Tia Gamma Là Gì? 2 Ứng Dụng Thực Tế Của Tia Gamma | Van điện Đài Loan

Tia gamma được biết đến là một trong những loại tia bức xạ được ứng dụng nhiều trong ngành Y học Việt Nam, có nhiều ứng dụng thực tế đối với sức khỏe con người. Vậy tia gamma thật sự có nguồn gốc từ đâu và được ứng dụng như thế nào?

Khái quát về tia gamma

Trước sự phát triển của công nghệ hiện đại, việc ứng dụng các thành tựu khoa học vào cuộc sống cũng dần được phổ biến. Một trong số đó, không thể không nhắc đến tia gamma, một loại tia bức xạ được ứng dụng nhiều trong đời sống hàng ngày.

Tia gamma là gì?

Tia gamma được biết đến như một loại bức xạ điện từ, hay còn gọi là quang tử có tần số cao, được ký hiệu là γ. Điểm đặc biệt của loại tia này chính là việc nó sở hữu bản chất của một tia sáng đúng nghĩa và không nghiêng về cực âm hoặc dương của tụ điện.

So với các loại sóng điện tử, tia hồng ngoại, tia UV hay tia X, tia gamma sở hữu bước sóng khá thấp và được đánh giá là thấp nhất so với các tia khác nhưng lại sở hữu tần số cao nhất, khoảng 1020 đến 1024Hz.

Tuy nhiên, loại tia này sở hữu khả năng Ion hóa cực cao và được cho là mối nguy hiểm đối với các loại sinh vật sống trên Trái Đất. Khi Ion hóa mất dần, loại tia này sẽ không còn sở hữu tính chất của bước sóng và sẽ xuất hiện vệt Ion hóa có dạng đường thẳng của từng Photon. Chính vì vậy, tia gamma được nhắc đến như một loại “hạt” trong các báo cáo nghiên cứu vật lý học và không thể áp dụng phương pháp truyền thống như sóng điện từ hoặc quang học.

Nếu tia gamma được sinh ra từ phản ứng hạt nhân sẽ có:

• Các đồng vị mang tính phóng xạ như Kali được phân rã.
• Các hạt sẽ có tương tác qua lại như phá hủy cặp Electron và Positron hoặc Neutron va đập vào và gây vỡ hạt nhân Urani.

Nguồn gốc của tia gamma

Tia gamma vốn được phát hiện vào năm 1900 bởi nhà Khoa học người Pháp Paul Villard khi đang thực hiện cuộc nghiên cứu về bức xạ của radio. Đến năm 1903, nhà Vật lý Ernest Rutherford đặt tên là “tia gamma”.

Thông thường, tia gamma được sinh ra bởi sự phân rã của các phóng xạ tự nhiên trên Trái Đất và bức xạ thứ cấp đến từ các tương tác qua lại của các hạt tồn tại trong tia vũ trụ.

Có rất nhiều quá trình được cho là có khả năng tạo ra tia gamma, kéo theo là các điện từ có năng lượng cao, tạo ra các tia gamma thứ cấp thông qua cơ chế bức xạ hãm, kết hợp cùng Compton ngược và bức xạ của điện tử.

Tuy nhiên, hầu hết các tia gamma đều bị bầu khí quyển của Trái Đất chặn lại. Chính vì vậy, để có thể phát hiện ra được loại tia này chỉ có thể phát hiện tại các nghiên cứu của các trạm được tại không gian hoặc các loại tàu vũ trụ.

Năm 1960, cuộc nghiên cứu tên Apollo và Ranger đã quan sát được những tia gamma đầu tiên. Đến năm 1970, vệ tinh SAS-2 và COS-2B đã thực hiện cuộc khảo sát về tia gamma đầu tiên trên bầu trời và được các vệ tinh của chương trình HEAO – High Energy Astronomy Observatory Progaram do chính NASA thực hiện vào những năm cuối thập kỷ 70 và cuối cùng là vệ tinh Granat vào cuối năm 90.

