Гамма-излучение: понятие, источники, применение и способы защиты

Какие бывают ритмы

Генерируемые мозгом ритмы различаются на пять видов в зависимости от амплитуды и частоты колебаний:

• Альфа-ритм регистрируется у 95% здоровых пациентов в момент расслабления, когда те закрывают глаза. Лучше всего выражены в затылочных отделах. Частота α-волн 8-12 Гц. При зрительных раздражителях отмечается дефицит этого излучения. В то же время у людей с врожденной слепотой или атрофией зрительного нерва α-ритм отсутствует.
• Бета-ритмы — наиболее быстрые колебания мозга диапазоном от 12-40 Гц. Они связаны с процессами обучения и концентрации внимания. Поэтому формируются у ребенка в период развития логического мышления. В норме этот процесс заканчивается к пяти годам. В состоянии бодрствования бета-волны генерируются естественным образом. При стрессе их уровень повышается, а вот дефицит наоборот связан с синдромом рассеянного внимания, депрессиями и эмоциональными расстройствами. Без β-активности невозможна никакая осмысленная деятельность человека.
• Гамма-ритм хорошо прослеживается в момент решения сложных задач. Это самые высокочастотные ритмы, генерируемые в момент активного мыслительного процесса. Полностью исчезает в фазе глубокого сна.
• Дельта-ритм характерен для восстановительного периода и естественного сна. Это самые медленные волны. Они формируются еще во внутриутробном периоде. Асинхронные дельта-волны появляются во время комы или наркотического опьянения.
• Тета-активность проявляется у плода уже на 2-3 месяце и преобладает у детей до трех лет. Она представляют собой паттерны электрической активности в диапазоне 4-8 Гц. В норме тета-волны взрослого человека проявляются в сумеречном состоянии, во время перехода от сна к бодрствованию. Значительное количество их может отмечаться в спутанном состоянии, при психических расстройствах. Большое количество θ-ритм может сигнализировать о состоянии хронического стресса.

Что такое гамма-излучение

Попробуем, избегая специфической терминологии, разобраться, что такое гамма ионизирующее излучение. Любое вещество состоит из атомов, которые в свою очередь включают в себя ядро и электроны. Атом, а тем более его ядро отличаются высокой устойчивостью, поэтому для их расщепления нужны особые условия.

Если эти условия каким-то образом возникают или получены искусственно, происходит процесс ядерного распада, который сопровождается выделением большого количества энергии и элементарных частиц.

В зависимости от того, что именно выделяется в этом процессе, излучения делятся на несколько видов. Альфа, бета и нейтронное излучение отличаются выделением элементарных частиц, а рентгеновские и гамма активный луч — это поток энергии.

Хотя, на самом деле, любое излучение, в том числе и излучение в гамма-диапазоне, подобно потоку частиц. В случае этого излучения частицами потока являются фотоны или кварки.

Так как длина волны гамма лучей очень мала, то можно утверждать, что энергия гамма излучения чрезвычайно велика.

Осложнения

Осложнения

при Г.-т., так же как и при других видах лучевой терапии (см. Лучевые повреждения), возникают при понижении толерантности нормальных тканей и органов, вызванном сопутствующими заболеваниями (гипертоническая болезнь, гипотензия, диабет, аллергии различной этиологии, сердечно-сосудистая недостаточность, авитаминоз, белковое голодание, ожирение). Причиной осложнений могут быть также ошибки при составлении плана терапии и отсутствие учета радиочувствительности соседних органов; в редких случаях — высокая индивидуальная радиочувствительность.

Характер осложнений определяется и методом Г.-т. При дистанционной Г.-т. осложнения чаще проявляются развитием склероза и атрофии облученных тканей и органов (фиброз подкожной клетчатки, пневмосклероз и др.); наиболее серьезные осложнения внутриполостной Г.-т.— перфорация органа, лучевые язвы, свищи; при внутритканевой Г.-т. (в случае расположения радиоактивных препаратов близко к хрящевой или костной ткани) — лучевые перихондриты, остеомиелит и лучевые язвы (в мягких тканях).

