伽马射线是什么物质「伽马射线对人体的危害和用途」

伽马射线即γ射线，是电磁波谱里面波长最短频率最高的那一段频谱，人类早就知道了，也能够制造出来了。不过这个问题问得有点奇怪，表述不清，如：何谓掌握?

文章插图
文章插图
是能够对付呢，还是能够使用呢?这就要看怎么说了。下面就从伽马射线的一些常识来阐述一下这个问题，朋友们如果能够认真看完此文，就会和我一样，觉得这个问题有点奇怪了，而且也就会对伽马射线有一个了解了。
【伽马射线是什么物质「伽马射线对人体的危害和用途」】先了解一下电磁波谱
我们人类现在看到和感受到，甚至吃喝拉撒涉及到的一切，都要依赖电磁波。为什么这么说呢?因为电磁波充斥着我们世界每一个角落，只要绝对零度以上，任何物体都会有电磁辐射，所谓电磁辐射就是依靠电磁波传递的。
电磁波是依靠光子传递的，因此也可以称为光波。但这个光波分为可见光和不可见光，在日常生活中，光波一般只是指电磁波谱中的可见光部分，可见光只是夹在电磁波谱中间那么一小段。电磁波最长的波段有数公里，甚至更长;最短的只有1埃米以下，这最短的就是伽马射线。

文章插图
文章插图
电磁波有波长和频率，波长与频率成反比，即：波长越长，频率越低，能量就越小;反之，能量就越大。电磁波波长和频率的关系为：c=λf 。这里c为光速， λ为波长， f为频率。电磁波波长最长的是无线电波(包括长波、中波、短波、微波)，以后从长到短依次为：红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
无线电波的波长在千米级到毫米级，长波无线电波长可达数千米，最短的微波波长只有0.1毫米;可见光波长约在760nm到380nm之间，nm即纳米，1毫米=1000μm(微米)，1μm=1000nm，1nm=10^-9m(米) 。
可见光后面的紫外线、X射线、γ射线(伽马射线)波长就一个比一个短了，γ射线是电磁波中波长最短的高能射线，波长只有0.1nm以下。

文章插图
文章插图
这个世界上所有的物质都在震动，因此都有频率。频率就是物体每秒钟的震动次数，而电磁波的频率就是电磁波每秒钟震动次数，表示单位为Hz(赫兹) 。无线电波频率在1000Hz或更低，到10^9Hz之间;可见光频率范围在3.9*10^14到7.7*10^14Hz之间;伽马射线频率范围最低为10^12Hz，最高可达10^30Hz以上。
新冠病毒大小约100nm，伽马射线波段最长的只有0.1nm，我们想一想就知道了，人类应对新冠病毒都弄得焦头烂额，就更别说比新冠病毒小1000倍以上的伽马射线了，而且其频率是每秒钟震动万亿次以上，这个能量有多大，一旦被伽马射线扫中，岂有不穿透之理?

文章插图
文章插图
因此γ射线是宇宙中最强大的“光”，但这种光看不见，却会杀人。
伽马射线对生物的损害原理
伽马射线由于其波段非常短，能量极高，因此可以穿透任何生物的机体。生物机体都是由细胞组成的，而每个细胞里最核心的是遗传物质DNA 。比如人体由40~60万亿个细胞组成，这些细胞有大有?。?最大的细胞是卵细胞，成熟的卵细胞有200μm(微米);最小的细胞是血小板，直径只有约2μm 。
人体受到γ射线照射，γ射线就会进入人体细胞，与细胞发生电离作用，电离后的离子会侵袭细胞里复杂的有机分子，破坏细胞组织。细胞里最重要的核心遗传物质为DNA，是一种双螺旋结构的大分子，其盘踞在细胞核心，主导着细胞的生死和遗传。

文章插图
文章插图
这个DNA双螺旋体打开长度约两米，如果把1个人细胞中的所有DNA全部打开并连接起来，据称可从地球往返太阳300多次。但DNA螺旋的直径只有2nm，伽马射线会打断并破坏其结构。因此，当生物受到γ射线照射，都会被打断DNA分子键，让生物机体再也无法生存。
当辐射量很大时，生物会瞬间死亡，即便辐射量不大，但机体DNA分子键受损严重，也会缓慢死亡。那种死亡是看着自己机体一寸寸死去的样子，异常恐怖。在臭名昭著的切尔诺贝利核电站爆炸事故中，就有许多居民和救火队员遭受这种地狱般的折磨而死去。
伽马射线产生原理
放射性原子核在发生α衰变、β衰变后会产生一个新核，这个新核处于高能量级，必须向低能级跃迁，跃迁过程就会辐射出γ光子，这就是γ射线。γ射线在核聚变和核裂变中都会发生，因此在宇宙中充满了γ射线辐射。

文章插图
文章插图
太阳的核聚变在体积半径1/4以内的核心里面持续不断进行，主要过程是发生氕核与氕核的链式反应，是从氕到氘再到氦-3，最后到氦-4的反应过程。结局就是4个氕原子核聚变融合成一个氦-4原子核，并在这个过程中释放出伽马光子、中微子和正电子。中微子由于穿透能力极强，很快逃逸出太阳表面到达太空，而携带巨大能量的伽马射线逃离并不容易。
这就涉及到太阳内部光子漫步理论了。光子的传播特点就是真空最快，达到每秒30万千米，但在介质中却磕磕碰碰。太阳内部充满了质子，光子每走一步都会遇到质子，不断进行碰撞和交换。因此，这些光子要穿透70万千米半径的太阳，要与质子碰撞交换10^26次之多，每交换一次就消耗都会衰减，经过几十万年甚至几百万年到达太阳表面的光子，主要就是可见光了。