Nguyên lý hoạt động tia gamma

Sở dĩ, trong vũ trụ có đầy bức xạ của tia gamma là bởi loại tia này xảy ra tại các phản ứng tổng hợp cũng như phân bạch hạt nhân khi hạt nhân phóng xạ, tạo nên một loại hạt nhân mới sau khi Alpha và Beta được phân rã.

Quá trình phản ứng tổng hợp hạt nhân tiếp tục được diễn ra trong vòng ¼ bán kính thể tích của Mặt trời, chủ yếu là tạo ra chuỗi phản ứng của Proti, rồi đến Deuterium và Heli-3, giải phóng được Photon Gamma, Neutrino và Positron.

Quá trình này được ghi nhận thành lý thuyết Photon bên trong Mặt trời, có độ lan truyền nhanh nhất trong chân không với tốc độ lên đến 300.000km/giây,

Ngoài ra, các tia gamma còn được tạo ra bởi phản ứng tổng hợp hạt nhân và bức xạ từ các ngôi sao ngoài vũ trụ hoặc những vụ nổ do va chạm siêu tân tinh của thiên hà cũng như các vụ nổ tia gamma khác.

Khi con người hoạt động ở bên ngoài khí quyển, tia gamma sẽ ảnh hưởng trực tuyến đến cơ thể. Chính vì vậy, các phi hành gia luôn phải mặc đồ bảo hộ vụ trụ đảm bảo chất lượng theo đúng quy định để bảo vệ cơ thể khỏi tác hại mà tia gamma mang đến.

Được biết, tia gamma có khả năng xuyên thấu cực lớn, ngoại trừ những loại vật liệu có mật độ cao như tấm chì mới có thể ngăn chặn được phần nào sự xuyên thấu của loại tia này.

Tác hại của tia gamma lên cơ thể sống

Như đã nói ở trên, việc sở hữu bước sóng nhưng có nguồn năng lượng cực lớn mà tia gamma được cho là vô cùng nguy hiểm đối với cơ thể sống. Do cấu tạo của sinh vật sống trên Trái Đất đều từ các các tế bào với DNA vật chất di truyền cho mỗi tế bào.

Việc cơ thể bị tiếp xúc với tia chiếu xạ sẽ khiến cho tế bào người bị các tia chiếu xạ này xâm nhập và thực hiện quá trình Ion hóa. Từ đó, các tia này sẽ xâm nhập vào các phân tử hữu cơ phức tạp của tế bào rồi phá hủy các mô tế bào đó.

Thông thường, DNA trong cơ thể sẽ có dạng chuỗi xoắn kép và có chiều dài khoảng 2m.Nhưng nếu các chuỗi xoắn kép này được mở ra và kết nối với nhau thì nó có thể đến Mặt trời 300 lần từ Trái Đất.

Tuy nhiên, do đường kính của các vòng xoắn DNA chỉ vào khoảng 2mm nên khi có sự xâm nhập của tia gamma, cấu trúc của chúng sẽ bị gián đoạn và phá vỡ. Hay nói một cách khác, nếu tia gamma chiếu xạ vào cơ thể sinh vật, sẽ khiến cho sinh vật đó mất đi sự sống do liên kết phân tử DNA bị phá vỡ hoàn toàn. Nếu tia gamma không lớn thì liên kết của DNA sẽ bị tổn thương và chết dần.

Ứng dụng của tia gamma trong cuộc sống

Tia gamma đang được ứng dụng rộng rãi trong y học và phát hiện các lỗ hổng trong công nghiệp.

Ứng dụng trong y học

Mặc dù được đánh giá là có độ nguy hiểm nhất định đối với sự sống của các loại sinh vật trên Trái Đất nhưng trong Y học, loại tia này cũng mang đến nhiều công dụng nhất định.

Cụ thể, tia gamma có khả năng phá hủy các tế bào ung thư và được sử dụng làm “dao mổ” với tên gọi là “dao mổ tia gamma”. Ngoài ra, chúng còn được áp dụng kỹ thuật tổng hợp thành một chùm tia gamma lớn để đẩy sự tập trung đổ dồn vào các tế bào cần được phá hủy.

