Радиация - Radiation

Үш түрлі типтің салыстырмалы қабілетін иллюстрациялау иондаушы сәулелену қатты затқа ену. Әдеттегі альфа бөлшектері (α) қағаз парағымен, ал бета бөлшектері (β) алюминий тақтайшамен тоқтатылады. Гамма-сәулелену (γ) қорғасынға енген кезде дымқылданады. Осы оңайлатылған схема туралы мәтіндегі ескертулерге назар аударыңыз.^{[түсіндіру қажет ]}

Қауіпті радиация түрлері мен деңгейлерінің халықаралық белгісі қорғалмаған адамдар. Радиация, жалпы, табиғатта, мысалы, жарық пен дыбыста болады.

Жылы физика, радиация шығарылуы немесе берілуі болып табылады энергия түрінде толқындар немесе бөлшектер ғарыш арқылы немесе материалдық орта арқылы.^[1][2] Оған мыналар кіреді:

• электромагниттік сәулелену, сияқты радиотолқындар, микротолқындар, инфрақызыл, көрінетін жарық, ультрафиолет, рентген сәулелері, және гамма-сәулелену (γ)
• бөлшектердің сәулеленуі, сияқты альфа-сәулелену (α), бета-сәулелену (β), протонды сәулелену және нейтрондық сәулелену (нөлге тең емес тыныштық энергиясының бөлшектері)
• акустикалық сияқты сәулелену ультрадыбыстық, дыбыс, және сейсмикалық толқындар (физикалық тәуелді тарату ортасы )
• гравитациялық сәулелену, гравитациялық толқындар түріндегі сәулелер немесе кеңістіктегі қисықтықтағы толқындар.

Радиация көбіне екіге бөлінеді иондаушы немесе иондаушы емес сәулеленетін бөлшектердің энергиясына байланысты. Иондаушы сәуле 10-нан асады eV, бұл жеткілікті иондайды атомдар мен молекулалар және сыну химиялық байланыстар. Бұл тірі организмдерге зияндылығының үлкен айырмашылығына байланысты маңызды айырмашылық. Иондаушы сәулеленудің жалпы көзі болып табылады радиоактивті материалдар α, β немесе шығаратын γ сәулелену, тұратын гелий ядролары, электрондар немесе позитрондар, және фотондар сәйкесінше. Басқа ақпарат көздеріне кіреді Рентген сәулелері медициналық рентгенография емтихандар және мюондар, мезондар, позитрондар, нейтрондар және екінші ретті құрайтын басқа бөлшектер ғарыштық сәулелер ғарыштық сәулелер өзара әрекеттескеннен кейін пайда болады Жер атмосферасы.

Гамма сәулелері, рентген сәулелері және ультракүлгін сәулелердің жоғары энергетикалық диапазоны ионды бөлігін құрайды электромагниттік спектр. «Иондалу» сөзі бір немесе бірнеше электрондардың атомнан алшақтауын білдіреді, бұл әрекет осы электромагниттік толқындар беретін салыстырмалы түрде жоғары энергияны қажет етеді. Спектрден әрі қарай төменгі ультрафиолет спектрінің ионданбайтын төменгі энергиясы атомдарды иондай алмайды, бірақ молекулалар түзетін атом аралық байланыстарды бұзуы мүмкін, осылайша атомдарды емес, молекулаларды ыдыратады; Мұның жақсы мысалы күннің күйуі ұзаққа созылғантолқын ұзындығы күн ультрафиолет. Көрінетін жарықтағы, инфрақызыл және микротолқынды жиіліктердегі ультрафиолетке қарағанда ұзын толқындар байланыстарды үзе алмайды, бірақ байланыстарда тербелістер тудыруы мүмкін. жылу. Радио толқындарының ұзындығы және одан төмен биологиялық жүйелер үшін зиянды деп саналмайды. Бұл энергияның айқын анықтамасы емес; спецификалық әсер етуде кейбір қабаттасулар бар жиіліктер.^[3]

Радиация сөзі толқын құбылысынан туындайды сәулелену (яғни барлық бағыттар бойынша сыртқа саяхаттау) көзден. Бұл аспект жүйеге әкеледі өлшемдер және физикалық бірліктер сәулеленудің барлық түрлеріне қолданылатын. Мұндай сәулелену кеңістіктен өткен сайын кеңейіп, оның энергиясы сақталған кезде (вакуумда), сәулеленудің барлық түрлерінің қарқындылығы нүкте көзі келесі кері квадрат заң оның қайнар көзінен арақашықтыққа қатысты. Кез-келген идеалды заң сияқты, кері квадрат заңы өлшенген сәулелену қарқындылығын көз геометриялық нүктеге жақындататын шамада жуықтайды.

Иондаушы сәулелену

Кейбір түрлері иондаушы радиацияны а анықтауға болады бұлтты камера.

Сәуле жеткілікті жоғары энергиямен мүмкін иондайды атомдар; яғни оны қағып алады электрондар атомдарды өшіріп, иондар жасайды. Ионизация электронды атомның электрон қабығынан айырғанда (немесе «нокаутта») пайда болады, ол атомды таза оң зарядпен қалдырады. Себебі өмір сүру жасушалар және, ең бастысы, сол жасушалардағы ДНҚ осы иондалудан зақымдануы мүмкін, иондаушы сәулеленудің қаупі артады деп саналады қатерлі ісік. Осылайша, «иондаушы сәуле» биологиялық зақымданудың үлкен әлеуетіне байланысты бөлшектер сәулесінен және электромагниттік сәулеленуден жасанды түрде бөлінеді. Жеке ұяшықтан жасалған триллион атомдардың аздаған бөлігі ғана төмен және орташа сәулелену қуатында иондалатын болады. Иондаушы сәулеленудің қатерлі ісік ауруының пайда болу ықтималдығы тәуелді сіңірілген доза және сәулелену түрінің зақымдану тенденциясы функциясы болып табылады (эквивалентті доза ) және сәулеленген ағзаның немесе тіннің сезімталдығы (тиімді доза ).

