Zračenje

Izvor: Wikipedia
Ilustracija relativne sposobnosti tri vrste jonizujuće zračenjejonizujućeg zračenja da prodru kroz čvrst materijal. Alfa čestice zaustavlja list papira, dok beta čestice zaustavlja aluminijumska ploča. Gama zračenje slabi olovna ploča.
Kod elektromagnetskog zračenja (kao što su mikrotalasi antene, kao na slici), izraz zračenje se primenjuje samo na delove elektromagnetskog polja, koji zrače u beskonačnost i opadaju obrnuto srazmerno rastojanja, tako da je ukupna energija zračenja koje prolazi kroz zamišljenu sfernu površinu ista, bez obzira na koliko udaljenost od antene se postavi. Elektromagnetsko zračenje obuhvata dalji deo elektromagnetskog polja oko izvora. Deo bliskog polja bliže izvoru je deo promenljivog elektromagnetskog polja, ali se ne smatra elektromagnetskim zračenjem.

Zračenje je proces u kome energetske čestice ili energetski talasi putuju kroz vakuum, ili kroz materiju koja nije neophodna za njihovo prostiranje. Talasi samog medijuma, kao što su vodeni ili zvučni talasi, obično se ne smatraju zračenjem u ovom smislu.

Zračenje se može podeliti na jonizujuće i nejonizujuće zračenje u zavisnosti od toga da li jonizuje okolnu materiju. Izraz zračenje se obično kolokvijalno primenjuju samo na jonizujuće zračenje (kao što su iks zraci, gama zraci), ali izraz se može primeniti takođe i na nojonizujuće zračenje (radio talasi, mikrotalasi, toplotu i vidljivu svetlost). Čestice ili talasi zrače (tj. putuju u svim pravcima) od izvora zračenja. Ovaj aspekt je doveo do sistema mera i fizičkih jedinica koje se mogu primeniti na sve tipove zračenja. Pošto se zračenje širi kako kako prolazi kroz prostor, a njegova energija se održava (u vakuumu), snaga svih vrsta zračenja je obrnuto srazmerna kvadratu rastojanja od izvora.

I jonizujuće i nejonizujuće zračnjenje može biti opasno po žive organizme i može dovesti do promena u životnoj sredini. Jonizujuće zračenje je uglavnom mnogo štetnije po žive organizme po jedinici izračene ergije od nejonizujućeg zračenja, pošto nastali joni, čak i pri maloj snazi zračenja, imaju potencijal da izazovu oštećenja na DNK. Nasuprot tome, većina nejonizujućeg zračenja je opasna po živa bića samo u zavisnosti od izračene toplotne enrgije i obično se smatra bezopasnom pri malim snagama koje ne izazivaju značajan porast temperature. Ultraljubičasto zračenje u nekim pogledima se nalazi u sredini, pošto ima odlike i jonizujućeg i nejonizujućeg zračenja. Iako svi spektri ultraljubičastog zračenja koji prodru kroz Zemljinu atmosferu su nejonizujući, ovo zračenje izaziva mnogo više štete mnogim molekulima u biološkim sistemima, nego što se može izazvati toplotnim efektima (primer su opekotine od Sunca). Ove osobine dolaze od snage ultraljubičastog zračenja da menja hemijske veze, iako nema dovoljno enerije da jonizuje atome.

Na pitanje ošteženja bioloških sistema zbog jonizujućeg i nejonizujućeg zračenja još nije dat konačan odgovor. Kontroverze traju zbog potencijalnih ne-toplotnih efekata nejonizujućeg zračenja, kao što su izlaganje ne-zagrevajućim mikrotalasima i radio-talasima. Za nejonizujuće zraćenje se obično smatra da ima donju granicu bezbednosti, zbog toga što je toplotno zračenje neizbežno i sveprisutno. Nasuprot tome, za jonizujuće zračenje se smatra da nema potpuno bezbednu donju granicu, iako pri nekim energetskim vrednostima, nova izlaganja ne utiču značajno na pozadinsko zračenje. Pojava da male snage nekih tipova jonizujućeg zračenja mogu korisno delovati na zdravlje se naziva radijacijska hormeza.