Как защититься от гамма-излучения

В первую очередь страдает система кроветворения, которая берет первый удар на себя

Защита от гамма-излучения может быть лишь частичной. Если допустить подобную катастрофу, то ближайшие 300 лет пораженная территория будет полностью отравлена, вплоть до нескольких десятков метров слоя почвы. Полной защиты не существует, однако можно воспользоваться подвалами жилых домов, подземными окопами и прочими убежищами, хотя следует помнить, что этот вид защиты действует лишь частично.

Таким образом, способы защиты от гамма-излучения заключаются главным образом в измерении гамма-фона специальным оборудованием и непосещение мест с повышенным уровнем радиации – например, Чернобыля или окрестностей Фукусимы.

Гамма-излучение

Гамма-излучение — электромагнитные лучи на высокой частоте и энергии. Обычно показатели превышают 10 эксагерц (1019 Гц), по энергии – 100кэВ, а длине волны – 10 пикометров (меньше диаметра атома). Гамма-лучи в радиоактивном распаде входят в эту категорию, не зависимо от энергии, поэтому нижнего предела не существует.

Излучение гамма-лучей (γ) из атомного ядра

Речь идет об ионизирующих лучах, поэтому они несут биологическую угрозу. Создаются распадом высокоэнергетических атомных ядер (гамма-распад) и прочими процессами. Гамма-лучи в 1900 году нашел Пол Вильяр, изучавший распад радия. В 1903 году Эрнест Резерфорд дал им наименование «гамма».

Интерпретация измерений

Пик обратного рассеяния

В реальной установке детектора некоторые фотоны могут и будут подвергаться одному или потенциально нескольким процессам комптоновского рассеяния (например, в материале корпуса радиоактивного источника, в экранирующем материале или в других материалах, окружающих эксперимент) перед попаданием в материал детектора. Это приводит к структуре пика, которую можно увидеть на приведенном выше энергетическом спектре137CS(Рисунок 1, первый пик слева от комптоновского края), так называемый пик обратного рассеяния. Подробная форма структуры пика обратного рассеяния зависит от многих факторов, таких как геометрия эксперимента (геометрия источника, относительное положение источника, экранирование и детектор) или тип окружающего материала (что приводит к различным соотношениям поперечных сечений). фото- и комптоновского эффекта).

Однако основной принцип заключается в следующем:

• Источники гамма-излучения изотропно излучают фотоны
• Некоторые фотоны будут подвергаться процессу комптоновского рассеяния, например, в экранирующем материале или корпусе источника с углом рассеяния, близким к 180 °, и некоторые из этих фотонов впоследствии будут обнаружены детектором.
• В результате получается пиковая структура с примерно энергией падающего фотона за вычетом энергии комптоновского края.

Пики одиночного и двойного побега

При энергии падающего фотона E, превышающей массу покоя электрона более чем в два раза (1,022 МэВ), может произойти образование пар . Образовавшийся позитрон аннигилирует с одним из окружающих электронов, обычно образуя два фотона с энергией 511 кэВ. В реальном детекторе (т.е. детекторе конечного размера) возможно, что после аннигиляции:

• Оба фотона передают свою энергию в детектор.
• Один из двух фотонов покидает детектор, и только один из фотонов отдает свою энергию в детекторе, что приводит к пику с E- 511 кэВ, пику одиночного ухода.
• Оба фотона покидают детектор, образуя пик с E — 2 × 511 кэВ, двойной пик выхода.

Вышеупомянутый спектр источника Am-Be показывает пример одиночного и двойного пика выхода в реальном измерении.

Ионизирующее излучение

Всё это- не фрагмент бреда сумасшедшего, взятый из истории его болезни и не краткий синопсис очередного голливудского боевика. Это окружающая нас реальность, которая называется радиоактивное или ионизирующее излучение, если коротко — радиация.

Явление радиоактивности в общих чертах было сформулировано французским физиком А. Беккерелем в 1896 году. Конкретизировал это явление и более подробно описал Э. Резерфорд в 1899 году. Именно он смог установить, что радиоактивное излучение неоднородно по своей природе и состоит, как минимум, из трёх видов лучей. Эти лучи по-разному отклонялись в магнитном поле и поэтому получили разное название. Проникающая способность альфа, бета и гамма-излучения различна.