Егер иондаушы сәулеленудің көзі радиоактивті материал немесе ядролық процесс болса бөліну немесе біріктіру, Сонда бар бөлшектердің сәулеленуі қарастыру. Бөлшектердің сәулеленуі субатомдық бөлшек дейін жеделдеді релятивистік жылдамдықтар ядролық реакциялар арқылы. Олардың арқасында момент олар электрондар мен иондаушы материалдарды қағып тастауға әбден қабілетті, бірақ көпшілігінде электр заряды болғандықтан иондаушы сәулеленудің ену күші жоқ. Ерекшелік - нейтрон бөлшектері; төменде қараңыз. Бұл бөлшектердің бірнеше түрі бар, бірақ олардың көпшілігі альфа бөлшектері, бета-бөлшектер, нейтрондар, және протондар. Шамамен айтқанда, энергиясы 10-нан жоғары фотондар мен бөлшектер электронды вольт (eV) иондаушы болып табылады (кейбір органдар 33 эВ, су үшін иондану энергиясын пайдаланады). Радиоактивті материалдан немесе космостық сәулелерден бөлінетін бөлшектердің сәулеленуі әрдайым дерлік иондалатындай қуат алады.

Иондаушы сәулеленудің көп бөлігі радиоактивті материалдардан және ғарыштан (космостық сәулелер) пайда болады және табиғи түрде қоршаған ортада болады, өйткені жыныстар мен топырақтың көпшілігінде радиоактивті материалдар аз болады. Бұл сәуле көзге көрінбейтіндіктен және адамның сезім мүшелері арқылы тікелей анықталмағандықтан, мұндай құралдар Гейгер есептегіштері оның болуын анықтау үшін әдетте қажет. Кейбір жағдайларда, бұл, мысалы, заттармен өзара әрекеттесу кезінде көрінетін жарықтың екінші реттік сәулеленуіне әкелуі мүмкін Черенков радиациясы және радио-люминесценция.

Радиоактивтілік пен анықталған иондаушы сәулеленудің өзара байланысын бейнелейтін графика

Ионды сәулеленудің медицинада, ғылыми зерттеулерде және құрылыста көптеген практикалық қолданыстары бар, бірақ дұрыс қолданылмаса денсаулыққа қауіп төндіреді. Радиацияның әсерінен тірі ұлпалардың зақымдануы пайда болады; жоғары дозалар нәтижесінде пайда болады Жедел сәулелену синдромы (ARS), терінің күйіп қалуымен, шаштың түсуімен, ішкі органдардың жетіспеушілігімен және өліммен, кез-келген дозада қатерлі ісік пайда болуының жоғарылауы мүмкін генетикалық зақымдану; қатерлі ісіктің белгілі бір түрі, Қалқанша безінің қатерлі ісігі, көбінесе ядролық қару мен реакторлар радиоактивті йод бөлінуі өнімнің биологиялық қасиеттеріне байланысты сәулелену көзі болып табылады, йод-131.^[4] Алайда, иондаушы сәулеленудің әсерінен жасушаларда қатерлі ісік ауруының пайда болу қаупі мен ықтималдығын есептеу әлі күнге дейін дұрыс зерттелмеген және қазіргі кездегі мәліметтер халықтың санына негізделген мәліметтермен анықталмаған Хиросима мен Нагасакиге атом бомбалары сияқты реактордағы апаттарды бақылау Чернобыль апаты. The Радиологиялық қорғаныс жөніндегі халықаралық комиссия «Комиссия модельдер мен параметрлер мәндерінің белгісіздіктері мен дәлдігінің жоқтығын біледі», «Ұжымдық тиімді доза эпидемиологиялық қауіп-қатерді бағалау құралы ретінде арналмаған және оны тәуекелді болжауларда қолдану орынсыз» және « атап айтқанда, тривиальды жеке дозалардан алынған ұжымдық тиімді дозаларға негізделген қатерлі ісіктерден болатын өлім санын есептеуді болдырмау керек ».^[5]

Ультрафиолет сәулелену

Толқын ұзындығы 10 нм-ден 125 нм-ге дейінгі ультрафиолет ауа молекулаларын иондайды, оны ауа мен озон (О) қатты сіңіреді.₃) сондай-ақ. Иондаушы ультрафиолет сондықтан Жердің атмосферасына айтарлықтай дәрежеде енбейді, кейде оны осылай атайды вакуумдық ультрафиолет. Ғарышта болғанымен, ультрафиолет спектрінің бұл бөлігі биологиялық маңызы жоқ, өйткені ол жердегі тірі организмдерге жетпейді.

Атмосфера зонасы бар, онда озон иондалмайтын, бірақ қауіпті УК-С және УК-В 98% -ның 98% сіңіреді. Бұл деп аталады озон қабаты шамамен 32 мильден басталып, жоғары қарай созылады. Жерге жеткен ультракүлгін спектрлердің бір бөлігі иондалмайды, бірақ осы энергияның жалғыз фотондарының биологиялық молекулаларда электронды қозу тудыруы және осылайша оларды қажетсіз реакциялардың әсерінен бұзу қабілетіне байланысты биологиялық тұрғыдан қауіпті. Мысал ретінде пиримидинді димерлер 365 нм-ден (3,4 эВ) төмен толқын ұзындығынан басталатын ДНҚ-да, иондану энергиясынан едәуір төмен. Бұл қасиет ультрафиолет спектріне ионизацияланатын сәулеленудің биологиялық жүйелердегі кейбір қауіптілігін нақты ионизациясыз береді. Керісінше, инфрақызыл, микротолқындар және радиотолқындар сияқты көрінетін жарық және ұзын толқынды электромагниттік сәулелену өте аз энергиясы бар фотондардан тұрады, олар зақымдайтын молекулалық қозуды тудырады, демек, бұл сәулелену энергияның бірлігіне әлдеқайда қауіпті.

