Gamma sabrukšana

Apskatīt video Khan Academy platformā: Khan AcademyGamma decay

Transkripts:
00:00
- [Instruktors] Ja smadzenēs dziļi iekšā ir audzējs,
00:02
kā no tā atbrīvoties,
00:03
nesabojājot veselos audus?
00:05
Viens no veidiem ir procedūra,
00:08
ko sauc par gamma naža radioķirurģiju.
00:10
Smieklīgi ir tas,
00:12
ka tajā neizmanto nazi un tā nav arī ķirurģija.
00:15
Tā vietā tajā izmanto radioaktīvo gamma sabrukšanu.
00:18
Bet kas īsti ir gamma sabrukšana,
00:20
un kā tā iznīcina audzēju,
00:21
neiznīcinot veselos audus?
00:24
Un kāpēc mēs izmantojam gamma sabrukšanu,
00:25
nevis alfa vai beta sabrukšanu?
00:27
Noskaidrosim.
00:29
Sāksim ar kaut ko, ko jau esam redzējuši.
00:32
Ja ir nestabili kodoli,
00:34
tad tie piedzīvos alfa vai beta sabrukšanu
00:38
un kļūs stabilāki.
00:39
Mēs daudz par to esam runājuši citos video
00:42
par alfa un beta sabrukšanu. Ja vēlies uzzināt vairāk,
00:45
vari tos noskatīties.
00:46
Bet šeit svarīgi ir tas,
00:48
ka meitas kodoli dažreiz var būt ierosināti.
00:53
Ko tas nozīmē?
00:54
Mēs par to jau esam dzirdējuši, vai ne?
00:56
Runājot par atomiem un elektroniem,
00:58
mēs droši vien jau zinām, ka, ja paņem atomu,
01:00
jebkuru atomu ar elektroniem ap to,
01:03
elektroni var atrasties dažādos enerģijas līmeņos.
01:06
Parasti elektroniem patīk atrasties zemākajā enerģijas līmenī,
01:09
ko mēs saucam par pamatstāvokli.
01:12
Bet, ja tam kaut kā varētu pievadīt pietiekami daudz enerģijas,
01:15
tad varētu panākt, ka elektrons pāriet
01:18
uz augstāku enerģijas līmeni.
01:19
To mēs saucam par ierosinātu stāvokli.
01:22
Ierosināts stāvoklis būtībā nozīmē,
01:23
ka elektrons ir kādā augstākā enerģijas līmenī.
01:27
Elektroniem nepatīk palikt šajā stāvoklī
01:29
ilgu laiku,
01:30
un tāpēc tie ātri pāries atpakaļ uz pamatstāvokli.
01:33
Un, kad viņi to dara, enerģijas starpība
01:36
tiek izstarota kā gaismas fotons.
01:40
Un tieši tas notiek, piemēram, LED diodēs,
01:43
kādas mūsdienās ir daudzos lukturīšos.
01:45
Kad caur LED plūst strāva,
01:47
tās elektroni tiek ierosināti
01:49
uz augstāku enerģijas līmeni.
01:50
Un tad, kad tie atgriežas pamatstāvoklī,
01:52
tie atbrīvo enerģijas fotonu, un tāpēc LED spīd.
01:57
Un zini ko?
01:58
Kaut kas ļoti līdzīgs notiek arī šeit.
02:01
Izrādās, tāpat kā ar elektroniem,
02:03
un tieši tāpat kā elektroniem,
02:05
arī protoniem un neitroniem ir dažādi enerģijas līmeņi
02:09
kodolā.
02:11
Un, kad veidojas meitas kodols
02:14
pēc alfa vai beta sabrukšanas,
02:15
dažreiz protoni un neitroni
02:18
var atrasties augstākos enerģijas līmeņos.
02:21
Tieši to mēs domājam, sakot, ka kodols ir ierosināts.
02:25
Kas notiks tālāk?
