¿Por qué los rayos gamma pueden cambiar el ADN humano?

Los rayos gamma son un tipo de radiación electromagnética, al igual que las ondas de radio, la radiación infrarroja, la radiación ultravioleta, los rayos X y la radiación de microondas. Los rayos gamma se pueden utilizar para tratar el cáncer, y los estallidos de rayos gamma son un importante foco de investigación para los astrónomos. La radiación electromagnética puede viajar en forma de ondas o partículas de diferentes longitudes de onda y frecuencias. El rango de longitudes de onda se llama espectro electromagnético y generalmente se divide en siete partes. A medida que la longitud de onda disminuye, la energía y la frecuencia aumentan. Los siete componentes suelen ser ondas de radio, microondas, infrarrojos, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

La posición de los rayos gamma en el espectro electromagnético es superior a la de los rayos X suaves, con una frecuencia superior a 1018hz/s y una longitud de onda inferior a 100pim (un pim equivale a una billonésima parte de un metro). Los rayos gamma y los rayos X duros se superponen en el espectro electromagnético y son difíciles de distinguir. En campos como la astrofísica, los científicos trazan con fuerza una línea divisoria y clasifican los rayos por encima de una determinada longitud de onda como rayos X, y los rayos por debajo de una determinada longitud de onda como rayos gamma. Los rayos gamma y los rayos X son radiaciones de alta energía que pueden dañar el tejido biológico. Sin embargo, casi todos los rayos gamma del universo están bloqueados por la atmósfera terrestre.

Los rayos gamma fueron descubiertos por primera vez por el químico francés Paul Villard en 1900 mientras estudiaba la radiación del radio. Unos años más tarde, el químico y físico Ernest Rutherford propuso el nombre de "rayos gamma", basándose en los rayos alfa y beta producidos por reacciones nucleares, y se ha utilizado desde entonces. Los rayos gamma se producen principalmente por cuatro reacciones nucleares: fusión nuclear, fisión nuclear, desintegración alfa y desintegración gamma.

La fusión nuclear es la fuente de energía del sol y otras estrellas. La reacción se desarrolla en varios pasos. Bajo temperaturas y presiones extremadamente altas, cuatro protones, o núcleos de hidrógeno, se juntan formando un núcleo de helio, que contiene dos protones y dos neutrones. La masa del núcleo de helio es aproximadamente 0,7 menos que la de los cuatro protones originales. Según la ecuación masa-energía de Einstein E = MC^2, la diferencia de masa se convierte en energía y dos tercios de la energía se liberan en forma de rayos gamma. La energía restante se libera en forma de neutrinos, partículas que interactúan muy débilmente y con una masa casi nula. Al final de la vida de una estrella, cuando se agota el combustible de hidrógeno, los elementos producidos por la fusión se vuelven cada vez más pesados, hasta llegar al hierro. Pero la energía generada en cada etapa también disminuye.

No sorprende que otra fuente de rayos gamma sea la fisión. El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley define la fisión nuclear como la división de un núcleo atómico más pesado en dos mitades aproximadamente iguales, que luego se convierten en el núcleo de un elemento más ligero. Este proceso implica colisiones con otras partículas. Cuando núcleos pesados ​​como el uranio y el polonio son bombardeados por otras partículas, se rompen en elementos más ligeros como el xenón y el estroncio. Las nuevas partículas producidas por el bombardeo chocarán con otros núcleos pesados, formando una reacción en cadena. Este proceso también libera energía porque las partículas producidas por la fisión tienen una masa total menor que la del núcleo pesado original. Esta masa también se convierte en energía en forma de energía cinética, neutrinos y rayos gamma de núcleos atómicos más pequeños.

La desintegración alfa y la desintegración gamma también producen rayos gamma. Cuando un núcleo pesado libera un núcleo de helio-4, el número de átomos se reduce en 2, la masa atómica se reduce en 4 y se produce la desintegración alfa. Este proceso hace que el exceso de energía nuclear se libere en forma de rayos gamma. Si hay demasiada energía en el núcleo, se produce la desintegración gamma, emitiéndose rayos gamma sin cambiar la carga o la composición de la masa del núcleo.

Terapia con rayos gamma

Los rayos gamma pueden dañar el ADN de las células tumorales y, por lo tanto, en ocasiones se utilizan para tratar tumores malignos. Pero se debe tener cuidado al utilizar esta terapia porque los rayos gamma también pueden dañar el ADN de las células del tejido sano circundante.

Una forma de maximizar la radiación dirigida a las células cancerosas y al mismo tiempo minimizar la radiación dirigida a las células sanas es enfocar múltiples rayos gamma desde diferentes direcciones en un área pequeña mediante un acelerador lineal. Este es el principio del tratamiento con cuchilla informática y cuchilla gamma.

La radiocirugía Gamma Knife utiliza un dispositivo especial para administrar casi 200 tipos de radiación para atacar tumores cerebrales u otros objetivos. Cada haz de radiación tiene poco efecto sobre el tejido cerebral que pasa, pero la dosis de radiación en la unión es mayor.