Альфа-лучи

В магнитном поле они отклоняются так же, как и и положительно заряженные частицы. В дальнейшем было выяснено что это тяжёлые, положительно заряженные ядра атомов гелия. Возникают при распаде более сложных атомных ядер, например, урана, радия или тория. Обладают большой массой и относительно низкой скоростью излучения. Это обуславливает их невысокую проникающую способность. Они не могут проникнуть даже сквозь лист бумаги.

Но при этом альфа-частицы обладают очень большой ионизирующей энергией, что является причиной их способности наносить очень серьёзные повреждения на клеточном уровне. Из всех видов лучей именно альфа характеризуются самыми тяжёлыми последствиями в случае их воздействия на организм.

Это разрушающее влияние случается только в случае непосредственного контакта с предметами, излучающими альфа-лучи. На практике это происходит в результате попадания радиоактивных элементов внутрь организма через желудочно-кишечный тракт при приёме пищи или воды, а также при вдыхании воздуха, насыщенного радиоактивной пылью. Кроме того альфа-частицы могут легко проникнуть в организм через повреждения кожных покровов. Разносясь с током крови по всему организму, они обладают способностью накапливаться, оказывая сильнейшее разрушающее воздействие в течение многих лет.

Необходимо иметь в виду, что попадающие в организм радиоактивные вещества, не выводятся из него самостоятельно. Человеческий организм практически никак не защищён от подобного рода проникновений. Он не может нейтрализовать, переработать, усвоить или вывести самостоятельно радиоактивный изотоп, попавший внутрь.

Бета-лучи

Отклоняются в ту же сторону что и отрицательно заряженные частицы. Источником бета-излучения являются внутриядерные процессы, связанные с превращением протона в нейтрон и наоборот- нейтрона в протон. При этом происходит излучение электрона или позитрона. Скорость распространения довольно высокая и приближается к скорости света. Бета-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, чем альфа-излучение, но ионизирующее воздействие выражено гораздо слабее.

Бета-излучение легко проникает сквозь одежду, но тонкий лист металла или средней толщины деревянный брусок полностью останавливают его. В отличие от альфа-излучения, бета-лучи способны наносить дистанционное поражение на расстоянии нескольких десятков метров от источника радиации.

Гамма- лучи

Эти лучи оказались нейтрально заряженными и никак не отклонялись в магнитном поле. Гамма-излучение представляет собою электромагнитную энергию, излучаемую в виде фотонов. Эта энергия освобождается в момент изменения энергетического состояния ядра атома.

Данный вид излучения характеризуется высокой скоростью, равной скорости света и крайне высокой проникающей способностью. Чтобы остановить гамма-излучение необходимы толстые бетонные стены. Парадокс состоит в том, что данный вид лучей менее всего способен оказывать разрушающее действие на организм. Их ионизирующее воздействие в сотни раз слабее бета-излучения и в десятки тысяч раз слабее альфа-излучения. Но способность преодолевать значительные расстояния и высокие проникающие свойства делают эти лучи потенциально наиболее опасными для человека. Поэтому остановимся на этом виде излучения более подробно.

Свойства гамма-излучения:

– гамма-лучи, в отличие от α-лучей и β-лучей, не содержат заряженных частиц и поэтому не отклоняются электрическими и магнитными полями;

– гамма-лучи характеризуются большей проникающей способностью (по сравнению с α- и β- лучами) при равных энергиях и прочих равных условиях;

– гамма-излучение при прохождении через вещество вызывает ионизацию атомов вещества;

– гамма-излучение при прохождении через вещество вызывает различные физические эффекты: фотоэффект, комптон-эффект, эффект образования пар, ядерный фотоэффект;

– гамма-излучение, воздействуя на живой организм, вызывает хроническую и острую лучевую болезнь, а также смерть.