02:27
Tāpat kā ar elektroniem,
02:29
protoni un neitroni pāries uz pamatstāvokli,
02:33
un, to darot, tie atbrīvos gaismas fotonu.
02:38
Un šo gaismas fotonu mēs saucam par gamma starojumu.
02:42
Un šo sabrukšanu mēs saucam par gamma sabrukšanu.
02:46
Gamma starojums ir tikai gaismas elektromagnētiskie viļņi.
02:52
Paga, tas nozīmē, ka radioaktīvā sabrukšanā rodas gaisma.
02:56
Vai tāpēc radioaktīvas lietas
02:58
parasti spīd zaļganā krāsā?
03:02
Viss šķiet pilnīgi loģiski, vai ne?
03:03
Ak, nē.
03:05
Šīs fotogrāfijas un tās, ko redzat multfilmās,
03:07
ir ļoti maldinošas.
03:09
Radioaktīvas vielas tā nespīd,
03:11
bet kāpēc tās izstaro gaismu?
03:14
Lai to saprastu, mums ir jāsaprot,
03:16
mums jāapskata elektromagnētisko viļņu skala.
03:19
Elektromagnētiskie viļņi, tā kā tie ir viļņi,
03:23
var būt ar dažādiem viļņu garumiem.
03:25
Ja ir lieli viļņu garumi,
03:26
mēs tos parasti saucam par radioviļņiem vai mikroviļņiem.
03:29
Un īsāki viļņu garumi
03:30
ir tie, kas tuvojas ultravioletajai gaismai un rentgenstariem.
03:33
Un šeit uzreiz var redzēt,
03:35
ka mūsu acis ir jutīgas tikai
03:37
pret noteiktu viļņu garuma diapazonu.
03:40
Tagad jautājums būtu,
03:41
kas nosaka viļņa garumu?
03:43
Viļņa garums ir atkarīgs no enerģijas,
03:46
kas piemīt fotonam.
03:47
Jūs varbūt atceraties, ka gaismai ir gan viļņa daba,
03:51
gan daļiņas daba.
03:52
Fotoni ir gaismas daļiņas.
03:54
Izrādās, ka, ja ir zemas enerģijas fotoni,
03:57
būs lielāks viļņa garums.
03:59
Starp tiem pastāv apgriezta sakarība.
04:01
Un, ja ir augstākas enerģijas fotoni,
04:03
būs īsāks viļņa garums,
04:05
jo lielāka enerģija, jo īsāks viļņa garums.
04:07
Ja mēs aplūkojam fotonus,
04:08
kas rodas no elektronu pārejām LED diodēs,
04:11
tad to enerģija ir šajā reģionā,
04:14
un tāpēc mēs to varam redzēt.
04:16
Būs arī daži fotoni, kas atrodas infrasarkanajā
04:18
un ultravioletajā reģionā, kurus mēs nevaram redzēt,
04:20
bet daudzi no tiem būs redzamajā reģionā.
04:22
Tagad jautājums būtu,
04:25
kāda būtu gamma fotonu enerģija?
04:28
Izrādās, ka gamma starojumam,
04:30
šiem fotoniem ir daudz, daudz lielāka enerģija
04:35
nekā tām enerģijām, ko mēs iegūstam šeit.
04:37
Un tam ir zināma jēga,
04:38
jo spēki, ar kuriem mēs šeit saskaramies,
04:41
ir stiprie kodolspēki, kas ir daudz, daudz spēcīgāki
04:45
par elektromagnētiskajiem spēkiem, ar kuriem mums ir darīšana.
04:48
Kad protons vai neitrons ierosinātā kodolā
04:53
pārlec no augstākas enerģijas uz zemāku enerģiju,
04:56
atbrīvotajam fotonam būs daudz lielāka enerģija,
05:00
salīdzinot ar fotoniem, kas atbrīvojas šeit.