文章插图
文章插图
所以各位不要奇怪，照在我们身上的阳光，其实是在几十万年甚至几百万年前就诞生的光子。
据科学分析，阳光包括了整个电磁波全波段，但99.9%以上能量集中在200~10000nm波长范围，最大辐射能量位于480nm处，这正是可见光蓝色光的范围。因此我们看到的天是蓝色的，海水也是蓝的。
而200nm波段属于紫外线范畴，紫外线照多了对人体是有伤害的，但绝大部分紫外线经过大气层时被臭氧层吸收或反射掉了，到地表的极少。但还是有点，因此阳光强烈时晒久了皮肤就会受到伤害。
宇宙中的恒星都在核聚变，不断辐射着伽马射线;还有超新星爆发、大质量致密天体如中子星碰撞，会产生更多的伽马射线，甚至伽马射线暴，因此在太空中伽马射线很多。但这些伽马射线被大气层阻隔，来到地表的极少。

文章插图
文章插图
如果在高空或大气层外活动，就很容易受到伽马射线及其他宇宙射线的伤害，因此宇航员们都要做好防护。但伽马射线是很难阻隔的，在太空或外星球活动的宇航员，尽管有飞船和宇航服起到较好防护作用，受到的辐射量还是比地球地表要大很多。
伽马射线穿透力极强，一般建筑物无法屏蔽，只有特制的高密度材料，如铅板等才有一定效果，而且根据伽马射线强度，铅板的厚度也需增加。
在地球上，人们可能受到的伽马射线伤害主要是来自核裂变
重核裂变过程会发生形变，如铀-235核吸收一个中子之后，就形成激发态的铀-236核，随即发生形变，最终断开向反方向飞离，经典库伦能则转化为两个碎片动能，但很快断裂碎片就收缩成球形，形变动能转化为内部激发能，发射出若干中子和γ射线，以平衡退激能量。

文章插图
文章插图
还有许多放射性元素衰变过程，就会发出伽马射线，如钴-60，通过β衰变释放出能量高达315keV的高速电子，衰变成镍60 ，同时放出两束伽马射线。这些伽马射线如果管控不好，就会伤害人类。
如原子弹爆炸或核电厂泄漏，前苏联切尔诺贝利核电厂爆炸，就导致了严重的放射性污染，威胁着几百万人的健康，辐射直接导致的死亡达7000多人。
利用γ射线造福社会
人类文明是在对大自然规律不断认识中提升的，γ射线本身就是一种自然现象，是元素在聚合或分裂过程释放出来的一种能量，人们认识了γ射线的内在本质，就可以应对和利用它。

文章插图
文章插图
任何科学既可用于造福人类，也可用于危害人类，伽马射线也一样，既可以置人于死地，也可以造福人类。前面对γ射线的危害说了很多，现在说说造福人类的问题。
现在比较常见为人类服务的γ射线有工业探伤和健康医疗运用。工业探伤主要利用伽马射线的穿透力，查看工业品内部的结构是否有问题，比如探查钢板的焊缝，30毫米厚度的钢板焊缝可以采用X射线检查，但超过这个厚度就无能为力了，穿透力更强的伽马射线就大显身手了。
γ射线可以探查300毫米厚度的钢板，方法是在被检查物体后面放上感光胶片，采用伽马射线照射被检查物体，伽马射线透过物体会在胶片上感光，从而留下影像，人们通过对这些影像的分析，就能够了解这个物体有没有问题，是否合格。

文章插图
文章插图
而医疗中常用的是伽马刀和放射疗法。X射线在医疗中也起着很大作用，但主要用作人体影像检查，可以看到人体内部的状态。而伽马射线能量比X射线要大很多，可以透过人体表面杀死体内病灶，这样就无须留下创伤就可杀死体内癌细胞肿瘤，减少对人体伤害，还可触及到创伤手术能以达到的部位。
工业探伤和用于医疗的放射源，采用的是放射性元素在β衰变时，会释放出伽马射线的原理，一般采用钴-60 。钴-60是钴的放射性同位素之一，半衰期为5.27年，它会通过β衰变释放出高达315keV的高速电子，衰变成镍60，在这同时释放出两束γ射线。
人类现在还能够制造高能量伽马射线
现在，人类不但可以利用自然界的伽马射线造福人类，科学家们还制造出了高能量的伽马射线。2011年9月，英国斯特拉斯克莱德大学的蒂诺·亚诺辛斯基教授领导的一个团队，发现超短激光脉冲可以和电离气体发生反应，并产生一束极其强大的激光。

文章插图
文章插图
亚罗辛斯基教授团队得到的这束激光，比太阳亮1万亿倍，可以穿透20cm厚度的铅板，1.5米厚度的混凝土墙才能够彻底屏蔽它。
太阳电磁波谱中最多的是480nm波段的可见光，比这个波长短1万亿倍，波长则为这样就是4.8*10^-21m，这么短波长的电磁波对应频率为6.25*10^28Hz，这无疑是一束能量极强的伽马射线。

文章插图
文章插图
这个创造发现意义重大，未来有可能用于诸多领域，如更好地实现医疗成像、放射疗法，还能够更广泛地用于工业和科学实验。由于其持续时间仅有1千万分之一秒，快到足以捕获原子核对激发的反应，可以进一步促进对原子核的深入研究。
因此，人类早就认识和掌握了伽马射线的原理，并且早就开始利用这个自然规律造福人类。不知道我的回答是否解开了这位朋友的疑问呢?感谢阅读，欢迎讨论。
时空通讯原创版权，侵权抄袭是不道德的行为，敬请理解合作。