Фотоэффект или фотоэлектрический эффект – явление взаимодействия света или любого другого электромагнитного излучения (например, гамма-излучения) с веществом, при котором энергия фотонов передаётся электронам вещества (энергия фотона  поглощается электроном оболочки атома). В конденсированных (твёрдых и жидких) веществах выделяют внешний (поглощение фотонов сопровождается вылетом электронов за пределы тела) и внутренний (электроны, оставаясь в теле, изменяют в нём своё энергетическое состояние, переходят из связанного состояния в свободное без вылета наружу) фотоэффект. При внутреннем фотоэффекте как следствие поглощения фотона образуется пара носителей заряда: электрон в зоне проводимости и дырка в валентной зоне. Концентрация носителей заряда приводит к возникновению фотопроводимости (повышению электропроводности полупроводника или диэлектрика) или возникновению электродвижущей силы. Фотоэффект в газах состоит в ионизации атомов или молекул под действием излучения.

При взаимодействии гамма-кванта с веществом происходит поглощение энергии гамма-кванта электроном оболочки атома, и электрон, совершая работу выхода, покидает атом (который становится положительно ионизированным).

Вероятность фотоэффекта прямо пропорциональна 5-й степени атомного номера химического элемента и обратно пропорциональна 3-й степени энергии гамма-излучения. Фотоэффект, как правило, преобладает при энергиях гамма-кванта от нескольких сотен килоэлектронвольт и менее.

Комптон-эффект – явление некогерентного рассеяния электромагнитного излучения (например, фотонов, гамма-квантов) на свободных электронах, сопровождающееся уменьшением частоты электромагнитного излучения (увеличением длины волны). Часть энергии фотонов и гамма-квантов после рассеяния передается электронам.

При взаимодействии гамма-кванта с электроном образуется новый гамма-квант, меньшей энергии, что также сопровождается высвобождением электрона и ионизацией атома.

Эффект образования (рождения) пар – явление, при котором возникают пары частица-античастица.  Эффект образования (рождения) пар является обратным процессу аннигиляции,

Гамма-квант, взаимодействуя с электромагнитным полем атомного ядра, превращается в электрон и позитрон.

Рождение электрон-позитронных пар при взаимодействии гамма-кванта энергии выше 3 МэВ с электромагнитным полем ядра является преобладающим процессом взаимодействия гамма-квантов с веществом. При более низких энергиях гамма-квантов действуют в основном комптоновское рассеяние и фотоэффект. А при энергиях гамма-кванта ниже 1,022 МэВ эффект рождения пар вообще отсутствует.

Ядерный фотоэффект – явление испускания ядрами атомов нуклонов (протонов и нейтронов) при ядерных реакциях, происходящих при поглощении гамма-квантов ядрами атомов.

Ядерный фотоэффект действует при энергиях гамма-кванта выше нескольких десятков МэВ.

Опасность гамма-лучей

В силу своих свойств радиация гамма-спектра обладает очень высокой проникающей способностью. Чтобы её задержать, нужна свинцовая стена толщиной не менее пяти сантиметров.

Кожные покровы и прочие защитные механизмы живого существа не являются препятствием гамма-излучению. Оно проникает прямо в клетки, оказывая разрушительное воздействие на все структуры. Облучённые молекулы и атомы вещества сами становятся источником излучения и провоцируют ионизацию других частиц.

В результате этого процесса из одних веществ получаются другие. Из них составляются новые клетки с другим геномом. Ненужные при строительстве новых клеток остатки старых структур становятся токсинами для организма.

Наибольшая опасность радиационных лучей для живых организмов, получивших дозу радиации, в том, что они не способны ощущать наличие в пространстве этой смертельной волны. А также в том, что у живых клеток нет никакой специфической защиты от разрушительной энергии, которую несёт гамма ионизирующее излучение. Наибольшее влияние этот вид радиации оказывает на состояние половых клеток, несущих молекулы ДНК.

Разные клетки организма по-разному ведут себя в гамма-лучах, и обладают разной степенью устойчивости к воздействию этого вида энергии. Однако ещё одним свойством гамма-излучения является кумулятивная способность.

Однократное облучение небольшой дозой не наносит непоправимого разрушительного воздействия на живую клетку. Именно поэтому радиационным излучениям нашлось применение в науке, медицине, промышленности и других областях человеческой деятельности.

