Rayos gamma

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Radiación gamma

La radiación gamma y/o rayos gamma (γ) es un tipo de radiación
electromagnética, y por tanto formada por fotones, producida generalmente
por elementos radioactivos o procesos
subatómicos como la aniquilación
de un par positrón-electrón. Este tipo de
radiación de tal magnitud también es producida en fenómenos astrofísicos de gran
violencia.

Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo
de radiación ionizante
capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta
energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados
para esterilizar equipos médicos y alimentos.

La energía de este tipo de radiación se mide en megaelectronvoltios (MeV). Un
Mev corresponde a fotones gamma de longitudes de
onda inferiores a 10 − 11 m o frecuencias
superiores a 1019 Hz.

Los rayos gamma se producen en la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a
otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos. Los
rayos gamma se diferencian de los rayos X en su origen, debido a
que estos últimos se producen a nivel extranuclear, por fenómenos de frenado
electrónico. Generalmente asociada con la energía nuclear y
los reactores nucleares, la
radiactividad se encuentra
en nuestro entorno natural, desde los rayos
cósmicos, que nos bombardean desde el sol y las galaxias de fuera de nuestro Sistema
Solar, hasta algunos isótopos radiactivos que forman
parte de nuestro entorno natural.

En general, los rayos gamma producidos en el espacio no llegan a la
superficie de la Tierra, pues son absorbidos en la
alta atmósfera. Para observar el universo en estas frecuencias, es necesario
utilizar globos de gran altitud u observatorios espaciales. En ambos casos se
utiliza el efecto Compton para
detectar los rayos gamma. Estos rayos gamma se producen en fenómenos
astrofísicos de alta energía como explosiones de supernovas o núcleos de galaxias activas.
En astrofísica se denominan GRB (Gamma Ray Bursts) a fuentes de
rayos gamma que duran unos segundos o unas pocas horas siendo sucedidos por un
brillo decreciente de la fuente en rayos X durante algunos días.
Ocurren en posiciones aleatorias del cielo y su origen permanece todavía bajo
discusión científica. En todo caso parecen constituir los fenómenos más
energéticos del Universo.

La excepción son los rayos gamma de energía por encima de unos miles de MeV
(o sea, gigaelectronvoltios o GeV), que, al incidir en la atmósfera, producen
miles de partículas
(cascada
atmosférica extensa) que, como viajan a velocidades más elevadas que la luz
en el aire, generan radiación de
Cherenkov. Esta radiación es detectada en la superficie de la Tierra
mediante un tipo de telescopio llamado telescopio
Cherenkov.

Contenido

1 Protección

2 Interacción con la
materia

3 Utilización

4 Referencias

5 Véase también

6 Enlaces externos

[editar]
Protección

Para protegerse de los rayos gamma se requiere gran cantidad de masa. Los
materiales de alto número atómico y alta densidad protegen mejor contra los
rayos gamma. A mayor energía de los mismos el espesor de la protección debe ser
mayor. Los materiales para protegerse de los rayos gamma son caracterizados con
el espesor necesario para reducir la intensidad de los rayos gamma a la mitad
(capa de valor medio o HVL por sus siglas en ingles). Por ejemplo,
los rayos gamma que requieren 1 cm (0.4 pulgadas) de plomo para reducir su
intensidad en un 50% también verán reducida su intensidad a la mitad por 6 cm
(2½ pulgadas) de hormigón o 9 cm (3½ pulgadas) de tierra compacta.

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Interacción con la
materia

El coeficiente de absorción total de rayos gamma del aluminio
(número atómico 13) según distintas energías de rayos gamma y las contribuciones
de los tres efectos. En la mayoría de la región de energía mostrada, el efecto
Compton domina.

El coeficiente de absorción total de rayos gamma del plomo
(número atómico 82) según distintas energías de rayos gamma y las contribuciones
de los tres efectos. Aquí, el efecto fotoeléctrico domina en energía bajas. A
partir de 5 MeV, la creación de pares
empieza a dominar.

