có bước sóng ngắn hơn bước sóng tia X (nhỏ hơn 10-12m).
Như vậy, khi phóng xạ gamma thì không sinh ra hạt nhân mới mà chỉ thay đổi trạng thái của cùng một hạt nhân.
Phân rã gamma(γ). 

    Phóng xạ gamma thực chất là bức xạ ra sóng điện từ có bước sóng cực ngắn, ứng với photon có năng lượng vào bậc MeV, tương ứng với sự khác nhau của các mức năng lượng của hạt nhân
Cơ chế phóng xạ gamma được giải thích như sau: khi hạt nhân ở trạng thái kích thích chuyển về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn, nó sẽ giải phóng năng lượng kích thích bằng cách phát ra tia gamma. Vì photon là hạt không có khối lượng tĩnh và cũng không mang điện nên qui tắc dịch chuyển của phóng xạ gamma(γ)

    Tia phóng xạ gamma: Là dòng các hạt photon, không mang điện tích, có bản chất gần giống ánh sáng nhưng bước sóng nhỏ hơn, chuyển động với tốc độ ánh sáng.

1. Tia Gamma là gì?

    Tia gamma (kí hiệu là γ) là một loại bức xạ điện từ hay quang tử có tần số cực cao. Tia gamma có bước sóng thấp nhất (E-14m ÷ E-12m) và tần số cao nhất (E20 - E24 Hz) trong số các sóng điện từ vì vậy nó mang nhiều năng lượng hơn so với sóng radio, vi sóng, ánh sáng, tia hồng ngoại, tia cực tím và tia X.

Khám phá tia gamma

    Tia gamma lần đầu tiên được quan sát vào năm 1900 bởi nhà hóa học người Pháp Paul Villard khi ông đang nghiên cứu bức xạ phát ra từ radium, theo tư liệu NASA. Vài năm sau đó, nhà hóa học và vật lí học gốc New Zealand, Ernest Rutherford, đề xuất tên gọi “tia gamma”, theo thứ tự tia alpha và tia beta – tên gọi chỉ những hạt khác đã được quan sát thấy từ bức xạ hạt nhân – và tên gọi tia gamma có từ đó.

Ảnh chụp toàn bầu trời, xây dựng từ hai năm quan sát của Kính thiên văn vũ trụ tia gamma Fermi của NASA, cho thấy bầu trời trông như thế nào trong ánh sáng tia gamma.

2. Vụ nổ tia gamma là gì?

Vụ nổ tia gamma (Gamma Ray Bursts - GRB) trong vũ trụ là những tia gamma với siêu năng lượng cực lớn xuất hiện trong một khoảng thời gian rất ngắn. Cũng giống như tên gọi của nó, vụ nổ tia gamma là một vụ nổ năng lượng cao xảy ra trong không gian, thường được viết tắt là GRB, một trong những vụ nổ mạnh và dữ dội nhất trong vũ trụ và ánh sáng rực rỡ của tia gamma tràn ngập bầu trời ít nhất 1 lần/ngày.

Hình ảnh minh họa cho một vụ nổ tia gamma. GRB phóng ra một lượng năng lượng lớn trong thời gian ngắn, làm cho chúng trở thành những sự kiện mạnh mẽ nhất trong vũ trụ. Nguồn ảnh: ESO / A Roquette / Wikimedia Commons

Vụ nổ tia gamma hay GRB có thể kéo dài ít nhất là một phần nghìn giây cho tới vài phút. Vị trí và thời gian xuất hiện của GRB không bao giờ có thể dự đoán được. Điều đáng chú ý nhất về vụ nổ tia gamma là tràn đầy năng lượng mạnh mẽ và dữ dội, thậm chí đến nỗi những vụ nổ siêu tân tinh vẫn còn yếu khi so sánh với nó. Để có được một số ý tưởng về lượng năng lượng chúng ta đang nói đến ở đây, hãy xem xét: lượng năng lượng mà một vụ nổ tia gamma tạo ra trong 10 giây nhiều hơn so với năng lượng Mặt trời sẽ phát ra trong toàn bộ tuổi đời của nó!

Vụ nổ tia gamma là các "khẩu súng bắn tỉa vũ trụ" với sức mạnh khủng khiếp và là thứ vũ khí chết chóc nhất trong không gian vũ trụ. Các luồng năng lượng của vụ nổ tia gamma thực ra không tồn tại quá lâu, chúng chỉ xuất hiện trong khoảng vài phút. Nhưng trong khoảng thời gian đó, năng lượng được giải phóng tương đương với tổng năng lượng của một trăm nghìn tỷ vũ khí hạt nhân phát ra trong một giây và lặp lại liên tục như vậy trong một trăm tỷ năm.

