Elektromagnetisch spectrum: gammastraling

Gammastraling is net als zichtbaar licht een onderdeel van het elektromagnetische spectrum. Het grote verschil tussen gammastraling en zichtbaar licht is de hoeveelheid energie die de desbetreffende fotonen bezitten. De fotonen van gammastraling bezitten ongeveer 10.000 maal zoveel energie als de fotonen van zichtbaar licht. De hoeveelheid energie dat een foton bezit is te meten aan de hand van de golflengte/frequentie. Ondanks dat gammastraling zeer schadelijk kan zijn voor levende cellen hebben wetenschappers toch een aantal verrassende toepassingen gevonden voor deze hoog energetische straling.

Inhoud

• Ontdekking van gammastraling
• Eigenschappen van gammastraling
• Hoe ontstaat gammastraling?
• Bronnen van gammastraling
• De gevaren van gammastraling
• Toepassingen van gammastraling in het dagelijkse leven
• Kosmische gammastraling

Ontdekking van gammastraling

Natuurkundigen schrijven de ontdekking van gammastraling toe aan Antoine Henri Becquerel. Antoine Henri Becquerel was een Franse natuurkundige die leefde van 1852 tot 1908. Bij toeval ontdekte hij in 1896 radioactiviteit. Hij kwam, na experimenten in een onderzoek naar fluorescentie met uraniumzout, tot de ontdekking dat uraniumzout altijd sporen achterlaat op een fotografische plaat. Röntgenstraling was net in 1895 ontdekt en zodoende nam Becquerel aan dat uraniumzout een onzichtbare en doordringende straling uitzond. Hij noemde deze straling rayons uraniques (uraniumstralen). Nu weten we echter dat hij gammastraling had ontdekt die door Radium-226 (aanwezig in het uraniumzout) werd uitgezonden. De SI-eenheid voor radioactiviteit, de becquerel (Bq), is naar hem vernoemd.

Eigenschappen van gammastraling

Enkele bijzonderheden van gammastraling zijn:

• Gammastraling heeft de hoogste frequentie van alle straling in het elektromagnetische spectrum..
• Gammafotonen hebben geen massa en geen elektrische lading, het is pure elektromagnetische energie.
• Het symbool voor gammastraling is de Griekse letter γ (van gamma)
• Net als alle andere elektromagnetische straling reizen ze met de lichtsnelheid (300.000 kilometer per seconde).
• De golflengte is zo kort dat deze moet worden gemeten in delen van nanometers. De golflengte zit tussen de 3/100ste en 3/1000ste van een nanometer.
• Gammastraling is ioniserende straling. Gammastraling heeft voldoende energie om een elektron uit de buitenste schil van een atoom te stoten. Het atoom is hierdoor een positieve lading in plaats van neutraal te zijn, het atoom wordt dus geïoniseerd.
• De hoeveelheid energie is evenredig met de frequentie en bedraagt voor gammastraling enkele tot vele MeV (Mega-elektronvolt)

Hoe ontstaat gammastraling?

Er zijn verschillende manieren waardoor gammastraling kan ontstaan. Zoals we bij de ontdekking van gammastraling hebben kunnen lezen, kan gammastraling ontstaan door radioactief verval van atoomkernen. In tegenstelling tot bijvoorbeeld röntgenstraling ontstaat gammastraling in atoomkernen. Röntgenstraling ontstaat in de elektronenwolk die de atoomkern omringt.
Andere processen waarbij gammastraling ontstaat zijn:

• Neutronenvangst: atoomkernen kunnen een extra neutron invangen. Hierdoor komt de atoomkern vaak in aangeslagen toestand. Om de overtollige energie kwijt te raken stoot de atoomkern gammastraling uit.
• Overgangen tussen energieniveaus in atoomkernen.
• Tijdens het proces van kernfusie, kernsplitsing
• Bij een botsing tussen een deeltje en zijn/haar antideeltje.
• Tijdens onweersbuien: waarbij statische elektrische velden ontstaan die de elektronen versnellen. Deze versnelde elektronen komen daarna in botsing met andere atomen in de atmosfeer en worden afgeremd. Hierdoor ontstaat remstraling (ook wel Bremsstrahlung genoemd) in de vorm van gammastraling.

Bronnen van gammastraling

Veel van bovenstaande atoomreacties doen zich voor in het binnenste van sterren. Hierdoor zijn sterren en dus ook onze zon een grote bron van gammastraling. Ook vindt tijdens andere gebeurtenissen in het universum processen plaats waarbij gammastraling ontstaat, zoals bij: pulsars, quasars en supernova-explosies.

Gelukkig is onze aarde voorzien van een hele dikke atmosfeer (circa 100 km dik). De mate waarin straling door de atmosfeer wordt geabsorbeerd, gereflecteerd of doorgelaten hangt af van de golflengte van de straling maar ook van de soort materie waar de straling op valt. Gammastraling verliest veel van zijn energie in de atmosfeer doordat de fotonen botsen tegen de kernen van andere atomen die in de atmosfeer aanwezig zijn.

De gevaren van gammastraling

Gammastraling is de meest energierijke straling van het elektromagnetische spectrum. Gammastraling gaat dan ook bijna overal doorheen, willen we gammastraling tegenhouden dan hebben we daar op zijn minst lood of beton voor nodig. Langdurige of regelmatige blootstelling aan gammastraling kan cellen beschadigen en hierdoor kunnen verschillende soorten kanker ontstaan. Ook kunnen er mutaties bij levend weefsel optreden waarvoor ongeboren baby's extra kwetsbaar zijn.

Toepassingen van gammastraling in het dagelijkse leven

Hoewel gammastraling gevaarlijk kan zijn voor de gezondheid hebben wetenschappers toch verschillende toepassingen voor deze energierijke straling gevonden, dit zijn onder andere:

• Sterilisatie: aangezien gammastraling levende cellen kan doden wordt dit ingezet om microben en bacteriën op groente en fruit te doden. Ook wordt deze techniek in ziekenhuizen gebruikt voor het steriliseren van de medische gebruiksvoorwerpen.
• Behandeling van sommige soorten kanker: dit werkt doordat gezonde cellen zichzelf kunnen herstellen van een gedoseerde dosis gammastraling maar kankercellen niet. Het is hierbij wel belangrijk om de juiste hoeveelheid straling te doseren.

Kosmische gammastraling

Zoals we hebben gezien bij "bronnen van gammastraling" is het niet verwonderlijk dat er in het universum gigantisch veel stralingsbronnen rond zweven.

Gammaflitsen

Dagelijks krijgt de aarde vanuit het heelal een gammaflits te verduren. Een beetje gammaflits (bijvoorbeeld van een supernova-explosie) stoot binnen een paar seconde een enorme hoeveelheid energie het heelal in, zelfs meer energie dan bijvoorbeeld onze zon tijdens zijn gehele levensduur kan produceren. Gelukkig doen dit soort gammaflitsen zich voor op zulke grote afstanden van de aarde dat wij hier geen hinder van ondervinden.

Lees verder

• Het elektromagnetisch spectrum
• Entropie, de orde of wanorde van energie
• Elektromagnetisch spectrum: röntgenstraling
• Neutronensterren, bizarre hemelobjecten
• Elektromagnetisch spectrum: infrarode straling