Podela zračenja[uredi - уреди]

Zračenje sa dovoljno visokom energijom može jonizovati atome, tj. može izbaciti elektrone iz atoma i stvoriti jone. Ovo se dešava kada je elektron izbačen iz elektronski omotačelektronskog omotača atoma, što ostavlja atom sa viškom pozitivnog naelektrisanja. Pošto žive ćelije ili, još važnije DNK u tim ćelijama mogu biti oštećeni tom jonizacijom, to može dovesti do povećanja šanse za dobijanje raka. Tako je jonizujuće zračenje donekle veštački odvojeno od elektromagnetskog zračenja, jednostavno zbog svog velikog potencijala da izazove biološku štetu. Kako se pojedinačne ćelije sastoje od triliona atoma, samo mali deo biti jonizovan pri niskom intezitetu zračenja. Verovatnoća da jonizujuće zračenje izazove rak zavisi od apsorbovane doze zračenja, i ona je funkcija tendencije štete tog tipa zračenja (ekvivalentna doza) i osetljivosti ozračenog organizma ili tkiva (efektivna doza).

Grubo govoreći, fotoni i čestice sa energijama iznad oko 10 elektron volti (eV) jonizuju. Alfa čestice, beta čestice, kosmički zraci, gama zraci i rendgenski zraci nose dovoljno energije za jonizaciju atoma . Pored toga, slobodni neutroni takođe jonizuju jer je njihova interakcija sa materijom neizbežno ima ima više energije od ovog praga.

Jonizujuće zračenje potiče od radioaktivnih materijala, rendgenski cevi, akceleratora čestica i normalno je prisutan u okruženju. Ono je nevidljivo i ne može se direktno detektovati ljudskim čulima, pa su zbog toga instrumenti, kao što je Gajgerov brojač, su obično potrebni da se otkrije njihovo prisustvo. U nekim slučajevima, jonizujuće zračenje dovesti do sekundarnu emisije vidljive svetlosti na interkacije jonizujućeg zračenja sa materijom, kao u slučaju Čerenkovljevog zračenja i radio-luminiscencije. Jonizujuće zračenje ima mnogo praktičnih koristi u medicini, istraživanju i industiji, ali predstavlja opasnost po zdravlje ako se koriste nepravilno. Izloženost zračenju dovodi do oštećenja tkiva; visoke doze dovesti do opekotina, trovanja radijacijom i smrti, dok niske ali konstante doze mogu dovesti do pojave tumora i genetskih oštećenja.

Prostiranje elektromagnetskih talasa. Vektori jačine električnog polja (crveno) i magnetske indukcije (plavo) su normalni jedno na drugo, kao i na smer prostiranja talasa.

Elektromagnetsko zračenje predstavlja prostiranje talasa. Elektromagnetsko zračenje ima električne i magnetske komponente polja koja osciluju normalno jedno na drugo i u pravcu prostiranja energije. Elektromagnetsko zračenje se klasifikuju u tipove prema frekventnom opsegu talasa, a ti tipovi su (po rastućoj frekvenciji): radio-talasi, mikrotalasi, terahercno zračenje, infracrveno zračenje, vidljiva svetlost, ultraljubičasto zračenje, iks zraci i gama zraci. Od toga, radio talasi imaju najduže talasne dužine (najniža energija), a gama zraci imaju najkraće talasne dužine i stoga najviši energiju. Mali opseg frekvencija, koji se naziva vidljivi spektar ili svetlost, osećju pči različitih organizama.