Cuando un rayo gamma pasa a través de la materia, la probabilidad de
absorción en una capa fina es proporcional a la delgadez de dicha capa, lo que
lleva a un decrecimiento exponencial de la intensidad.

Aquí, μ = n×σ es el coeficiente de absorción, medido en
cm–1, n el número de átomos por cm3 en el material,
σ el espectro de absorción en cm2 y d la delgadez del material
en cm.

Pasando a través de la materia, la radiación gamma principalmente ioniza de
tres formas: el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton y la creación de
pares.

Efecto Fotoeléctrico: Se describe cuando un fotón gamma interactúa
con un electrón atómico y le transfiere su energía, expulsando a dicho
electrón del átomo. La energía cinética del fotoelectrón resultante es igual a
la energía del fotón gamma incidente menos la energía de enlace del electrón.
El efecto fotoeléctrico es el mecanismo de transferencia de energía dominante
para rayos x y fotones de rayos gamma con energías por debajo de 50 keV (miles
de electronvoltios), pero
es menos importante a energías más elevadas.

Efecto Compton: Se refiere a la interacción donde un fotón gamma
incidente hace ganar suficiente energía a un electrón atómico como para
provocar su expulsión. Con la energía restante del fotón original se emite un
nuevo fotón gamma de baja energía con una dirección de emisión diferente a la
del fotón gamma incidente. La probabilidad del Efecto Compton decrece según la
energía del fotón se incrementa. El Efecto Compton se considera que es el
principal mecanismo de absorción de rayos gamma en el rango de energía
intermedio entre 100 keV a 10 MeV (Megaelectronvoltio), un
rango de energía que incluye la mayor parte de la radiación gamma presente en
una explosión nuclear. El efecto Compton es relativamente independiente de número atómico del
material absorbente.

Creación de pares: Debido a la interacción de la fuerza de Coulomb,
en la vecindad del núcleo, la energía del fotón incidente se convierte
espontáneamente en la masa de un par electrón-positrón. Un positrón es la antipartícula
equivalente a un electrón; tiene la misma masa de un electrón, pero tiene una
carga positiva de igual fuerza que la carga negativa de un electrón. La
energía excedente del equivalente a la masa en reposo de las dos partículas
(1,02 MeV) aparece como energía cinética del par y del núcleo. El positrón
tiene una vida muy corta (sobre 10–8 segundos). Al final de su
periodo, se combina con un electrón libre. Toda la masa de estas dos
partículas se convierte entonces en dos fotones gamma de 0,51 MeV de energía
cada uno.

Los electrones secundarios (o positrones) producidos en cualquier de estos
tres procesos, frecuentemente tienen energía suficiente para producir muchas ionizaciones hasta el final
del proceso.

La absorción exponencial descrita arriba se mantiene, estrictamente hablando,
solo para un rayo estrecho de rayos gamma. Si un rayo más ancho de rayos gamma
pasa a través de un fino bloque de hormigón, la dispersión en los lados reduce
la absorción.

A menudo, los rayos gamma se presentan entre otras formas de radiación, como
la alfa o la beta. Cuando un núcleo emite una partícula α o β, a veces el Producto de
desintegración queda excitado pudiendo saltar a un nivel de energía inferior
emitiendo un rayo gamma, de igual manera que un electrón atómico puede saltar a
un nivel de energía inferior emitiendo luz visible o radiación ultravioleta.

Esquema de Descomposición de
60Co

Las posibles formas de radiación
electromagnética son los rayos gamma, los rayos X, la luz visible y los
rayos UV (UVA y UVB, siendo éstos últimos más energéticos). La única diferencia
entre ellos es la frecuencia y por lo tanto, la
energía de
los fotones,
siendo los rayos gamma los más energéticos. A continuación se muestra un ejemplo
de producción de rayos gamma.

Primero 60Co se descompone en
60Ni excitado:

Entonces el 60Ni cae a su estado fundamental
emitiendo dos rayos gamma seguidos uno del otro.

Los rayos gamma son de 1,17 MeV y 1,33 MeV respectivamente.