Как защититься от гамма-излучения

Вся наша жизнь проходит на фоне естественных электромагнитных излучений. И вклад гамма-квантов в этот фон достаточно значителен. Однако, несмотря на их периодические всплески, вред их для живых организмов минимален. Здесь землян спасают огромные расстояния от источников этих излучений. Совсем иное — земные источники. Особую опасность несут АЭС: их ядерные реакторы, технологические контуры и другое оборудование. Организация защиты от гамма-излучения персонала на этих и других подобных объектах включает следующие мероприятия.

1. Защиту временем, то есть ограничением времени работы. Ликвидаторам аварии на Чернобыльской АЭС на выполнение конкретной работы давалось несколько минут. Промедление вызывало дополнительную дозу облучения и тяжёлые последствия.
2. Защиту расстоянием (от работающего до опасной зоны).
3. Метод защиты барьером (материалом).

Для эффективной защиты от гамма-излучения используются материалы с большим атомным номером и высокой плотностью. Этим критериям удовлетворяют:

• свинец;
• бетон;
• свинцовое стекло;
• сталь.

Наилучшей интенсивностью поглощения γ-лучей обладает свинец. Пластинка свинца толщиной в 1 см, 5 см бетона и 10 см воды — ослабляют это излучение в два раза, однако, не являются для них непреодолимой преградой. Применение свинца в качестве защиты против воздействия гамма-излучения ограничивается его низкой температурой плавления. Поэтому в горячих зонах используют дорогие металлы:

• вольфрам;
• тантал.

Для изготовления защитной одежды сотрудников, работающих в зоне действия источников излучения или радиоактивного заражения используются специальные материалы. Его основу составляет резина, пластик или каучук со специальным наполнителем из свинца и его соединений.

В качестве средств защиты могут быть задействованы противорадиационные экраны.

Из всех видов радиации именно гамма-излучение обладает наибольшей проникающей способностью. В этом случае наиболее эффективным способом защиты от внешнего гамма-излучения являются специальные укрытия, а при их отсутствии — подвалы домов. Чем толще стены, тем надёжнее укрытие. Подвал многоэтажного дома способен ослабить действие радиации в 1000 раз.

К сожалению, опасность радиационного заражения может возникнуть совершенно внезапно. И облучение могут получить люди совершенно не имеющие отношения к ядерной энергетике. Надеемся, что полученная информация поможет вам сохранить своё здоровье и уберечься от угрозы дополнительного радиоактивного облучения.

Характеристики

Гамма-лучи проникают больше, чем альфа- и бета- частицы , но менее ионизируют . Они имеют ту же природу, что и рентгеновские лучи, но имеют другое происхождение и разную частоту.

Гамма-лучи производятся ядерными переходами, в то время как рентгеновские лучи производятся электронными переходами, обычно вызванными столкновением электрона с атомом на высокой скорости. Частота их волн составляет от 10 17 до 10 19 (в Гц). Поскольку некоторые электронные переходы могут иметь большую энергию, чем ядерные, существует некоторое перекрытие между рентгеновскими лучами высокой энергии и гамма-лучами низкой энергии.

Наблюдения за гамма-лучами, испускаемыми во время гроз, накапливаются, и это, по-видимому, связано с электрическими токами, наиболее заметным проявлением которых являются молнии. Учет влияния естественных электрических токов на ядерном уровне позволил понять случайные насильственные проявления, иногда возникающие в электрических батареях, сопровождающиеся образованием нейтронов и других частиц.

Возникновение гамма-излучения

Источниками излучения в гамма-диапазоне являются различные процессы. Во вселенной существуют объекты, в которых происходят реакции. Результатом этих реакций является космическое гамма-излучение.

Основные источники гамма-лучей — это квазары и пульсары. Ядерные реакции с массивным выделением энергии и гамма-излучения также происходят в процессе преобразования звезды в сверхновую.

Гамма электромагнитное излучение возникает при различных переходах в области атомной электронной оболочки, а также при распаде ядер некоторых элементов. Среди источников гамма-лучей можно также назвать определённую среду с сильным магнитным полем, где элементарные частицы тормозятся сопротивлением этой среды.