Tuy mỗi chùm tia gamma khá nhỏ và không gây tổn hại nhiều đến các mô khỏe mạnh khác trong cơ thể nhưng vẫn đủ cường độ để phá hủy các tế bào cần thiết. Đặc biệt, đối với ung thư não, việc sử dụng tia gamma để điều trị và tiêu hủy các tế bào bị hư hỏng lại mang đến độ hiệu quả nhất định và được đánh giá là đảm bảo an toàn cho não bộ vì không gây cản trở trong quá trình thực hiện phẫu thuật so với việc sử dụng các loại dao mổ khác.

Bên cạnh đó, việc ứng dụng tia này trong quá trình điều trị các bệnh lý như ung thư, dị dạng mạch máu, chức năng não, giúp định vị các tổn thương một cách đơn giản và nhanh nhất để mang đến độ hiệu quả nhất định trong quá trình điều trị. Nhưng mức chi phí để thực hiện phương pháp này tại nước ta hiện nay lại vô cùng thấp so với những nước khác, chỉ vào khoảng ⅙ đến ⅛ chi phí của các phương pháp thông thường.

Hiện nay, con người đã có thể tạo ra tia gamma năng lượng cao. Nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Strathclyde của Anh quốc đã phát hiện ra các xung laser siêu ngắn có khả năng phản ứng với các chất khí Ion hóa để tạo ra các chùm tia laser khác mạnh hơn.

Chùm tia laser này được đánh giá là có độ sáng lớn hơn 1 nghìn tỷ lần so với Mặt trời và có thể xuyên qua một tấm chì có độ dày 20cm và chỉ được ngăn chặn hoàn toàn bởi một bức tường dày 1.5m làm bằng bê-tông.

Tuy ngắn hơn độ sáng của Mặt trời 1 nghìn tỷ lần nhưng ánh sáng được nhìn thấy trong quang phổ điện tử của Mặt trời lên đến 480mm, tương đương: 4.8 x 10-21m, có tần số tương ứng với sóng điện từ bước sóng ngắn là 6.25 x 1028Hz và được xem là chùm tia gamma mạnh nhất từ trước đến nay.

Nhờ khám phá này mà tia gamma được biết đến rộng rãi và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực hữu ích trong cuộc sống của con người như hình ảnh Y tế, xạ trị, thí nghiệm và nghiên cứu Khoa học, nông nghiệp.

Bên cạnh đó, chúng còn xuất hiện trong bài nghiên cứu này có thời gian tồn tại là 10 phần triệu giây, vừa đủ để ghi lại phản ứng hạt nhân do kích thích, là nền tảng hữu ích và thuận lợi để thực hiện các cuộc nghiên cứu hạt nhân sau này.

Có thể thấy rằng, tia gamma là một loại tia có nhiều mối nguy hiểm nhưng cũng mang đến nhiều lợi ích, được ứng dụng rộng rãi trong Y học và được đánh giá là phương pháp điều trị ung thư hiệu quả, an toàn.

Ứng dụng trong công nghệ cơ khí

Bên cạnh y tế, tia Gamma còn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp. Chúng giúp con người phát hiện các lỗ hổng. Đây chính là phương pháp chụp ảnh phóng xạ bằng việc sử dụng tia Gamma. Hay tia X phóng xuyên qua phim. Năng lượng được truyền qua tùy theo mật độ sẽ cho ta biết vị trí nào bị khuyết tật.  Nhờ hình ảnh rõ ràng với độ chính xác cao. Đây là một phương pháp được sử dụng khá phổ biến trong lĩnh vực cơ khí.

Trên đây là những chia sẻ của Van Điện Đài Loan về tia Gamma và những ứng dụng của chúng trong cuộc sống. Hi vọng bài viết này đã cung cấp thêm cho bạn những thông tin bổ ích.

Cập nhật lúc 10:40 – 27/12/2022