Рентген сәулелері

Рентген сәулелері - бұл толқын ұзындығы 10-нан аспайтын электромагниттік толқындар⁻⁹ м (3x10-ден үлкен)¹⁷ Гц және 1,240 эВ). Кішірек толқын ұзындығы теңдеуге сәйкес үлкен энергияға сәйкес келеді E =сағ c /λ. («E» - энергия; «h» - Планктың тұрақтысы, «c» - жарық жылдамдығы; «λ» - толқын ұзындығы.) Рентгендік фотон атоммен соқтығысқанда, атом фотонның энергиясын сіңіруі мүмкін. және электронды орбиталық деңгейге көтеру немесе егер фотон өте жігерлі болса, ол электронды атомнан толығымен ұрып, атомның иондалуына әкелуі мүмкін. Әдетте, үлкен атомдар рентгендік фотонды сіңіреді, өйткені олардың орбиталық электрондар арасындағы энергия айырмашылығы көп. Адам ағзасындағы жұмсақ тіндер сүйекті құрайтын кальций атомдарынан гөрі кішігірім атомдардан тұрады, сондықтан рентген сәулелерін сіңіруде контраст бар. Рентген аппараттары дәрігерлерге адам ағзасындағы құрылымды тексеруге мүмкіндік беретін сүйек пен жұмсақ тіндердің сіңу айырмашылығы үшін арнайы жасалған.

Рентген сәулелері жер атмосферасының қалыңдығымен толықтай жұтылады, нәтижесінде күн сәулесінің УК сәулесінен аз, бірақ соған қарамастан қуатты жер бетіне түсуіне жол берілмейді.

Гамма-сәулелену

Анамнезде анықталған гамма-сәулелену изопропанол бұлтты камера.

Гамма (γ) сәулелену толқын ұзындығы 3х10 аз фотондардан тұрады⁻¹¹ метр (10-дан жоғары)¹⁹ Гц және 41,4 кВ).^[4] Гамма-сәулелену - бұл тұрақсыздықты жою үшін пайда болатын ядролық процесс ядро көп ядролық реакциялардан кейінгі артық энергия. Альфа және бета бөлшектерінің екеуі де электр заряды мен массасына ие, сондықтан олардың жүру жолындағы басқа атомдармен әрекеттесуі әбден мүмкін. Гамма-сәулелену фотондардан тұрады, олар массасы да, электр заряды да жоқ, нәтижесінде альфа немесе бета-сәулеленуден гөрі материя арқылы енеді.

Гамма сәулелерін материалдың жеткілікті қалың немесе тығыз қабаты тоқтата алады, мұнда берілген аймаққа материалдың тоқтату күші көбінесе (бірақ толығымен емес) сәулелену жолындағы жалпы массаға байланысты болады, қарамастан тығыздығы жоғары немесе төмен. Алайда, рентген сәулелеріндегі сияқты, атомдар саны жоғары материалдар қорғасын немесе таусылған уран тығыздығы төмен және атомдық салмақ мөлшері төмен материалдардың (мысалы, су немесе бетон) тең массасына тоқтату қуатының қарапайым (әдетте 20% -дан 30% -ға дейін) мөлшерін қосыңыз. Атмосфера Жерге ғарыштан жақындаған барлық гамма сәулелерін сіңіреді. Тіпті ауа гамма-сәулелерді сіңіруге қабілетті, мұндай толқындардың энергиясын орта есеппен 150 футтан өтіп екі есе азайтады.

Альфа-сәулелену

Альфа бөлшегі анықталды изопропанол бұлтты камера

Альфа бөлшектері гелий-4 ядролар (екі протон және екі нейтрон). Олар зарядтарымен және біріккен массаларымен заттармен қатты әсерлеседі және әдеттегі жылдамдықтарында бірнеше сантиметр ауаға немесе бірнеше миллиметр төмен тығыздықтағы материалға енеді (мысалы, кейбір Гейгерлік қарсы түтіктерге орналастырылған жіңішке слюда материалы). ішіндегі альфа бөлшектеріне мүмкіндік беру). Бұл альфа бөлшектерінің қарапайымнан екенін білдіреді альфа ыдырауы өлі тері жасушаларының сыртқы қабаттарына енбеңіз және төмендегі тірі ұлпаларға зақым келтірмеңіз. Кейбір өте жоғары энергиялы альфа бөлшектері шамамен 10% құрайды ғарыштық сәулелер және бұл денеге, тіпті жұқа металл табақтарға енуге қабілетті. Алайда олар ғарышкерлерге ғана қауіп төндіреді, өйткені олар Жердің магнит өрісімен ауытқиды, содан кейін оны атмосфера тоқтатады.

Альфа-сәулелену альфа-сәуле шығарғанда қауіпті радиоизотоптар жұтылған немесе дем алған (тыныс алған немесе жұтылған). Бұл радиоизотопты жасушаларды зақымдайтын альфа-сәулелену үшін сезімтал тірі ұлпаларға жеткілікті жақындатады. Энергия бірлігінде альфа-бөлшектер гамма сәулелері мен рентген сәулелері сияқты жасушалардың зақымдануында кемінде 20 есе тиімді. Қараңыз салыстырмалы биологиялық тиімділік Мұны талқылау үшін. Изотоптары өте улы альфа-эмитенттердің мысалдары радий, радон, және полоний, жартылай шығарылу кезеңінің қысқа материалдарында болатын ыдырау мөлшеріне байланысты.

