本文基于回答網(wǎng)友類似問題，原題為：伽馬射線的原理是什么，人類什么時候可以掌握？

伽馬射線即γ射線，是電磁波譜里面波長最短頻率最高的那一段頻譜，人類早就知道了，也能夠制造出來了。不過這個問題問得有點奇怪，表述不清，如：何謂掌握？

是能夠?qū)Ω赌兀€是能夠使用呢？這就要看怎么說了。下面就從伽馬射線的一些常識來闡述一下這個問題，朋友們?nèi)绻軌蛘J(rèn)真看完此文，就會和我一樣，覺得這個問題有點奇怪了，而且也就會對伽馬射線有一個了解了。

我們?nèi)祟惉F(xiàn)在看到和感受到，甚至吃喝拉撒涉及到的一切，都要依賴電磁波。為什么這么說呢？因為電磁波充斥著我們世界每一個角落，只要絕對零度以上，任何物體都會有電磁輻射，所謂電磁輻射就是依靠電磁波傳遞的。

電磁波是依靠光子傳遞的，因此也可以稱為光波。但這個光波分為可見光和不可見光，在日常生活中，光波一般只是指電磁波譜中的可見光部分，可見光只是夾在電磁波譜中間那么一小段。電磁波最長的波段有數(shù)公里，甚至更長；最短的只有1埃米以下，這最短的就是伽馬射線。

電磁波有波長和頻率，波長與頻率成反比，即：波長越長，頻率越低，能量就越小；反之，能量就越大。電磁波波長和頻率的關(guān)系為：c=λf。這里c為光速，λ為波長，f為頻率。電磁波波長最長的是無線電波（包括長波、中波、短波、微波），以后從長到短依次為：紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。

無線電波的波長在千米級到毫米級，長波無線電波長可達(dá)數(shù)千米，最短的微波波長只有0.1毫米；可見光波長約在760nm到380nm之間，nm即納米，1毫米=1000μm（微米），1μm=1000nm，1nm=10^-9m（米）。

可見光后面的紫外線、X射線、γ射線（伽馬射線）波長就一個比一個短了，γ射線是電磁波中波長最短的高能射線，波長只有0.1nm以下。

這個世界上所有的物質(zhì)都在震動，因此都有頻率。頻率就是物體每秒鐘的震動次數(shù)，而電磁波的頻率就是電磁波每秒鐘震動次數(shù)，表示單位為Hz（赫茲）。無線電波頻率在1000Hz或更低，到10^9Hz之間；可見光頻率范圍在3.9*10^14到7.7*10^14Hz之間；伽馬射線頻率范圍最低為10^12Hz，最高可達(dá)10^30Hz以上。

新冠病毒大小約100nm，伽馬射線波段最長的只有0.1nm，我們想一想就知道了，人類應(yīng)對新冠病毒都弄得焦頭爛額，就更別說比新冠病毒小1000倍以上的伽馬射線了，而且其頻率是每秒鐘震動萬億次以上，這個能量有多大，一旦被伽馬射線掃中，豈有***透之理？

因此γ射線是宇宙中最強大的“光”，但這種光看不見，卻會殺人。

伽馬射線由于其波段非常短，能量極高，因此可以穿透任何生物的機體。生物機體都是由細(xì)胞組成的，而每個細(xì)胞里最核心的是遺傳物質(zhì)DNA。比如人體由40~60萬億個細(xì)胞組成，這些細(xì)胞有大有小，最大的細(xì)胞是卵細(xì)胞，成熟的卵細(xì)胞有200μm（微米）；最小的細(xì)胞是血小板，直徑只有約2μm。

人體受到γ射線照射，γ射線就會進入人體細(xì)胞，與細(xì)胞發(fā)生電離作用，電離后的離子會侵襲細(xì)胞里復(fù)雜的有機分子，破壞細(xì)胞組織。細(xì)胞里最重要的核心遺傳物質(zhì)為DNA，是一種雙螺旋結(jié)構(gòu)的大分子，其盤踞在細(xì)胞核心，主導(dǎo)著細(xì)胞的生死和遺傳。

