How big is Długość fali promieniowania gamma?

Promienie gamma to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, czyli rodziny fal, do której należą światło widzialne i fale radiowe. Mają najkrótsze fale i największą energię spośród wszystkich części tej rodziny. Pokazana tu długość fali to 1 pikometr, czyli mniej więcej długość fali promieni gamma wysyłanych przez promieniotwórczy kobalt-60. Pikometr to bilionowa część metra, czyli tysięczna część nanometra.

Długość fali

Długość fali to odległość od jednego grzbietu fali do następnego. NASA zalicza do promieni gamma każdą falę elektromagnetyczną krótszą niż około 10 pikometrów. Wartość w eksploratorze, 1 pikometr, to jedna dziesiąta tej granicy. Im krótsza fala, tym więcej energii niesie, więc astronomowie badający promienie gamma zwykle opisują je energią, a nie długością fali.

Promienie gamma częściowo pokrywają się z promieniami rentgenowskimi, a rozróżnia się je na różne sposoby. Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska rozróżnia je według pochodzenia: promienie gamma powstają wewnątrz jądra atomu, a promienie rentgenowskie pochodzą spoza jądra. Astronomowie rozróżniają je wyłącznie według energii.

Niemal za każdym razem, gdy atom kobaltu-60 się rozpada, emituje dwa promienie gamma o długościach fali około 1,06 i 0,93 pikometra. Wartość 1 pikometra z eksploratora leży między nimi.

Porównania rozmiarów

Atom wodoru, który ma około 0,1 nanometra średnicy, ma szerokość równą mniej więcej 100 takim długościom fali. Angstrem, jednostka długości równa 100 pikometrom, to dokładnie 100 takich długości.
Długości fal promieniowania rentgenowskiego wynoszą od około 10 pikometrów do 10 nanometrów, czyli są od 10 do 10 000 razy dłuższe niż pokazana tu fala gamma.
Światło widzialne ma długości fali od 400 do 700 nanometrów, od fioletu do czerwieni. Takie fale są od 400 000 do 700 000 razy dłuższe.
Około 80–100 milionów takich fal, ułożonych jedna za drugą, miałoby długość równą szerokości ludzkiego włosa.
Gdyby tę długość fali rozciągnąć do 1 milimetra, atom wodoru miałby około 11 centymetrów średnicy, a ludzki włos 80–100 kilometrów szerokości.

Skąd biorą się promienie gamma

W kosmosie promienie gamma pochodzą z najgorętszych i najbardziej energetycznych obiektów: gwiazd neutronowych, wybuchających gwiazd zwanych supernowymi i obszarów wokół czarnych dziur. Najpotężniejsze błyski, zwane rozbłyskami gamma, mogą uwolnić w ciągu 10 sekund więcej energii, niż Słońce wypromieniuje w całym swoim życiu trwającym około 10 miliardów lat.

Na Ziemi promienie gamma pochodzą z piorunów, wybuchów jądrowych i rozpadu promieniotwórczego. Kobalt-60 na przykład powstaje, gdy stal wewnątrz reaktora jądrowego zostaje bombardowana neutronami, a połowa każdej jego próbki rozpada się co 5,27 roku. Szpitale wykorzystują jego promienie gamma w radioterapii.

Jak zatrzymuje się i wykrywa promienie gamma

Promienie gamma mogą przenikać przez ciało człowieka na wylot, uszkadzając po drodze tkanki i DNA. Zatrzymanie ich może wymagać kilku cali gęstego metalu, takiego jak ołów, albo kilku stóp betonu. Ich fale są tak krótkie, że mogą przechodzić przez pustą przestrzeń wewnątrz atomów detektora.

Inaczej niż światło i promienie rentgenowskie, promieni gamma nie można zatrzymać i odbić za pomocą luster. Zamiast tego detektory promieni gamma zawierają bloki gęsto upakowanego kryształu. Promień gamma przechodzący przez kryształ zderza się z elektronami, a te zderzenia wytwarzają sygnał, który detektor może zarejestrować. Atmosfera Ziemi pochłania promienie gamma z kosmosu, więc teleskopy promieni gamma, takie jak Fermi należący do NASA, pracują na orbicie.