Бета радиация

Электрондар (бета-сәулелену) ан изопропанол бұлтты камера

Бета-минус (β⁻) сәулелену энергетикалық электроннан тұрады. Ол альфа-сәулеленуге қарағанда енгіш, бірақ гаммаға қарағанда аз. Бета-сәулелену радиоактивті ыдырау бірнеше сантиметрлік пластиктен немесе бірнеше миллиметр металдан тоқтатуға болады. Бұл нейтрон бета-бөлшекті және ан-ды бөліп, ядродағы протонға ыдырайтын кезде пайда болады антинейтрино. Бета-сәулелену линаг табиғи бета-сәулеленуге қарағанда үдеткіштер әлдеқайда жігерлі және енгіш. Ол кейде терапиялық жолмен қолданылады сәулелік терапия беткі ісіктерді емдеу үшін.

Бета-плюс (β⁺) сәулелену дегеніміз позитрондар, олар затқа қарсы электрондардың формасы. Позитрон материалдағы электрондарға ұқсас жылдамдықты баяулатқанда, позитрон электронды жойып, процесте 511 кэВ екі гамма фотонын босатады. Бұл екі гамма фотоны (шамамен) қарама-қарсы бағытта жүреді. Позитрондардың анигиляциясының гамма-сәулеленуі жоғары энергиялы фотондардан тұрады, сонымен қатар иондаушы болып табылады.

Нейтрондық сәулелену

Нейтрондар жылдамдығына / энергиясына қарай жіктеледі. Нейтрондық сәулелену тұрады бос нейтрондар. Бұл нейтрондар өздігінен немесе индукцияланған ядролық бөліну кезінде шығарылуы мүмкін. Нейтрондар - сирек кездесетін радиациялық бөлшектер; олар тек көп жерде шығарылады тізбекті реакция бөліну немесе бірігу реакциялары белсенді; бұл термоядролық жарылыс кезінде немесе жұмыс істеп тұрған ядролық реактордың ішінде 10 микросекунд ішінде болады; нейтрондардың өндірісі реакторда сын көтермейтін кезде бірден дерлік тоқтайды.

Нейтрондар басқа заттарды немесе материалды радиоактивті ете алады. Бұл процесс деп аталады нейтрондардың активациясы, медициналық, академиялық және өндірістік салаларда қолдану үшін радиоактивті көздерді алу үшін қолданылатын негізгі әдіс. Тіпті салыстырмалы түрде төмен жылдамдық жылу нейтрондары нейтрондардың активтенуін тудырады (іс жүзінде олар оны тиімдірек етеді). Нейтрондар атомдарды иондандырмайды, олар протондар мен электрондар сияқты зарядталған бөлшектер сияқты (электронды қоздыру арқылы), өйткені нейтрондарда заряд жоқ. Оларды ядролардың сіңіруі, содан кейін тұрақсыз болып, иондануды тудырады. Демек, нейтрондар «жанама иондаушы» деп аталады. Тіпті маңызды кинетикалық энергиясы жоқ нейтрондар да жанама иондайды, демек, радиациялық қауіпті болып табылады. Барлық материалдар нейтронды белсендіруге қабілетті емес; мысалы, суда, қазіргі кездегі екі типтегі атомдардың (сутегі мен оттегі) ең көп таралған изотоптары нейтрондарды ұстап алады және ауырлайды, бірақ сол атомдардың тұрақты формалары болып қалады. Тек бірнеше нейтронды жұту, статистикалық жағынан сирек кездесетін жағдай, сутегі атомын белсендіре алады, ал оттегі екі қосымша сіңіруді қажет етеді. Осылайша, су тек әлсіз активтенуге қабілетті. Екінші жағынан, тұздағы натрий (теңіз суындағыдай), бета-ыдыраудың өте қарқынды көзі, жартылай шығарылу кезеңі 15 сағатты құрайтын Na-24 болу үшін тек бір нейтронды сіңіруі керек.

Сонымен қатар, жоғары энергетикалық (жоғары жылдамдықты) нейтрондар атомдарды тікелей иондандыру қабілетіне ие. Жоғары энергетикалық нейтрондардың атомдарды иондандыруының бір механизмі - атом ядросына соғу және атомды молекуладан шығару, артында бір немесе бірнеше электронды қалдырып химиялық байланыс сынған. Бұл химиялық өндіріске әкеледі бос радикалдар. Сонымен қатар, өте жоғары энергетикалық нейтрондар «нейтронды шашырау» немесе нокаут арқылы иондаушы сәулеленуді тудыруы мүмкін, мұндағы нейтрондар атом ядроларынан (әсіресе сутегі ядроларынан) жоғары энергиялы протондар шығарады. Соңғы процесс нейтрон энергиясының көп бөлігін протонға береді бильярд добы екіншісіне соққы беру. Зарядталған протондар және осындай реакциялардан шығатын басқа өнімдер тікелей иондаушы болып табылады.

Жоғары энергиялы нейтрондар өте жақсы енеді және ауада үлкен қашықтыққа (жүздеген, тіпті мыңдаған метрге) және жалпы қатты денелердегі орташа қашықтыққа (бірнеше метрден) өте алады. Олар әдетте бір метрден аспайтын қашықтықта оларды блоктау үшін бетон немесе су сияқты сутегі қорғанысын қажет етеді. Нейтронды сәулеленудің жалпы көзі а ішінде пайда болады ядролық реактор, мұнда қалыңдығы метр су қабаты тиімді экран ретінде қолданылады.