Jonizujuće elektromagnetsko zračenje je ono po kojoj su fotoni koje čine zračenje imaju energije veće od oko 10 elektron volti . Sposobnost elektromagnetskih talasa (fotona) da jonizaciju atom ili molekul stoga zavisi od njihove frekvencije, koja određuje energiju fotona zračenja. Energija 10 eV je oko 1,6 × 10-18 J, što je tipičan energija veze od spoljašnjih elektrona atoma ili organskog molekula.[1] To odgovara frekvenciji od 2,4 × 1015 Hz i talasnoj dužini od 125 nm (ovo je u daleko ultraljubičastom spektu) ili manje.[2]

Kinetička energija čestica nejonizujućeg zračenja je suviše mala da proizvede naelektrisane jone kada prolazi kroz materiju. Za nejonizujuće elektromagnetsko zračenje, povezane čestice (fotoni) imaju samo dovoljno energije da promeni rotacione ili vibracione koniguracije ili konfiguracije valentnih elektrona u molekulima i atomima. Efekat nejonizujućih oblika zračenja oblika na živo tkivo je tek nedavno proučen. Ipak, različiti biološki efekti su uočeni za različite vrste nejonizujućih zračenja.[3][4]

Čak i je nejonizujućeg zračenje u stanju da prouzrokuje termo-jonizaciju ako deponuje dovoljno toplote da podigne toplotu do jonizacionih energija. Ove reakcije se javljaju na daleko većim energijma nego kod jonizacionih zračenja, koji zahteva samo pojedinačne čestice da izazove jonizaciju. Upoznati primer toplotne jonizacije je plamen - jonizacija obične vatre, i potamnjivanje hrane običnih namirnica izazvanih infracrvenim zračenje tokom pečenja.

Jonizujuće zračenje[uredi - уреди]

Glavni članak: Jonizujuće zračenje

Ultraljubičasto zračenje : uglavnom nejonizujuće, ali sa mnogo sličnih osobina jonizujućeg zračenja[uredi - уреди]

Ultraljubičasto zračenje jonizujućih talasnih dužina od 10 nm do 125 nm jonizuje molekule vazduha, i ova interakcija izaziva da bude uglavnom apsorbovana u vazduhu. Jonizujućeg ultraljubičasto zračenje stoga ne prodire u Zemljinu atmosferu u značajnoj meri, pa se stoga ponekad naziva vakuumsko ultraljubičasto zračenje. Iako postoji u svemiru, ovaj deo ultraljubičastog spektra nije od biološkog značaja, jer ne stiže do živih organizama na Zemlji.

Jedao deo ultraljubičastog spektra ipak stiže do zemlje (deo koji počinje energijama iznad 3,1 eV, ili talasnih dužina manje od 400 nm) je nejonizujući, ali je još uvek biološki opasan zbog sposobnosti pojedinačnih fotona ovih energija da izazovu pobuđivanje elektrona bioloških molekula, i tako ih oštetiti putem neželjenih reakcija. Primer je formiranje pirimidinskih dimera u DNK, što počinje na talasnim dužinama ispod 365 nm (3,4 eV), što je dobro ispod energije jonizacije. Ovo svojstvo daje ultraljubičastom spektru neke od opasnosti jonizujućih zračenja u biološkim sistemima, bez pojave stvarne jonizacije. Nasuprot tome, vidljiva svetlost i elektromagnetsko zračenja većih talasnih dužina, kao što su infracrveno zračenje, mikrotalasi, radio-talasi, se sastoje od fotona sa premalo energije da izazovu štetnu pobudu molekula pobudu, pa je ovo zračenje daleko manje opasan po jedinici energije.

Rendgenski zraci[uredi - уреди]

Glavni članak: Rendgenski zraci

Iks zraci su elektromagnetski talasi sa talasnim dužinama manjim od 10-9 m (više od 3×1017 Hz i 1.240 eV). Manji Talasna dužina odgovara višoj energiju prema jednačini E = hc / \lambda. (E je energija, h je Plankova konstanta, c je brzina svetlosti, a Λ je talasna dužina ). Kvant elektromagnetskih talasa se naziva foton. Kada se foton iks zraka sudari sa atomom, atom može da apsorbuje energiju fotona i podigne elektron na viši orbitalni nivo ili ako foton nosi mnogo energije, onda može potpuno izbaciti elektron iz atoma, izazivajući jonizaciju atoma. Generalno, kod većih atomi je više verovatnija apsorpcija fotona iks zraka, jer imaju veću energetsku razliku između elektronskih orbita. Meka tkiva u ljudskom telu je sastavljen od atoma manjih od kalcijuma koji čini kosti, pa postoji kontrast u apsorpciji iks-zraka. Rendgen aparati su posebno dizajnirani da iskoriste razlike između apsorpcije kosti i mekog tkiva, što omogućava lekarima da ispitaju strukturu ljudskog tela.