Что такое радиоактивность?

Радиоактивность – самопроизвольное превращение атомных ядер в ядра других элементов. Сопровождается ионизирующим излучением. Известно четыре типа радиоактивности:

• альфа-распад – радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускается альфа-частица;
• бета-распад — радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускается бета-частицы, т.е электроны или позитроны;
• спонтанное деление атомных ядер — самопроизвольное деление тяжелых атомных ядер (тория, урана, нептуния, плутония и других изотопов трансурановых элементов). Периоды полураспада у спонтанно делящихся ядер составляют от нескольких секунд до 1020 для Тория-232;
• протонная радиоактивность — радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускаются нуклоны (протоны и нейтроны).

Что такое изотопы?

Изотопы – это разновидности атомов одного и того же химического элемента, обладающие разными массовыми числами, но имеющие одинаковый электрический заряд атомных ядер и потому занимающие в периодической системе элементов Д.И. Менделеева одинаковое место. Например: 55Cs131, 55Cs134m, 55Cs134, 55Cs135, 55Cs136, 55Cs137. Различают изотопы устойчивые (стабильные) и неустойчивые – самопроизвольно распадающиеся путем радиоактивного распада, так называемые радиоактивные изотопы. Известно около 250 стабильных, и около 50 естественных радиоактивных изотопов. Примером устойчивого изотопа может служить Pb206, Pb208 являющийся конечным продуктом распада радиоактивных элементов U235, U238 и Th232.

Альфа-излучение

Альфа-лучами назвали положительно заряженные частицы, слабо отклонявшиеся магнитным полем. Альфа-излучение обладало самой малой проникающей способностью, но при этом наиболее сильно ионизировало вещество. По отклонению альфа-частиц установили, что отношение заряда к массе у этих частиц вдвое меньше, чем у протона, а масса — вчетверо больше, чем масса протона.

Было сделано предположение (позже доказанное), что альфа-частицы представляют собой ядра гелия. Большой заряд и масса частиц обусловили их высокую ионизирующую способность. При этом частицы быстро теряют энергию, и поэтому проникающая способность альфа-частиц очень невелика.

Слой вещества порядка миллиметра полностью задерживает поток альфа-частиц. Например, внутрь живой ткани альфа-частицы не проникают, задерживаясь кожей. Однако высокая ионизирующая способность приводит к сильным кожным ожогам. Еще более опасно попадание альфа-радиоактивных препаратов внутрь организма.

Биологическая противолучевая защита

Биологическая противолучевая защита — способ повышения радиорезистентности с помощью лекарственных средств, усиливающих общую сопротивляемость организма. В отличие от радиопротекторов (см.) они оказывают защитное действие в том случае, когда вводятся многократно за несколько дней или недель до облучения. Такие лекарственные средства или их комплексы оказывают защитное действие при кратковременном (однократном), пролонгированном (протяженном), фракционированном и хроническом облучении (см.). Они способствуют повышению эффективности схем комплексной терапии лучевой болезни, возникшей вследствие внешнего или внутреннего облучения. Эти препараты обладают большой широтой терапевтического действия, для них нет противопоказаний, и они могут быть использованы в любых условиях.

К числу наиболее эффективных относятся препараты из группы адаптогенов (жидкие экстракты и настойки элеутерококка колючего, женьшеня, лимонника китайского, лагохилуса), витамины, гормоны, коферменты, витаминно-аминокислотные комплексы, некоторые микроэлементы и антибиотики, особенно в сочетании с витаминно-аминокислотными комплексами, биостимуляторы.

Действие средств биологической П. з. является неспецифическим. Оно проявляется только на фоне воздействия экстремальных факторов, вызывающих напряжение жизненно важных физиологических систем организма. Механизм действия адаптогенов при лучевом поражении связывают с тем, что они тонизирующе действуют на ц. н. с. и стимулируют систему кроветворения. Повышение радиорезистентности с помощью витаминов, гормонов и коферментов осуществляется различными путями. Напр., многократное введение витамина Р с аскорбиновой к-той повышает устойчивость стенок кровеносных сосудов, уменьшает проявления геморрагического синдрома; глюкокортикоиды способствуют повышению выделения адренергических веществ надпочечниками, что приводит к повышению радиорезистентности организма.

