伽马射线为什么可以改变人类的DNA?
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发布时间：2022-05-05 05:52
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时间：2023-10-11 17:53
伽马射线是一种电磁辐射，与无线电波、红外辐射、紫外线辐射、X射线和微波辐射一样。伽马射线可以用来治疗癌症，而伽马射线暴是天文学家的主要研究热点。电磁辐射可以以不同波长和频率的波或粒子的形式传播。波长范围称为电磁频谱，一般分为七个部分。随着波长的减小，能量和频率将增加。这七个部分通常是无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。
伽马射线在电磁频谱中的位置高于软X射线，其频率大于1018hz/s，波长小于100pim（一个PIM相当于一米的万亿分之一）。伽马射线和硬X射线在电磁频谱中的位置重叠，难以区分。在天体物理学和其他领域，科学家会强行划出一条分界线，将高于某一特定波长的射线列为X射线，低于某一特定波长的射线列为伽马射线。伽玛射线和X射线属于高能辐射，能破坏生物组织。然而，宇宙中几乎所有的伽马射线都会被地球大气层所阻挡。
伽马射线是1900年法国化学家保罗·维拉德在研究镭辐射时首次发现的。几年后，化学家、物理学家欧内斯特·卢瑟福根据核反应产生的α射线和β射线，提出了“伽马射线”的名称，并一直沿用至今。γ射线主要由四种核反应产生：核聚变、核裂变、α衰变和γ衰变。
聚变是太阳和其他恒星的能量来源。反应分几个步骤进行。在极端高温高压下，四个质子或氢原子核*聚集成一个氦原子核，其中含有两个质子和两个中子。氦原子核的质量比原来的四个质子的质量大约少0.7%。根据爱因斯坦的质能方程E=MC^2，质量差将转化为能量，三分之二的能量将以伽马射线的形式释放出来。（剩余的能量以中微子的形式释放，中微子是相互作用非常弱、质量几乎为零的粒子）。在恒星寿命结束时，当氢燃料耗尽时，由聚变产生的元素变得越来越重，一直到铁。但每个阶段产生的能量也会减少。
伽马射线的另一个来源是裂变，这应该不奇怪。劳伦斯伯克利国家实验室对核裂变的定义是，一个较重的核*成大致相等的两半，然后变成较轻元素的核。这个过程涉及到与其他粒子的碰撞。当铀和钋等重核受到其他粒子的轰击时，它们会*成氙和锶等较轻的元素。轰击产生的新粒子将与其他重核碰撞，形成连锁反应。这个过程也释放能量，因为裂变产生的粒子总质量比原来的重核质量要低。这个质量也以动能、中微子和较小核的伽马射线的形式转化为能量。
α衰变和γ衰变也能产生γ射线。当重核释放氦-4核，原子数减少2，原子质量减少4时，α衰变发生。这一过程将导致过剩的核能，并以伽马射线的形式释放出来。如果原子核中有太多的能量，就会发生伽马衰变，发出伽马射线，而不改变原子核的电荷或质量组成。
伽玛射线治疗
伽玛射线可以破坏肿瘤细胞的DNA，所以它们有时被用来治疗恶性肿瘤。但使用这种疗法时必须小心，因为伽玛射线也会损害周围健康组织细胞的DNA。
一种最大化对癌细胞的辐射并同时最小化对健康细胞的辐射的方法是通过线性加速器将不同方向的多个伽马射线聚焦在小区域上。这就是电脑刀和伽玛刀治疗的原理。
伽玛刀放射外科使用一种特殊装置，近200个放射物击中脑瘤或其他目标。每束辐射对通过的脑组织影响不大，但交界处的辐射剂量较大。
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