05:03
Gamma starojuma enerģija
05:05
noteikti ir lielāka nekā redzamajai gaismai,
05:08
lielāka pat par rentgenstariem.
05:10
Faktiski izrādās, ka tā ir visaugstākā
05:13
no visiem elektromagnētiskajiem viļņiem.
05:18
Gamma starojumam ir visaugstākās enerģijas fotoni,
05:21
tāpēc tas noteikti ir neredzams mūsu acīm.
05:25
Tātad, lai gan tas izstaro gamma starojumu,
05:28
kas ir elektromagnētiskie viļņi,
05:29
kas tehniski ir gaisma, mēs to nevaram redzēt.
05:32
Un skaidrs,
05:33
ka radioaktīvā sabrukšana neliks vielām spīdēt.
05:37
Ir materiāli, kas spīd dažādu iemeslu dēļ,
05:41
bet, kad tie spīd, varat iedomāties, ka spīdums,
05:43
viss, ko redzat, atrodas redzamajā reģionā,
05:46
un tāpēc fotoniem ir jābūt nākušiem no
05:48
elektronu pārejām, nevis no kodola.
05:52
Lai kliedētu šo nepareizo priekšstatu,
05:54
mēs iekrāsosim šos fotonus citā krāsā.
05:57
Piemēram, rozā.
05:58
Labi, apskatīsim piemēru.
06:00
Piemēram, ja ņemam kobaltu-60,
06:03
tas ir radioaktīvs izotops,
06:05
tas pārvēršas par niķeli-60 beta sabrukšanas ceļā.
06:09
Atkal, pārāk neuztraucieties
06:10
par beta sabrukšanas detaļām.
06:12
Mēs to apskatījām kādā citā video.
06:13
Bet šeit svarīgi ir tas, ka šis niķelis,
06:17
meitas kodols, ko iegūsi,
06:19
būs ierosinātā stāvoklī.
06:20
Un veids, kā mēs to parādām, ir uzzīmējot
06:23
šeit zvaigznīti.
06:24
Un tad šis niķelis piedzīvos gamma sabrukšanu.
06:28
To darot, niķeļa kodols būs atgriezies pamatstāvoklī.
06:32
No tā uzreiz
06:33
var redzēt dažas atšķirības starp gamma sabrukšanu
06:36
un alfa un beta sabrukšanu.
06:38
Pirmkārt, gamma sabrukšana parasti notiek
06:41
kopā ar alfa un beta sabrukšanu.
06:43
Tā reti notiek pati par sevi.
06:46
Tam ir jēga, vai ne?
06:47
Jo, kad ir notikusi alfa un beta sabrukšana,
06:51
tad meitas kodoli būs ierosinātā stāvoklī,
06:54
un tad, kad tie atgriežas pamatstāvoklī,
06:57
tad rodas gamma fotons.
06:59
Tāpēc tam ir jēga.
07:00
Varētu sagaidīt, ka gamma sabrukšana
07:01
notiks kopā ar alfa un beta, bet ne pati par sevi.
07:05
Es domāju, tas var notikt, bet tie ir reti gadījumi.
07:07
Otrā lielā atšķirība, ko var redzēt,
07:09
ir tāda, ka alfa vai beta sabrukšanā izotopi mainās,
07:12
jo mainās protonu skaits.
07:15
Bet gamma sabrukšanā, paskat, tas nenotiek.
07:18
Masas skaitlis un protonu skaits paliek nemainīgs.
07:21
Un atkal, tam ir jēga,
07:23
jo gamma sabrukšanā nekas netiek izsviests.
07:26
Nav tā, ka protoni vai neitroni pārvēršas viens otrā,
07:28
kā tas notiek šeit.
07:30
Būtībā protoni un neitroni tikai pārlec
07:32
no augstāka enerģijas līmeņa uz zemāku enerģijas līmeni.