Гамма-излучение (гамма-лучи, γ-лучи) и его виды:

Гамма-излучение (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения, характеризующийся чрезвычайно малой длиной волны – менее 2⋅10−10 м – и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами.

Гамма-излучение  относится к ионизирующим излучениям, то есть к излучениям, взаимодействие которых с веществом способно приводить к образованию ионов разных знаков.

Гамма-излучение (в узком смысле) – это проникающее электромагнитное излучение, возникающее при спонтанных превращениях («распаде») атомных ядер многих естественных или искусственно созданных радиоактивных элементов (радионуклидов).

В более широком смысле гамма-излучением называется любое электромагнитное излучение с квантовыми энергиями от нескольких сотен килоэлектронвольт и выше, независимо от характера их возникновения.

Название гамма-лучей происходит от деления ионизирующего излучения на альфа-излучение, бета-излучение и гамма-излучение в соответствии с их возрастающей способностью проникать в материю. Альфа- и бета-лучи состоят из заряженных частиц и поэтому взаимодействуют с материей значительно сильнее, чем незаряженные фотоны или кванты гамма-излучения. Соответственно, последние имеют значительно более высокую проникающую способность.

Альфа-излучение (α-лучи) – это поток ядер атомов гелия-4, имеющих положительный заряд. Ядро атома гелия-4 (α-частица) –  4₂He2+ образовано двумя протонами и двумя нейтронами.

Бета-излучение (β-лучи) являют собой поток электронов – е– (частиц с отрицательным зарядом) или позитронов – p (соответственно, частиц с положительным зарядом).

Гамма-излучение (γ-лучи) представляет собой поток фотонов, имеющих высокую энергию (гамма-квантов). Энергия гамма-квантов может составлять от нескольких сотен килоэлектронвольт (кэВ) до нескольких сотен гигаэлектронвольт (ГэВ) и выше. Последнее (сверхвысокие значения энергий гамма-лучей) характерно для космических лучей.  Так, очень высокоэнергетические гамма-лучи в диапазоне 100-1000 тераэлектронвольт (ТэВ) наблюдались от таких источников, как микроквазар Cygnus X-3 .

Различают:

–  мягкое гамма-излучение (с энергиями фотонов от нескольких сотен килоэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт),

– гамма-излучение средних энергий (с энергиями фотонов от нескольких мегаэлектронвольт до десятков мегаэлектронвольт),

– гамма-излучение высоких энергий (с энергиями фотонов от нескольких десятков мегаэлектронвольт до 1011 электронвольт),

– гамма-излучение сверхвысоких энергий (с энергиями фотонов свыше 1011 электронвольт).

На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с жестким рентгеновским излучением. При этом четкая граница между гамма-излучением и жестким рентгеновским излучением не определена.

Гамма-излучение было открыто французским физиком Полем Вилларом в 1900 году при исследовании излучения радия. Он поместил радий-226 (в смеси с его дочерними радионуклидами) в магнитное поле. В результате компоненты излучения были разделены на три составляющие по направлению отклонения частиц в магнитном поле: излучение с положительным электрическим зарядом было названо α-лучами, с отрицательным — β-лучами, а электрически нейтральное, не отклоняющееся в магнитном поле излучение получило название γ-лучей. Впервые такую терминологию использования предложил Э. Резерфорд в начале 1903 года.

Области применения гамма-лучей

Даже смертоносным лучам пытливые умы учёных нашли сферы применения. В настоящее время гамма-излучение используется в различных отраслях промышленности, идут на благо науки, а также успешно применяются в различных медицинских приборах.

Для лечения онкологических новообразований гамма-лучи незаменимы, так как способны разрушить аномальные клетки, и прекратить их стремительное деление. Иногда остановить аномальный рост раковых клеток невозможно ничем, тогда на помощь приходит гамма-излучение, где клетки уничтожаются полностью.

