Žiarenie gama

Žiarenie gama  je vysoko energetické elektromagnetické žiarenie vznikajúce pri rádioaktívnych a iných jadrových dejoch. Teoreticky správny názov je aj gama vlnenie/vlny, ale toto označenie sa reálne používa na označenie mozgových vĺn gama.
Žiarenie gama je často definované ako žiarenie s energiou fotónov nad 10 keV, čo zodpovedá frekvenciám nad 2,42 EHz, resp. vlnovej dĺžke kratšej ako 124 pm, Do tohto spektra patrí aj röntgenové žiarenie. Fyzikálny rozdiel medzi gama žiarením a röntgenovým žiarením nejestvuje, žiarenia sa líšia len svojim zdrojom.
Žiarenie gama je druh ionizujúceho žiarenia. Do materiálov preniká lepšie ako žiarenie alfa alebo beta (korpuskulárne žiarenia).

Fyziologické účinky

Aj keď je žiarenie gama menej ionizujúce ako α i β, je pre živé organizmy vrátane človeka nebezpečné. Spôsobuje podobné poškodenia ako röntgenové žiarenie: popáleniny, rakovinu, mutácie. Preto je nutné sa pred účinkami gama žiarenia chrániť. Žiarenie gama by pri prípadnom nukleárnom konflikte spôsobilo najviac úmrtí.
Poškodzuje orgány živých organizmov pri zvýšených dávkach. Dávky sa merajú v Grayoch (1 Gy = J/kg). Ožiarenie živočícha alebo osoby nad 1 Gy spôsobuje akútny radiačný syndróm alebo akútnu chorobu z ožiarenia. Prejavuje sa poškodením tkanív a buniek v tele, ktoré sa intenzívne delia. To je zárodočné a krvotvorné tkanivo a potom epitelová výstelka tenkého čreva a epidermis. 
Z toho vyplýva, že vysoké dávky žiarenia poškodia embryo alebo fétus v matkinom tele, prudko znížia hladiny erytrocytov, leukocytov a trombocytov v krvi (= tzv. krvná forma radiačného syndrómu). Črevná forma sa prejavuje nauzeou, zvracaním a malabsorpsiou, eventuálne poškodený epitel predstavuje výborné miesto na osídlenie mikroorganizmami. Na koži sa vyskytuje erytém, epilácia (strata vlasov) a dermatitída.

Interakcia s hmotou

Žiarenie gama reaguje s materiálmi troma hlavnými spôsobmi. Fotoelektrickým javom, Comptonovým javom a vznikom elektrón-pozitrónového páru. Z nich prvé dva spôsobujú ionizáciu atómov s ktorými sa kvantá dostanú do interakcie.
Fotoelektrický jav vzniká, keď fotón γ interaguje s elektrónom na orbite atómu a odovzdá mu všetku energiu, čo elektrónu umožní opustiť atóm. Kinetická energia uvoľneného elektrónu sa rovná energii fotónu γ znížené o väzobnú energiu elektrónu ktorou bol pôvodne viazaný v atóme. Fotoelektrický jav je dominantný mechanizmus výmeny energie pre rontgenové žiarenie a gama žiarenie s energiou pod 50 keV, u energetickejších prevažujú iné formy výmeny.
Comptonov jav nazývaný tiež Comptonov rozptyl či Compton-Debyeov jav je interakcia fotónu s voľným, alebo slabo viazaným orbitálnym elektrónom, pri ktorom časť energie fotónu umožní únik elektrónu z atómu a zvyšok energie je vyžiarený v podobe menej energetického fotónu. Tento jav je dominantný pre fotóny γ o energiách 100 keV až 10 MeV; pri jadrovom výbuchu je v tomto rozsahu energií vyžiarená väčšina fotónov žiarenia gama. Comptonov jav je relatívne nezávislý od atómového čísla interagujúceho materiálu.
Vznik elektron-pozitronového páru nastáva pri prelete fotónu v dosahu coulombovskej sily jadra. Energia fotónu je využitá na vznik páru elektrón-pozitrón. Na vznik týchto častíc je potrebné 1,02 MeV, (čo je energetický ekvivalent dvoch pokojových hmotností elektrónu), zvyšná energia sa zmení na kinetickú energiu vznikajúceho páru a jadra. Pozitrón má veľmi krátky čas rozpadu. Počas asi 10⁻⁸ s anihiluje s voľným elektrónom pri vyžiarení dvoch gama fotónov s energiou po 511 keV.

Tienenie gama žiarenia

Na pohltenie žiarenia γ je potrebné veľkú masu materiálu. najvhodnejšie sú materiály s vysokým atómovým číslom a vysokou hustotou. Čím energetickejšie je žiarenie, tým hrubší materiál na tienenie je potrebný. Schopnosť materiálu pohlcovať žiarenie spravidla vyjadrujeme polohrúbkou materiálu, t. j. hrúbkou cez ktorú prejdené žiarenie gama zníži svoju intenzitu na polovicu. Napríklad žiarenie γ, s intenzitou 1 cm olova zredukuje na 50 %, bude mať polovičnú intenzitu tiež po prechode cez 6 cm betónu.

Použitie

Vysokoenergetická povaha žiarenia gama z neho vytvára účinný prostriedok na hubenie baktérii a plesní, čo sa využíva pri sterilizácii lekárskych nástrojov, alebo pri ošetrovaní potravín. S výhodou sa používa tiež na červotočom napadnuté staré drevené umelecké diela, ktoré by chemikálie mohli poškodiť.
Aj keď žiarenie gama samo osebe spôsobuje rakovinu, používa sa aj pri jej liečení. Prístroj gama nôž využíva niekoľko nízkoenergetických lúčov z rôznych smerov, ktoré sa pretnú v mieste nádoru a tým vytvoria vysokoenergetický bod, ktorý dokáže zničiť napadnutú bunku. Nízkoenergetický lúč samotný pritom bunky nezničí.
Využíva sa tiež v nukleárnej medicíne pre diagnostické účely. Ako zdroj žiarenia sa používajú rádioizotopy napr. technécium-99m.