這個DNA雙螺旋體打開長度約兩米，如果把1個人細(xì)胞中的所有DNA全部打開并連接起來，據(jù)稱可從地球往返太陽300多次。但DNA螺旋的直徑只有2nm，伽馬射線會打斷并破壞其結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)生物受到γ射線照射，都會被打斷DNA分子鍵，讓生物機體再也無法生存。

當(dāng)輻射量很大時，生物會瞬間死亡，即便輻射量不大，但機體DNA分子鍵受損嚴(yán)重，也會緩慢死亡。那種死亡是看著自己機體一寸寸死去的樣子，異常恐怖。在臭名昭著的切爾諾貝利核電站爆炸事故中，就有許多居民和救火隊員遭受這種地獄般的折磨而死去。

放射性原子核在發(fā)生α衰變、β衰變后會產(chǎn)生一個新核，這個新核處于高能量級，必須向低能級躍遷，躍遷過程就會輻射出γ光子，這就是γ射線。γ射線在核聚變和核裂變中都會發(fā)生，因此在宇宙中充滿了γ射線輻射。

太陽的核聚變在體積半徑1/4以內(nèi)的核心里面持續(xù)不斷進行，主要過程是發(fā)生氕核與氕核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，是從氕到氘再到氦-3，最后到氦-4的反應(yīng)過程。結(jié)局就是4個氕原子核聚變?nèi)诤铣梢粋€氦-4原子核，并在這個過程中釋放出伽馬光子、中微子和正電子。中微子由于穿透能力極強，很快逃逸出太陽表面到達(dá)太空，而攜帶巨大能量的伽馬射線逃離并不容易。

這就涉及到太陽內(nèi)部光子漫步理論了。光子的傳播特點就是真空最快，達(dá)到每秒30萬千米，但在介質(zhì)中卻磕磕碰碰。太陽內(nèi)部充滿了質(zhì)子，光子每走一步都會遇到質(zhì)子，不斷進行碰撞和交換。因此，這些光子要穿透70萬千米半徑的太陽，要與質(zhì)子碰撞交換10^26次之多，每交換一次就消耗都會衰減，經(jīng)過幾十萬年甚至幾百萬年到達(dá)太陽表面的光子，主要就是可見光了。

所以各位不要奇怪，照在我們身上的陽光，其實是在幾十萬年甚至幾百萬年前就誕生的光子。

據(jù)科學(xué)分析，陽光包括了整個電磁波全波段，但99.9%以上能量集中在200~10000nm波長范圍，最大輻射能量位于480nm處，這正是可見光藍(lán)色光的范圍。因此我們看到的天是藍(lán)色的，海水也是藍(lán)的。

而200nm波段屬于紫外線范疇，紫外線照多了對人體是有傷害的，但絕大部分紫外線經(jīng)過大氣層時被臭氧層吸收或反射掉了，到地表的極少。但還是有點，因此陽光強烈時曬久了皮膚就會受到傷害。

宇宙中的恒星都在核聚變，不斷輻射著伽馬射線；還有超新星爆發(fā)、大質(zhì)量致密天體如中子星碰撞，會產(chǎn)生更多的伽馬射線，甚至伽馬射線暴，因此在太空中伽馬射線很多。但這些伽馬射線被大氣層阻隔，來到地表的極少。

如果在高空或大氣層外活動，就很容易受到伽馬射線及其他宇宙射線的傷害，因此宇航員們都要做好防護。但伽馬射線是很難阻隔的，在太空或外星球活動的宇航員，盡管有飛船和宇航服起到較好防護作用，受到的輻射量還是比地球地表要大很多。

伽馬射線穿透力極強，一般建筑物無法屏蔽，只有特制的高密度材料，如鉛板等才有一定效果，而且根據(jù)伽馬射線強度，鉛板的厚度也需增加。

重核裂變過程會發(fā)生形變，如鈾-235核吸收一個中子之后，就形成激發(fā)態(tài)的鈾-236核，隨即發(fā)生形變，最終斷開向反方向飛離，經(jīng)典庫倫能則轉(zhuǎn)化為兩個碎片動能，但很快斷裂碎片就收縮成球形，形變動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)部激發(fā)能，發(fā)射出若干中子和γ射線，以平衡退激能量。