07:34
Tā kā protonu un neitronu skaits
07:36
viss paliek tieši tāds pats,
07:38
arī kodols paliek tieši tāds pats.
07:40
Un tāpēc, lai tikai apzīmētu,
07:42
ka protonu un neitronu skaitā nav izmaiņu,
07:44
mēs šeit liksim nulli, un arī šeit nulli.
07:49
Un pēdējais salīdzinājums, ko vēlamies veikt,
07:51
ir tās caursišanas spēja.
07:56
Piemēram, alfa starojumam,
07:58
ir vismazākā caursišanas spēja.
07:59
To var apturēt ar parastu papīru.
08:01
Beta daļiņas, tā kā tās ir nedaudz mazākas,
08:04
var iziet cauri papīram,
08:06
bet nepieciešams kaut kas līdzīgs alumīnijam
08:08
vai plastmasai, lai to apturētu.
08:10
Kā ir ar gamma starojumu?
08:12
Gamma starojumam ir vislielākā caursišanas spēja.
08:16
Un atkal, mēs to varam izskaidrot.
08:19
Ja atgriežamies pie elektromagnētisko viļņu skalas,
08:20
mēs zinām, ka redzamā gaisma,
08:23
piemēram, nevar iziet cauri ādai.
08:25
Bet kā ir ar rentgenstariem?
08:26
Tiem ir lielāka enerģija,
08:28
un tie jau var iziet cauri ādai,
08:30
bet tie atstarojas no kauliem.
08:33
Tāpēc rentgenstarus izmanto kaulu attēla veidošanai.
08:36
Kā redzi, jo lielāka enerģija,
08:38
jo lielāka ir caursišanas spēja.
08:39
Gamma stariem enerģija ir vēl lielāka,
08:42
tāpēc tie var iziet cauri vēl vairāk.
08:45
Salīdzinot ar visiem trim,
08:46
gamma starojumam ir vislielākā caursišanas spēja.
08:49
Ja vēlies apturēt gamma starojumu,
08:50
labāk sagādā dažas svina loksnes, piemēram.
08:55
Tāpēc, ja strādā ar radioaktīvām vielām,
08:59
tās ir pareizi jāierobežo ar pamatīgu aizsargu.
09:03
Parasti mēs izmantojam biezas svina sienas, lai to aizsargātu.
09:08
Labi, kā ir ar tās jonizācijas spēju?
09:11
Visi trīs starojuma veidi ir jonizējošais starojums.
09:14
Tas nozīmē, ka tie var izsist elektronus no atomiem,
09:17
kas nozīmē, ka tie var iznīcināt audus
09:19
un šūnas, un visu pārējo.
09:21
Bet no šiem trim gamma starojumam ir vismazākā jonizācijas spēja.
09:26
Atkal, tam ir zināma jēga,
09:28
jo alfa starojumam ir +2 lādiņš,
09:31
tāpēc tam ir ļoti viegli atraut elektronus.
09:33
Beta daļiņai ir viens negatīvs lādiņš,
09:37
tāpēc tā ir nedaudz vājāka.
09:38
Un gamma stari, tie ir neitrāli,
09:40
tie ir fotoni, tie ir neitrāli,
09:41
tiem nav lādiņa.
09:42
Un tāpēc tiem būs vismazākā jonizācijas spēja,
09:46
bet tie jonizē.
09:47
Visi trīs ir jonizējošais starojums.
09:50
Visi trīs var bojāt audus.
09:52
Tātad visi trīs var būt bīstami.
09:54
Labi, tagad mēs esam gatavi apskatīt,
09:55
kā darbojas gamma naža radioķirurģija.
09:57
Mēs izmantojam kobalta radioizotopu, lai radītu gamma starojumu.
10:01
Bet ko tas dara?
10:03
Atgriezīsimies pie tā.
10:05
Labi, es izmantošu savu kobaltu-60,
10:06
lai radītu šauru gamma staru kūli.