Gama zračenje[uredi - уреди]

Glavni članak: Gama zraci

Gama (γ) zračenja se sastoji od fotona talasne dužine manje od 3×10-11 metara (više od od 1019 Hz i 41,4 keV)[3] Emisija gama zračenje je nuklearni proces koji se dešava kako bi se jezgro raspadajućeg atoma rešilo jezgro viška energije nakon što je emitovalo ili alfa ili beta zračenja. I alfa i beta čestice imaju naelektrisanje i masu, pa je stoga velika verovatnoća interacije sa drugim atoma na svom putu. Gama zračenje se međutim sastoji od fotona, koji nemaju ni masu ni naelektrisanje i kao rezultat prodire mnogo dublje kroz materiju od alfa i beta zračenja.

Gama zraci mogu biti zaustavljen od strane dovoljno debelim slojem materijala, gde zaustavna moć materijala po datom području zavisi uglavnom (ali ne u potpunosti) od ukupnu mase duž putanje zračenja, bez obzira na to da li je materijal velike ili male gustine. Međutim , kao što je slučaj sa Ks-zracima , materijala sa visokim atomskim brojem , kao što su olovo ili osiromašeni uranijum dodaju umerenu (tipično 20 % do 30 %) količinu zaustavne moć u odnosu na jednaku mase manje gustih i materijala sa nižim nižim masama atoma (kao što su voda ili beton).

Alfa zračenje[uredi - уреди]

Glavni članak: Alfa raspad

Alpha čestice su jezgra helijuma-4 (dva protona i dva neutrona). Oni jako reagiki sa materiju zbog svog naelektrisanja, i na svojim uobičajenim brzinama kroz samo par centimetara vazduha ili nekoliko milimetara materijala niske gustine (kao što su tanke pločice liskuna koji se specijalno stavlja u cevi nekih Gajgerovih brojača da bi propustili alfa čestica). To znači da alfa čestice iz običnog alfa raspada ne prodiru u kožu i ne izazivaju nikakvo oštećenje potkožnog tkiva. Neke alfa čestice veoma visoke energije čine oko 10 % kosmičkog zračenja, i one su u stanju da prodru u telo i čak kroz tanke metalne ploče. Međutim, oni su opasnost samo za astronaute, jer njih odbija Zemljino magnetsko polje, a zatim ih zaustavlja njegova atmosfera.

Alfa zračenje je opasno kada se izotop koji emituje alfa zračnje unese u telo (disanjem ili gutanjem). Ovo dovosi radioizotop dovoljno blizu osetljivog tkiva na alfa zračenja da ošteti ćelije. Primeri veoma otrovnih izvora alfa zračenja su radijum, radon i polonijum.

Beta zračenje[uredi - уреди]

Glavni članak: Beta raspad

Beta-minus (β-) zračenje se sastoji elektrona. Ono je više jonizujuće od alfa-zračenja, ali manje od gama. Beta zračenje usled radioaktivnog raspada može biti zaustavljeno sa samo nekoliko centimetara plastike ili nekoliko milimetara metala. Beta zračenje se dešava kada se neutron u jezgru raspada u proton, oslobađajući beta česticu i njen antineutrino. Beta zračenje iz linearni akceleratorlineranog akceleratora ima daleko veću energiju i prodornost od prirodnog beta zračenja. Ponekad se koristi u terapeutske svrhe u radioterapiji za lečenje površinskih tumora .

Beta-plus (β+) zračenje je emisija pozitrona, koji su antimaterijski oblik elektrona. Kada pozitron usporava do brzina sličnim oni elektronima u materijalu, pozitron će poništiti elektron, oslobađajući u procesu dva gama fotona enerije 511 keV. Ta dva gama fotoni će putovati u (približno) suprotnim smerovima. Gama zračenje iz anihilacije pozitrona sastoji se od fotona visokih energija i ono je jonizujuće.