Ғарыштық сәулелену

Ғарыш кеңістігінен Жер атмосферасына енетін жоғары энергия бөлшектерінің екі көзі бар: күн және терең ғарыш. Күн күн желінен бөлшектерді, ең алдымен бос протондарды шығарады және кейде ағынды ұлғайтады корональды масса лақтыру (CME).

Терең кеңістіктегі бөлшектер (галактикадан тыс және галактикалық) әлдеқайда аз, бірақ энергиялары әлдеқайда жоғары. Бұл бөлшектер, негізінен, протондар, олардың көп бөлігі гелиондардан тұрады (альфа-бөлшектер). Ауыр элементтердің бірнеше толық иондалған ядролары бар. Бұл галактикалық космостық сәулелердің шығу тегі әлі жақсы зерттелмеген, бірақ олардың қалдықтары сияқты супернова және әсіресе гамма-сәулелік жарылыстар (GRB), оларда осы бөлшектерден өлшенетін үлкен үдеулерге қабілетті магнит өрістері бар. Олар сондай-ақ жасалуы мүмкін квазарлар олар ГРБ-ға ұқсас реактивті құбылыстар болып табылады, бірақ олардың өлшемдері әлдеқайда үлкен және әлемнің алғашқы тарихының зорлық-зомбылық бөлігі болып көрінеді.

Иондаушы емес сәулелену

The электромагниттік спектр

Иондаушы емес сәулелену бөлшектерінің кинетикалық энергиясы өте аз, материя арқылы өткенде зарядталған иондар түзе алмайды. Иондалмайтын электромагниттік сәулелену үшін (төмендегі түрлерді қараңыз) байланысқан бөлшектерде (фотондарда) молекулалар мен атомдардың айналмалы, тербелмелі немесе электронды валенттілік конфигурацияларын өзгерту үшін жеткілікті энергия ғана болады. Иондаушы емес сәулелену формаларының тірі ұлпаларға әсері жақында ғана зерттелді. Осыған қарамастан, иондалмайтын сәулеленудің әр түрлі түрлеріне әр түрлі биологиялық әсерлер байқалады.^[4][6]

Тіпті «иондаушы емес» сәулелену температураны иондау энергиясына дейін көтеру үшін жеткілікті жылу жинаса, термиялық иондануды тудыруы мүмкін. Бұл реакциялар иондану сәулеленуіне қарағанда әлдеқайда жоғары энергияларда жүреді, бұл иондануды тудыратын жалғыз бөлшектерді қажет етеді. Термиялық ионизацияның таныс мысалы - жалпы өрттің жалын-иондануы, ал қызару бройлинг түрінде пісіру кезіндегі инфрақызыл сәулеленудің әсерінен болатын қарапайым тағам өнімдеріндегі реакциялар.

The электромагниттік спектр барлық мүмкін электромагниттік сәулелену жиіліктерінің диапазоны.^[4] Нысанның электромагниттік спектрі (әдетте жай спектр) - бұл белгілі бір объект шығаратын немесе жұтатын электромагниттік сәулеленудің сипаттамалық таралуы.

Электромагниттік сәулеленудің иондаушы емес бөлігі электромагниттік толқындардан тұрады (жеке кванттар немесе бөлшектер ретінде қараңыз) фотон ) атомдарды немесе молекулаларды электрондарды ажырату үшін жеткілікті энергияға ие емес, демек олардың иондануын тудырады. Оларға радиотолқындар, микротолқындар, инфрақызыл және (кейде) көрінетін жарық жатады. Ультрафиолет сәулесінің төменгі жиіліктері химиялық өзгерістер мен иондануға ұқсас молекулалық зақым келтіруі мүмкін, бірақ техникалық тұрғыдан иондаушы емес. Ультрафиолет сәулесінің ең жоғары жиілігі, сонымен қатар барлық рентген және гамма-сәулелер иондаушы болып табылады.

Ионданудың пайда болуы жеке бөлшектердің немесе толқындардың энергиясына емес, олардың санына байланысты. Бөлшектердің немесе толқындардың қарқынды тасқыны, егер бұл бөлшектер немесе толқындар дененің температурасын атомдардың немесе молекулалардың кішігірім фракцияларын ионизациялау үшін дененің температурасын көтермейінше, иондауға жеткілікті энергияны көтермесе, иондануды тудырмайды. термиялық-иондау (бұл үшін салыстырмалы түрде шектен тыс сәулелену қарқындылығы қажет).

Ультрафиолет

Жоғарыда айтылғандай, ультрафиолет спектрінің жұмсақ ультрафиолет деп аталатын төменгі бөлігі, 3 эВ-тан 10 эВ-қа дейін, иондалмайды. Алайда, иондалмайтын ультрафиолеттің химияға әсері және оған әсер ететін биологиялық жүйелердің зақымдануы (тотығу, мутация және қатерлі ісіктерді қоса) ультрафиолеттің бұл бөлігін де көбіне иондаушы сәулемен салыстырады.

Көрінетін жарық

Жарық немесе көрінетін жарық - бұл адамның көзіне көрінетін немесе 380-750 нм толқын ұзындығының өте тар электромагниттік сәулелену диапазоны, ол сәйкесінше 790-400 THh жиілік диапазонына тең.^[4] Неғұрлым кең мағынада физиктер «жарық» терминін барлық толқын ұзындықтарындағы көрінетін немесе көрінбейтін электромагниттік сәулеленуді білдіреді.