Otro ejemplo es la descomposición alfa de 241Am para producir
237Np. Esta descomposición alfa
esta acompañada por una emisión gamma. En algunos casos, esta emisión gamma es
bastante simple (por ejemplo, 60Co/60Ni), mientras que en
otros casos como con (241Am/237Np y 192Ir/192Pt), la emisión
gamma es compleja, revelando que una serie de distintos niveles de energía
nuclear pueden existir. El hecho de que un el espectro alfa puede tener una
serie de diferentes picos con diferentes energías, refuerza la idea de que
muchos niveles de energía nuclear son posibles.

Debido a que una descomposición beta esta acompañada de la emisión de un neutrino que a
su vez, resta energía, el espectro beta no posee líneas definidas, sino que es
un pico ancho. Por lo tanto, de una única descomposición beta no es posible
determinar los diferentes niveles energéticos encontrados en el núcleo.

En óptica
espectrópica, es bien conocido que una entidad que emite luz, también puede
absorber luz de la misma longitud de onda (energía del fotón). Por ejemplo, un
llama de sodio puede emitir luz amarilla y además, puede absorber luz amarilla
de una lámpara de vapor de sodio. En el caso de los rayos
gamma, se puede observar en la espectroscopia Mössbauer,
donde se puede obtener una corrección para la energía perdida por el retroceso
del núcleo y las condiciones exactas para la absorción de los rayos gamma a
través de la resonancia.

Esto es similar a efecto Frank
Condon visto en óptica espectroscópica.

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Utilización

La potencia de los rayos gamma los hace útiles en la esterilización de
equipamiento médico. Se suelen utilizar para matar bacterias e insectos en
productos alimentarios tales como carne, setas, huevos y vegetales, con el fin
de mantener su frescura.

Debido a la capacidad de penetrar en los tejidos, los rayos gamma o los rayos
X tienen un amplio espectro de usos médicos, como la realización de tomografías y radioterapias. Sin embargo,
como forma de radiación
ionizante, tienen la habilidad de provocar cambios moleculares, pudiendo
tener efectos cancerígenos si el ADN es afectado.

A pesar de las propiedades cancerígenas, los rayos gamma también se utilizan
para el tratamiento de ciertos tipos de cáncer. En el procedimiento llamado
cirugía gamma-knife,
múltiples rayos concentrados de rayos gamma son dirigidos hacia células
cancerosas. Los rayos son emitidos desde distintos ángulos para focalizar la
radiación en el tumor a la vez que se minimiza el daño a los tejidos de
alrededor.

Los rayos gamma también se utilizan en la medicina nuclear para realizar
diagnósticos. Se utilizan muchos radioisótopos que emiten
rayos gamma. Uno de ellos es el tecnecio-99m. Cuando se le
administra a un paciente, una cámara gamma puede
utilizar la radiación gamma emitida para obtener una imagen de la distribución
del radioisótopo. Esta técnica se emplea en la diagnosis de un amplio espectro
de enfermedades, por ejemplo, en la detección del cáncer de huesos.

Los detectores de rayos gamma se están empezando a utilizar en Pakistan como
parte del Container
Security Initiative (CSI). Estas máquinas, que cuestan unos 5 millones de
dólares americanos, pueden escanear unos 30 contenedores por hora. El objetivo
de esta técnica es el escaneo de los contenedores de mercancía que llegan vía
marítima antes de que entren a los puertos de EE.UU.

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Referencias

http://www.eluniversal.com.mx/graficos/animados/videos/videoya.html

[editar]
Véase también

Telescopio MAGIC

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Enlaces externos

Wikcionario

Wikcionario tiene
definiciones para rayos gamma.

Predecesor:
Rayos X

Rayos
gamma
Lon. de onda: 10−11 m → 0
Frecuencia:
3×1019 Hz → ∞

Sucesor:
Radiación
cósmica

■ Rayos
gamma reportaje documental del programa tesis.

Obtenido de "http://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_gamma"

Categorías:
Espectro
electromagnético | Astronomía
y Astrofísica | Radiactividad

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