Trong vật lý phổ thông, chúng ta đã quen thuộc với tia alpha, tia beta, vậy còn tia gamma là gì? Nó có ứng dụng gì trong đời sống và y học không? Bài viết dưới đây ta sẽ cùng đi tìm câu trả lời.

Tia gamma là gì?

Tia gamma là một dạng bức xạ điện từ, giống như sóng vô tuyến, bức xạ hồng ngoại, bức xạ tử ngoại, tia X và vi sóng. Tia gamma có thể được dùng để điều trị ung thư, còn các vụ nổ tia gamma thì được nghiên cứu bởi các nhà thiên văn học.

Bức xạ điện từ lan truyền dưới dạng sóng hoặc hạt ở những bước sóng và tần số khác nhau. Vùng rộng bước sóng này được gọi là phổ điện từ. Phổ điện từ thường được phân chia thành bảy vùng theo trật tự giảm dần bước sóng và tăng dần năng lượng và tần số. Các vùng đó là sóng vô tuyến, vi sóng, hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tử ngoại, tia X, và tia gamma.

Tìm hiểu thêm: Tia đối là gì?

Tia gamma rơi vào vùng phổ điện từ phía trên tia X mềm. Tia gamma có tần số lớn hơn khoảng 1018 Hz, và bước sóng nhỏ hơn 100 pico-mét (pm). (Một pico-mét là một phần nghìn tỉ của một mét.) Chúng chiếm giữ chung vùng phổ điện từ với tia X cứng. Khác biệt duy nhất giữa chúng là nguồn phát: tia X được tạo ra bởi các electron đang gia tốc, còn tia gamma được tạo ra bởi các hạt nhân nguyên tử.

Tia gamma có nguồn gốc từ đâu?

Tia gamma chủ yếu được tạo ra bởi bốn phản ứng hạt nhân khác nhau: nhiệt hạch, phân hạch, phân rã alpha và phân rã gamma. Nhiệt hạch là phản ứng cấp năng lượng cho mặt trời và các ngôi sao. Nó xảy ra trong một quá trình nhiều bước trong đó bốn proton, hay hạt nhân hydrogen, bị nén dưới nhiệt độ và áp suất cực cao để hợp nhất thành một hạt nhân helium gồm hai proton và hai neutron. Hạt nhân helium thu được nhẹ hơn bốn proton khoảng 0,7% khối lượng. Độ chênh lệch khối lượng đó biến đổi thành năng lượng theo phương trình Einstein nổi tiếng E = mc², với khoảng hai phần ba năng lượng đó được phát ra dưới dạng tia gamma. (Phần còn lại ở dạng neutrino, những hạt tương tác cực kì yếu với khối lượng gần như bằng không.) Trong những giai đoạn cuối của cuộc đời của một ngôi sao, khi nó cạn kiệt nhiên liệu hydrogen, nó có thể tạo ra các nguyên tố mỗi lúc nặng hơn qua sự hợp nhất hạt nhân và trong đó có sắt, nhưng những phản ứng này tạo ra một lượng năng lượng giảm dần ở từng giai đoạn.

Xem thêm: Tia chớp là gì?

Các nguồn phát tia gamma khác là phân rã alpha và phân rã gamma. Phân rã alpha xảy ra khi một hạt nhân nặng giải phóng một hạt nhân helium-4, giảm số nguyên tử của nó đi 2 và giảm trọng lượng nguyên tử của nó đi 4. Quá trình này có thể để lại hạt nhân với năng lượng thừa, và năng lượng đó được phát ra dưới dạng tia gamma. Phân rã gamma xảy ra khi có quá nhiều năng lượng trong hạt nhân của một nguyên tử, làm cho nó phát ra tia gamma mà không làm biến đổi điện tích hay thành phần khối lượng của nó.

Ứng dụng tia Gamma trong y học?

Tia gamma vừa nguy hiểm vừa có thể hữu ích. Để phá hủy các tế bào ung thư não và các chứng bệnh khác, các nhà y học thỉnh thoảng sử dụng “dao mổ tia gamma”. Kĩ thuật sử dụng nhiều chùm tia gamma tập trung vào các tế bào cần phá hủy. Vì mỗi chùm tia tương đối nhỏ, nên nó ít gây tổn hại cho các mô não khỏe mạnh. Nhưng nơi chúng tập trung, lượng bức xạ có cường độ đủ mạnh để tiêu diệt các tế bào ung thư. Vì não là cơ quan tinh vi, nên dao mổ tia gamma là một phương thức tương đối an toàn để tiến hành những loại phẫu thuật nhất định gây khó khăn đối với dao mổ thông thường.

Tia gamma dùng trong phẫu thuật, điều trị các căn bệnh liên quan đến khối u, dị dạng mạch máu, các bệnh chức năng của não. Tia gamma sẽ giúp các các bác sĩ định vị chính xác các vị trí tổn thương để việc điều trị đạt hiệu quả cao. Một ca phẫu thuật thực hiện bằng phương pháp này tại Việt Nam có chi phí chỉ bằng 1/6 hoặc 1/8 so với các nước trong khu vực.

Việc sử dụng tia gamma trong y tế cần kiểm soát, có yêu cầu bắt buộc kiểm xạ đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người.