Инфрақызыл

Инфрақызыл (ИҚ) жарық - бұл толқын ұзындығы 0,7-300 микрометр аралығында электромагниттік сәулелену, бұл сәйкесінше 430 және 1 THz жиілік диапазонына сәйкес келеді. ИҚ толқын ұзындығы көрінетін жарыққа қарағанда ұзын, бірақ микротолқынға қарағанда қысқа. Инфрақызыл сәулеленетін объектілерден қашықтықта «сезу» арқылы анықталуы мүмкін. Инфрақызыл сезгіш жыландар бастарында «шұңқырлар» деп аталатын саңылаулы линзаны қолдану арқылы инфрақызыл сәулелерді анықтай алады және фокустай алады. Жарқын күн сәулесі теңіз деңгейінде бір шаршы метрге 1 киловаттан сәл артық сәуле береді. Бұл энергияның 53% -ы инфрақызыл сәуле, 44% -ы көрінетін жарық, ал 3% -ы ультрафиолет сәулеленуі.^[4]

Микротолқынды пеш

Электромагниттік сәулеленуде (мысалы, антеннадан шыққан микротолқындар) «сәулелену» термині тек электромагниттік өріс шексіз кеңістікке сәулеленетін және қарқындылығы ан кері квадрат заң Антеннадан сфералық бет қанша тартылғанына қарамастан, қиялдағы сфералық бет арқылы өтетін жалпы сәулелену энергиясы бірдей болатындай қуат. Электромагниттік сәулелену қамтиды алыс өріс таратқыштың айналасындағы электромагниттік өрістің бөлігі. Таратқышқа жақын «өрістің» бөлігі өзгеретін электромагниттік өрістің бөлігі болып табылады, бірақ электромагниттік сәулеленуге жатпайды.

Микротолқындар - бұл толқын ұзындығы бір миллиметрден бір метрге дейінгі ұзындықтағы, 300 МГц-тен 300 ГГц жиілік диапазонына тең электромагниттік толқындар. Бұл кең анықтамада UHF және EHF екеуі де бар (миллиметрлік толқындар), бірақ әр түрлі көздер басқа әр түрлі шектерді қолданады.^[4] Барлық жағдайда микротолқындарға минималды супер жоғары жиілік диапазоны (3-тен 30 ГГц-ке дейін немесе 10-нан 1 см-ге дейін) кіреді, РФ инженериясы көбінесе төменгі шекараны 1 ГГц-ге (30 см), ал жоғарғы шегі 100 ГГц-ке ( 3 мм).

Радио толқындары

Радиотолқындар - бұл электромагниттік спектрдегі толқын ұзындығы инфрақызыл сәулеге қарағанда ұзағырақ болатын электромагниттік сәулеленудің бір түрі. Барлық басқа электромагниттік толқындар сияқты олар да жарық жылдамдығымен қозғалады. Табиғи түрде пайда болатын радиотолқындар найзағай немесе белгілі астрономиялық объектілер арқылы жасалады. Жасанды түрде пайда болған радиотолқындар қозғалмайтын және жылжымалы радиобайланыс, хабар тарату, радиолокациялық және басқа навигациялық жүйелер, спутниктік байланыс, компьютерлік желілер және басқа да қосымшалар үшін қолданылады. Сонымен қатар, айнымалы ток өткізетін кез-келген сым дерлік энергияның бір бөлігін радиотолқын ретінде таратады; бұл көбінесе интерференция деп аталады. Радио толқындарының әртүрлі жиіліктері Жер атмосферасында таралу сипаттамаларына ие; ұзын толқындар Жердің қисықтық жылдамдығымен майысып, Жердің бір бөлігін өте тұрақты түрде қамтуы мүмкін, қысқа толқындар ионосфера мен Жерден бірнеше рет шағылысу арқылы бүкіл әлемді айналып өтеді. Біршама қысқа толқын ұзындықтары бүгіліп немесе өте аз шағылысады және көру сызығы бойымен қозғалады.

Өте төмен жиілік

Өте төмен жиілік (VLF) сәйкесінше 10000-10000 метр толқын ұзындығына сәйкес келетін 30 Гц-тен 3 кГц дейінгі жиілік диапазонын білдіреді. Радио спектрдің бұл диапазонында өткізу қабілеті көп болмағандықтан, тек ең қарапайым сигналдарды ғана жіберуге болады, мысалы, радионавигация үшін. Деп те аталады миерметр толқын ұзындығы оннан бір мириметрге дейін созылатындықтан, диапазонды немесе миириметрлік толқын (ескі метрикалық бірлік 10 километрге тең).

Өте төмен жиілік

Өте төмен жиілік (ELF) - 3-тен 30 Гц (10) дейінгі сәулелену жиілігі⁸ 10-ға дейін⁷ метрге сәйкес келеді). Атмосфералық ғылымда әдетте 3 Гц-тен 3 кГц-қа дейінгі балама анықтама беріледі.^[4] Байланысты магнитосфера ғылымында төменгі жиіліктегі электромагниттік тербелістер (~ 3 Гц-тен төмен болатын пульсациялар) ULF диапазонында жатыр деп саналады, сондықтан ол МӘС радио диапазондарынан өзгеше анықталады. Мичигандағы ауқымды әскери ELF антеннасы су астындағы сүңгуір қайықтар сияқты қол жетімді емес қабылдағыштарға өте баяу хабарламалар таратады.

Термиялық сәулелену (жылу)

Термиялық сәулелену - бұл Жерде жиі кездесетін температурада объектілер шығаратын инфрақызыл сәулеленудің жалпы синонимі. Термиялық сәулелену тек сәулеленудің өзін ғана емес, сонымен қатар объектінің беткі қабаты оның сәулелену процесін де білдіреді жылу энергиясы қара дененің сәулеленуі түрінде. Кәдімгі тұрмыстық радиатордан немесе электр жылытқыштан шыққан инфрақызыл немесе қызыл сәулелену, жұмыс істеп тұрған қыздыру шамынан шығатын жылу сияқты, жылу сәулесінің мысалы болып табылады. Термиялық сәулелену зарядталған бөлшектердің атомдар ішіндегі қозғалысынан алынған энергия электромагниттік сәулеленуге айналғанда пайда болады.