Vụ nổ tia gamma là các chùm ánh sáng năng lượng cao rất tập trung, chứa đủ sức mạnh để khiến các hành tinh lân cận bốc hơi. Có lẽ chúng là một dạng của siêu sao mới, nhưng giống "siêu siêu sao mới" hơn. Điều đó có nghĩa là thay vì thổi bùng một ngôi sao và để tàn dư của nó bắn ra mọi hướng, thì bằng cách nào đó, nó thổi bùng ra chỉ theo một hướng, hội tụ tất cả vật chất và bắn ra như một chùm tia từ các vụ nổ.

Điểm mấu chốt ở đây chúng ta không nói đến thứ bùng nổ như một khối cầu và phân tán năng lượng theo mọi hướng. Một vụ nổ tia gamma được bắn theo chùm tia và do đó nó mang toàn bộ năng lượng nhưng chỉ theo một hướng về phía chúng ta mà thôi. Đó là lý do vì sao vụ nổ tia gamma quá dữ dội.

3. Nguồn bức xạ tự nhiên Gamma

Có rất nhiều nguồn tự nhiên của bức xạ gamma. Bao gồm các:

Gamma phân rã : Đây là phiên bản của bức xạ gamma phát ra từ đồng vị phóng xạ tự nhiên. Thông thường, phân rã gamma sau alpha hoặc beta sâu nơi hạt nhân con gái là vui mừng và rơi xuống một mức năng lượng thấp hơn với sự phát xạ của một photon bức xạ gamma. Tuy nhiên, phân rã gamma cũng là kết quả của phản ứng tổng hợp hạt nhân, phân hạch hạt nhân , và chụp neutron.

Phản vật chất hủy diệt : Các một electron và một positron hủy lẫn nhau, vô cùng năng lượng cao tia gamma được phát hành. Nguồn hạ nguyên tử khác của bức xạ gamma ngoài phân rã gamma và phản vật chất bao gồm bức xạ hãm, bức xạ synchrotron, phân rã pion trung lập, và tán xạ Compton .

Sét : Các electron gia tốc của sét tạo ra những gì được gọi là tia gamma đèn flash trên cạn.

Bão mặt trời : Một ngọn lửa năng lượng mặt trời có thể tiết lộ bức xạ trên phổ điện từ, trong đó có bức xạ gamma.

Các tia vũ trụ : Sự tương tác giữa các tia vũ trụ và vật chất tia gamma phát hành từ bức xạ hãm hoặc cặp sản xuất.

Gamma tia nổ : vụ nổ dữ dội của bức xạ gamma có thể được tạo ra khi sao neutron va chạm hoặc khi một ngôi sao neutron tương tác với một lỗ đen.

Nguồn thiên văn khác : Vật lý thiên văn cũng nghiên cứu bức xạ gamma từ pulsar, sao từ, các quasar và các thiên hà.

4. Tác hại của phóng xạ đến sức khỏe con người

Khi con người bị tác động bởi các bức xạ ion ở mức thấp thì việc gây tác hại không thể nhận biết ngay được, nên phải sau một thời gian chứng bệnh mới biểu hiện. Tuy nhiên nếu chiếu lên cơ thể một liều lượng quá lớn so với giới hạn tối đa cho phép thì chỉ sau 7 đến 10 ngày, bệnh trạng đã xuất hiện rõ. Nguy hiểm nhất đối với những người thường xuyên tiếp xúc với các bức xạ ion là dẫn đến ung thư.

Da, tóc: Rụng tóc, ung thư da.

Mắt: Đục thủy tinh thể.

Tuyến giáp: Cường giáp, ung thư tuyến giáp.

Phổi: Ung thư phổi.

Huyết học và miễn dịch: Số lượng tế bào lympho của máu sẽ giảm đi, dễ bị nhiễm trùng hơn.

Tiêu hóa: Buồn nôn, ói mửa, tiêu chảy.

Thần kinh: Bức xạ giết chết các tế bào thần kinh và mạch máu nhỏ, có thể gây co giật và chết ngay lập tức.

Tim mạch: Làm hủy hoại trực tiếp đến các mạch máu nhỏ, có thể gây suy tim và tử vong.

Sinh dục: Suy thoái tiền liệt tuyến, tinh hoàn, buồng trứng, ung thư vú.

Tủy xương: Ảnh hưởng trực tiếp tới tủy xương nơi sản xuất ra các tế bào máu dẫn tới nguy cơ mắc các bệnh như máu trắng, ung thư máu.