Применяется гамма ионизирующее излучение для уничтожения патогенной микрофлоры и различных потенциально опасных загрязнений. В радиоактивных лучах стерилизуют медицинские инструменты и приборы. Также данный вид радиации применяется для обеззараживания некоторых продуктов.

Гамма-лучами просвечивают различные цельнометаллические изделия для космической и других отраслей промышленности с целью обнаружения скрытых дефектов. В тех областях производства, где необходим предельный контроль за качеством изделий, этот вид проверки просто незаменим.

https://youtube.com/watch?v=c_17t2lnZxQ

При помощи гамма-лучей учёные измеряют глубину бурения, получают данные о возможности залегания различных пород. Гамма-лучи могут быть использованы и в селекции. Строго дозированным потоком облучаются определённые отобранные растения, чтобы получить нужные мутации в их геноме. Таким способом селекционеры получают новые породы растений с нужными им свойствами.

С помощью гамма-потока определяются скорости космических аппаратов и искусственных спутников. Посылая лучи в космическое пространство, учёные могут определить расстояние и смоделировать путь космического аппарата.

Открытие

Гамма-волны можно обнаружить с помощью электроэнцефалографии или магнитоэнцефалографии . Одно из самых ранних сообщений об активности гамма-волн было зарегистрировано в зрительной коре головного мозга бодрствующих обезьян. Впоследствии значительная исследовательская деятельность была сосредоточена на гамма-активности в зрительной коре головного мозга.

Гамма-активность также была обнаружена и изучена в премоторных , теменных , височных и лобных областях коры. Гамма-волны составляют общий класс осцилляторной активности в нейронах, принадлежащих кортико-базальным ганглиям-таламо-кортикальной петле . Обычно считается, что эта активность отражает прямые связи между отдельными областями мозга, в отличие от альфа-волновой обратной связи между теми же областями. Также было показано, что гамма-колебания коррелируют с возбуждением отдельных нейронов, в основном тормозных нейронов, во всех состояниях цикла бодрствования-сна. Гамма-волна наиболее заметна во время настороженного, внимательного бодрствования. Однако механизмы и субстраты, с помощью которых гамма-активность может способствовать возникновению различных состояний сознания, остаются неизвестными.

Полемика

Некоторые исследователи оспаривают достоверность или значимость гамма-волновой активности, обнаруженной с помощью ЭЭГ кожи головы , потому что частотный диапазон гамма-волн перекрывается с электромиографическим частотным диапазоном. Таким образом, записи гамма-сигналов могут быть загрязнены мышечной активностью. Исследования с использованием методов локального паралича мышц подтвердили, что записи ЭЭГ действительно содержат сигнал ЭМГ, и эти сигналы можно отследить до локальной двигательной динамики, такой как частота саккад или других двигательных действий, связанных с головой. Достижения в обработке и разделении сигналов, такие как применение независимого компонентного анализа или других методов, основанных на пространственной фильтрации , были предложены для уменьшения присутствия артефактов ЭМГ.

Патологические отклонения

Нарушения волновой активности мозга отмечается при:

• Олигофрении. При ней суммарная активность альфа-ритмов ненормально повышена.
• Эпилепсии, которая вызывает нарушения частоты и амплитуды волновой активности Это связано с развитием прямой или межполушарной асимметрии в полушариях мозга.
• Гипертонии, ослабляющей частоту альфа-ритмов и усиливающей бета-активность. Нарушения кровообращения и работы сердечно-сосудистой системы всегда отражаются на волновой активности мозга. Аналогичная картина может наблюдаться при бета-лактамазной активности бактерий.
• Параноидальной шизофрении, при которой мозг генерирует повышенное количество бета-ритмов.
• Кистах и воспалительных процессах мозолистого тела. Они вызывают тяжелую достигающую 30% асимметричность между полушариями.
• Патологическая картина может возникать при черепно-мозговых травмах, врожденном или приобретенном слабоумии, задержке психомоторного развития у детей.

Для оценки альфа-ритмов необходимо время от времени проходить ЭЭГ. Узнать адреса клиник, которые делают эту диагностическую процедуру можно на сайте https://mrt-mozga.ru.