Жоғарыда айтылғандай, тіпті төмен жиілікті жылу сәулеленуі де температураны жеткілікті жоғары деңгейге көтеру үшін жеткілікті жылу энергиясын жинақтаған кезде температура-иондануды тудыруы мүмкін. Бұған әдеттегі мысалдар қарапайым жалындарда көрінетін иондану (плазма) және молекулалық өзгерістер «қызару «тамақтану кезінде, бұл ионданудың үлкен компонентінен басталатын химиялық процесс.

Қара дененің сәулеленуі

Қара дене радиация дененің біркелкі температурада шығаратын сәулеленудің идеалдандырылған спектрі. Спектрдің пішіні және денеден шығарылатын энергияның жалпы мөлшері сол дененің абсолюттік температурасының функциясы болып табылады. Шығарылған сәуле бүкіл электромагниттік спектрді қамтиды және берілген жиіліктегі сәулелену қарқындылығын (қуат / бірлік-аймақ) сипаттайды Планк заңы сәулелену Қара дененің берілген температурасы үшін сәулеленудің максималды қарқындылығында болатын белгілі бір жиілігі болады. Бұл максималды сәулелену жиілігі дененің температурасы жоғарылаған сайын жоғары жиіліктерге қарай жылжиды. Қара дененің сәулелену жиілігі максимуммен беріледі Виннің орын ауыстыру заңы және бұл дененің абсолюттік температурасының функциясы. Қара дене дегеніміз - кез-келген температурада кез-келген берілген толқын ұзындығында мүмкін болатын сәулелену мөлшерін шығаратын дене. Қара дене кез келген толқын ұзындығында түсетін максималды сәулеленуді сіңіреді. Температурасы бөлме температурасында немесе одан төмен қара дене абсолютті қара болып көрінеді, өйткені ол кез-келген түскен жарықты көрсетпейтін және көзге көрінетін толқын ұзындығында сәуле шығармайтын. Теориялық тұрғыдан қара дене бүкіл спектрге өте төмен жиілікті радиотолқындардан рентген сәулелеріне дейін электромагниттік сәуле шығарады және сәулеленудің үздіксіздігін жасайды.

Сәулеленетін қара дененің түсі оның сәулеленетін бетінің температурасын айтады. Ол түсіне жауап береді жұлдыздар, олар инфрақызылдан қызылға дейін (2500K), сарыға (5800K), аққа және көк-аққа (15000K) дейін өзгереді, өйткені шыңның сәулесі көрінетін спектрдің сол нүктелерінен өтеді. Шыңы көрінетін спектрден төмен болған кезде дене қара болады, ал денеден жоғары көк-ақ болады, өйткені барлық көрінетін түстер көгілдірден қызылға дейін бейнеленеді.

Ашу

Толқын ұзындығының көрінетін жарықтан басқа электромагниттік сәулеленуі 19 ғасырдың басында ашылды. Инфрақызыл сәулеленудің ашылуына байланысты Уильям Гершель, астроном. Гершель өзінің нәтижелерін 1800 жылы дейін жариялады Лондон Корольдік Қоғамы. Гершель, Риттер сияқты, а призмасы дейін сыну жарық Күн және инфрақызылды анықтады (тыс қызыл спектрдің бөлігі), температура жоғарылауы арқылы а термометр.

1801 жылы неміс физигі Иоганн Вильгельм Риттер призмадан шыққан сәулелердің қараңғылана түскенін атап, ультрафиолет ашты күміс хлориді күлгін жарыққа қарағанда дайындық. Риттердің тәжірибелері фотосуретке айналудың алғашқы бастамашысы болды. Риттер ультрафиолет сәулелерінің химиялық реакциялар тудыруы мүмкін екенін атап өтті.

Анықталған алғашқы радиотолқындар табиғи көзден емес, оны неміс ғалымы әдейі және жасанды түрде жасаған Генрих Герц 1887 жылы радиожиілік диапазонында тербеліс жасауға есептелген электр тізбектерін пайдаланып, теңдеулермен ұсынылған формулалардан кейін Джеймс Клерк Максвелл.

Вильгельм Рентген ашылды және аталды Рентген сәулелері. 1895 жылы 8 қарашада эвакуацияланған түтікке түсірілген жоғары кернеулермен тәжірибе жасау кезінде жақын маңдағы жабылған әйнек табақшасында флуоресценцияны байқады. Бір айдың ішінде ол рентген сәулесінің біз бүгінге дейін түсінетін негізгі қасиеттерін ашты.

1896 жылы, Анри Беккерел белгілі бір минералдардан тарайтын сәулелер қара қағазға еніп, фотографиялық тақтайшаның тұманға ұшырауын анықтады. Оның докторанты Мари Кюри тек кейбір химиялық элементтер осы энергияның сәулелерін беретінін анықтады. Ол бұл мінез-құлықты атады радиоактивтілік.

Альфа-сәулелер (альфа-бөлшектер) және бета-сәулелер (бета-бөлшектер ) арқылы сараланған Эрнест Резерфорд 1899 ж. қарапайым эксперимент арқылы. Резерфорд жалпы питблентті радиоактивті қайнар көзді қолданды және көзі шығарған сәулелердің материалдарға әр түрлі енуін анықтады. Бір түрі қысқа еніп (оны қағазбен тоқтатты) және оң зарядты Резерфорд атады альфа сәулелері. Басқасы еніп кететін (қағазды пленкаға түсіре алатын, бірақ металл емес) және теріс зарядқа ие болған, сондықтан Резерфорд типі аталған бета. Бекерелдің уран тұздарынан алғаш анықтаған радиациясы осы болды. 1900 жылы француз ғалымы Пол Виллард радийден үшінші бейтарап зарядталған және әсіресе еніп кететін сәулелену түрін ашты және оны сипаттағаннан кейін Резерфорд бұл сәулеленудің үшінші түрі болуы керек екенін түсінді, оны 1903 жылы Резерфорд атады гамма сәулелері.