10:10
Atkal atvainojos, ka izmantoju zaļo krāsu.
10:12
Atcerieties, tam ir jābūt neredzamam, labi?
10:14
Bet lai nu kā, kas notiks?
10:16
Tā kā tam ir liela caursišanas spēja,
10:18
tas vienkārši iet taisni cauri.
10:19
Tas ir jonizējošais starojums.
10:21
Bet, ja es saglabāju pietiekami zemu intensitāti,
10:23
tas nozīmē, ka šeit ir mazāk fotonu,
10:25
tad tas neradīs lielu kaitējumu.
10:28
Tas neradīs nekādu kaitējumu, teiksim,
10:30
kas ir labi, jo mēs nevēlamies, lai veselie audi
10:33
tiek bojāti.
10:34
Bet ir arī sliktas ziņas,
10:35
jo tas neko nedara mūsu audzējam.
10:37
Bet kas notiek, ja es izmantoju otru staru kūli,
10:39
kas krustojas tieši pie audzēja?
10:42
Tagad notiks tas pats,
10:43
tikai tagad uz audzēju krīt vairāk fotonu,
10:46
kas nozīmē, ka palielinās jonizācijas iespējamība.
10:49
Tas nozīmē lielāku iespēju sabojāt audzēju.
10:53
Saprotat, uz ko es velku?
10:54
Pievienosim vairāk staru kūļu.
10:55
Pievienosim simts.
10:57
Tagad audzējam klāsies grūti,
10:59
tas tiks iznīcināts.
11:02
Redziet, cik tas ir lieliski.
11:03
Atsevišķi staru kūļiem ir pietiekami zema intensitāte,
11:07
lai, ejot taisni cauri,
11:09
tie daudz nejonizētu.
11:11
Bet, tā kā uz audzēja ir tik liela koncentrācija,
11:15
tajā konkrētajā vietā,
11:17
mums tagad ir metode, kā iznīcināt
11:21
kaut ko dziļi smadzenēs, nepieskaroties veselajiem audiem.
11:26
Tā darbojas gamma naža radioķirurģija.
11:29
Un var redzēt, kāpēc mēs izvēlamies gamma starojumu,
11:31
nevis alfa vai beta,
11:33
jo gamma starojumam ir vislielākā caursišanas spēja.
11:35
Ja būtu izmantots alfa vai beta starojums,
11:36
tie, visticamāk, iestrēgtu kaut kur pa ceļam.
11:38
Tiem ir arī lielāka jonizācijas spēja,
11:40
kas nozīmē lielāku kaitējumu audiem.
11:42
Tātad gamma starojums ir labākā izvēle.
11:45
Man tas šķiet pilnīgi neticami.
elektromagnētiskie viļņi(electromagnetic waves)
kodolspēki(nuclear forces)
γ starojums(gamma radiation)

Eksperta komentārs

Šajā video skaidrots, ka γ sabrukšana parasti nenotiek patstāvīgi, bet seko pēc α vai β sabrukšanas, ja jaunizveidotais atoma kodols atrodas ierosīnātā (paaugstinātas enerģijas) stāvoklī. Kodola sastāvs (protonu un neitronu skaits) šajā procesā nemainās.

Atgriežoties zemākā enerģijas līmenī, kodols izstaro γ starojumu – ļoti augstas enerģijas elektromagnētisko starojumu. Video ar piemēru parādīts, kā notiek šī pāreja, un uzsvērts, ka γ starojums ir kodola enerģijas “pārpalikuma” izstarošanas veids, nevis jauna elementa veidošanās process.

Noslēgumā īsi aplūkoti γ starojuma pielietojumi (piemēram, medicīnā un materiālu pārbaudē), kā arī uzsvērts, ka tā lielās caurspiestspējas dēļ γ starojums prasa īpašus aizsardzības pasākumus.

Jēdzieni: kodols, enerģijas līmeņi, gamma kvanti