還有許多放射性元素衰變過程，就會發(fā)出伽馬射線，如鈷-60，通過β衰變釋放出能量高達(dá)315keV的高速電子，衰變成鎳60，同時放出兩束伽馬射線。這些伽馬射線如果管控不好，就會傷害人類。

如***爆炸或核電廠泄漏，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電廠爆炸，就導(dǎo)致了嚴(yán)重的放射性污染，威脅著幾百萬人的健康，輻射直接導(dǎo)致的死亡達(dá)7000多人。

人類文明是在對大自然規(guī)律不斷認(rèn)識中提升的，γ射線本身就是一種自然現(xiàn)象，是元素在聚合或分裂過程釋放出來的一種能量，人們認(rèn)識了γ射線的內(nèi)在本質(zhì)，就可以應(yīng)對和利用它。

任何科學(xué)既可用于造福人類，也可用于危害人類，伽馬射線也一樣，既可以置人于死地，也可以造福人類。前面對γ射線的危害說了很多，現(xiàn)在說說造福人類的問題。

現(xiàn)在比較常見為人類服務(wù)的γ射線有工業(yè)探傷和健康醫(yī)療運用。工業(yè)探傷主要利用伽馬射線的穿透力，查看工業(yè)品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是否有問題，比如探查鋼板的焊縫，30毫米厚度的鋼板焊縫可以采用X射線檢查，但超過這個厚度就無能為力了，穿透力更強的伽馬射線就大顯身手了。

γ射線可以探查300毫米厚度的鋼板，***是在被檢查物體后面放上感光膠片，采用伽馬射線照射被檢查物體，伽馬射線透過物體會在膠片上感光，從而留下影像，人們通過對這些影像的分析，就能夠了解這個物體有沒有問題，是否合格。

而醫(yī)療中常用的是伽馬刀和放射療法。X射線在醫(yī)療中也起著很大作用，但主要用作人體影像檢查，可以看到人體內(nèi)部的狀態(tài)。而伽馬射線能量比X射線要大很多，可以透過人體表面殺死體內(nèi)病灶，這樣就無須留下創(chuàng)傷就可殺死體內(nèi)癌細(xì)胞腫瘤，減少對人體傷害，還可觸及到創(chuàng)傷手術(shù)能以達(dá)到的部位。

工業(yè)探傷和用于醫(yī)療的放射源，采用的是放射性元素在β衰變時，會釋放出伽馬射線的原理，一般采用鈷-60。鈷-60是鈷的放射性同位素之一，半衰期為5.27年，它會通過β衰變釋放出高達(dá)315keV的高速電子，衰變成鎳60，在這同時釋放出兩束γ射線。

現(xiàn)在，人類不但可以利用自然界的伽馬射線造福人類，科學(xué)家們還制造出了高能量的伽馬射線。2011年9月，英國斯特拉斯克萊德大學(xué)的蒂諾·亞諾辛斯基教授領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊，發(fā)現(xiàn)超短激光脈沖可以和電離氣體發(fā)生反應(yīng)，并產(chǎn)生一束極其強大的激光。

亞羅辛斯基教授團隊得到的這束激光，比太陽亮1萬億倍，可以穿透20cm厚度的鉛板，1.5米厚度的混凝土墻才能夠徹底屏蔽它。

太陽電磁波譜中最多的是480nm波段的可見光，比這個波長短1萬億倍，波長則為這樣就是4.8*10^-21m，這么短波長的電磁波對應(yīng)頻率為6.25*10^28Hz，這無疑是一束能量極強的伽馬射線。

這個創(chuàng)造發(fā)現(xiàn)意義重大，未來有可能用于諸多領(lǐng)域，如更好地實現(xiàn)醫(yī)療成像、放射療法，還能夠更廣泛地用于工業(yè)和科學(xué)實驗。由于其持續(xù)時間僅有1千萬分之一秒，快到足以捕獲原子核對激發(fā)的反應(yīng)，可以進一步促進對原子核的深入研究。

因此，人類早就認(rèn)識和掌握了伽馬射線的原理，并且早就開始利用這個自然規(guī)律造福人類。不知道我的回答是否解開了這位朋友的疑問呢？感謝閱讀，歡迎討論。

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