Анри Беккерелдің өзі бета сәулелердің жылдам электрондар екенін дәлелдеді, ал Резерфорд және Томас Ройдс альфа бөлшектерінің иондалған гелий екенін 1909 жылы дәлелдеді. Резерфорд және Эдвард Андраде 1914 жылы гамма сәулелерінің рентгенге ұқсайтындығын, бірақ толқын ұзындығы қысқа болатындығын дәлелдеді.

Ғарыш кеңістігінен Жерге әсер ететін ғарыштық сәулелер 1912 жылы ғалым ретінде түпкілікті танылып, бар екендігі дәлелденді Виктор Гесс өткізді электрометр ақысыз әуе шарының ұшуында әр түрлі биіктікке. Бұл сәулелердің табиғаты кейінгі жылдары біртіндеп түсінілді.

Нейтрондық сәулеленуді 1932 жылы Чадвик нейтронмен ашты. Позитрондар сияқты басқа да жоғары энергетикалық бөлшектердің сәулеленуі, мюондар, және пиондар көп ұзамай ғарыштық сәулелердің реакцияларын бұлтты камералық зерттеу нәтижесінде анықталды, ал басқа бөлшектер сәулелену түрлері жасанды түрде өндірілді бөлшектердің үдеткіштері, ХХ ғасырдың соңғы жартысы арқылы.

Қолданбалар

Дәрі

Диагностика, емдеу және зерттеу үшін радиациялық және радиоактивті заттар қолданылады. Рентген, мысалы, бұлшық еттерден және басқа жұмсақ тіндерден өтеді, бірақ оларды тығыз материалдар тоқтатады. Рентген сәулесінің бұл қасиеті дәрігерлерге сынған сүйектерді табуға және денеде өсіп келе жатқан қатерлі ісіктерді анықтауға мүмкіндік береді.^[7] Дәрігерлер сондай-ақ радиоактивті затты инъекциялау арқылы және дененің бойымен қозғалғанда бөлінетін сәулені бақылау арқылы белгілі бір ауруларды табады.^[8] Қатерлі ісік ауруларын емдеу үшін қолданылатын сәулеленуді иондаушы сәуле деп атайды, себебі ол тіндердің жасушаларында иондар түзеді, өйткені ол атомдарды электрондарды ығыстырады. Бұл жасушаларды өлтіруі немесе гендерді өзгертуі мүмкін, сондықтан жасушалар өсе алмайды. Радио толқындар, микротолқындар және жарық толқындары сияқты сәулеленудің басқа түрлері иондаушы емес деп аталады. Оларда энергия көп емес, сондықтан олар жасушаларды иондай алмайды.

Байланыс

Барлық заманауи байланыс жүйелерінде электромагниттік сәулелену түрлері қолданылады. Сәулелену қарқындылығының өзгеруі дыбыстың, суреттің немесе басқа ақпараттың өзгеруін білдіреді. Мысалы, адамның дауысын радионың немесе микротолқынды ретінде жіберуге болады, бұл толқын дауыстың сәйкесінше өзгеруіне байланысты өзгереді. Музыканттар гамма сәулелерін ультрадыбыспен немесе ядролық сәулеленуді пайдаланып, дыбыс пен музыка шығаруға тәжірибе жасады.^[9]

Ғылым

Зерттеушілер радиоактивті атомдардың көмегімен тірі организмнің бір бөлігі болған материалдардың жасын анықтайды. Мұндай материалдардың жасын олардың құрамындағы радиоактивті көміртектің мөлшерін өлшеу арқылы анықтауға болады радиокөміртекті кездесу. Similarly, using other radioactive elements, the age of rocks and other geological features (even some man-made objects) can be determined; бұл деп аталады Радиометриялық танысу. Environmental scientists use radioactive atoms, known as tracer atoms, to identify the pathways taken by pollutants through the environment.

Radiation is used to determine the composition of materials in a process called нейтрондарды активтендіруді талдау. In this process, scientists bombard a sample of a substance with particles called neutrons. Some of the atoms in the sample absorb neutrons and become radioactive. The scientists can identify the elements in the sample by studying the emitted radiation.

Possible damage to health and environment from certain types of radiation

Ionizing radiation in certain conditions can cause damage to living organisms, causing cancer or genetic damage.^[4]

Non-ionizing radiation in certain conditions also can cause damage to living organisms, such as күйік. 2011 жылы Халықаралық қатерлі ісіктерді зерттеу агенттігі (IARC) of the Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы (WHO) released a statement adding radio frequency electromagnetic fields (including microwave and millimeter waves) to their list of things which are possibly carcinogenic to humans.^[10]

RWTH Aachen University's EMF-Portal web site presents one of the biggest database about the effects of Электромагниттік сәулелену. As of 12 July 2019 it has 28,547 publications and 6,369 summaries of individual scientific studies on the effects of electromagnetic fields.^[11]

Сондай-ақ қараңыз

Ескертпелер мен сілтемелер

Сыртқы сілтемелер

• Радиация қосулы Біздің уақытымызда кезінде BBC
• Health Physics Society Public Education Website
• Ionizing Radiation and Radon from World Health Organization
• Q&A: Health effects of radiation exposure, BBC News, 21 July 2011.