Neutronsko zračenje[uredi - уреди]

Neutroni su kategorizovani prema njihovoj brzini. Neutronsko zračenje se sastoji od slobodnih neutrona. Ovi neutroni mogu biti emitovani tokom bilo spontane ili indukovane nuklearne fisije.

Neutroni su jedina vrsta jonizujućih zračenja koji mogu učiniti druge objekte ili materijale radioaktivnim. Ovaj proces, koji se naziva neutronska aktivacija, je primarni metod koji se koristi za proizvodnju radioaktivnih izvora za upotrebu u medicinskim , akademskim i industrijskim primenama. Čak i termalni neutroni relativno malih brzina, će izazvati neutronsku aktivaciju (zapravo, oni j efikasnije izazivaju). Neutroni ne jonizuju atom na isti način kao i naelektrisane čestice kao što su protoni i elektroni ( pobuđivanjeme elektrona), jer neutroni nemaju naelektrisanje. Putem njihove apsorpcije se stvaraju nestabilna jezgra koja izazivaju jonizaciju. Tako su neutroni „indirektno jonizujući“. Čak i neutroni bez značajnije kinetičke energije su indirektno jonizujući i stoga su značajan rizik usled zračenja .

Pored toga, (brzi) neutroni visoke energije imaju sposobnost da direktno jonizuju atome. Jedan od mehanizama koji neutroni visoke energije jonizuju atom je da pogode jezgro atoma i izbace atom iz molekula, ostavljajući jedan ili više elektrona jer su hemijske veze prekinute. To dovodi do stvaranja hemijskih slobodnih radikala. Pored toga, neutroni veoma visokih energija mogu izazvati jonizujuće zračenje neutronskim sudarima, pri čemu neutroni izazivaju emisiju protona visoke energije iz atomskih jezgara (posebno jezgra vodonika). Poslednji proces prenosi veći deo energije neutrona na protona, isto kao kada jedna bilijarska kugla udara u drugu. Naelektrisani protoni, i drugi proizvodi iz tih reakcija su direktno jonizujući.

Neutroni visoke energija su veoma prodorni i prevaljuju velike razdaljine u vazduhu (stotine ili čak hiljade metara) i umerena rastojanja (nekoliko metara) u običnim čvrstim materijalima. Oni obično zahtevaju oblogu bogatu bodonikom, kao što su beton ili voda, da ih zaustave na rastojanjima manjim od jednog metra. Čest izvor neutronskog se zračenja unutar nuklearnog reaktora gde se sloj vode širine nekoliko metara koristi kao efikasna zaštita.

Nejonizujuće zračenje[uredi - уреди]

Glavni članak: Nejonizujuće zračenje

Nejonizujuće elektromagnetsko zračenje[uredi - уреди]

Elektromagnetski spektar je opseg svih mogućih frekvencija elektromagnetskih zračenja.[3]Elektromagnetski spektar (ili samo spektar) objekta je karakteristika raspodela elektromagnetskog zračenja koje emituje ili apsorbuje taj objekat .

Nejonizujući deo elektromagnetskog zračenja se sastoji od elektromagnetskih talasa koji (kao pojedinačni kvant ili čestice, vidi foton) ne nosi dovoljno energije da izbaci elektrone iz atoma ili molekula i stoga izazove njihovu jonizaciju. Ovo obuhvata radio-talase, mikrotalase, infracrenu i (ponekad) vidljivu svetlost. Ultraljubičasta svetlost nižih frekvencija može izazvati hemijske promene i molekulska oštećenja slična jonizaciji, ali tehnički nije jonizujuće. Ultraljubičasta svetlosti najviših frekvencija, kao i svi iks zraci i gama zraci su jonizujući.

Pojava jonizacije zavisi od energije pojedinačnih čestica ili talasa, a ne od njihove brojnosti. Intenzivno obasipanje česticama ili talasima neće izazvati jonizaciju ako ove čestice ili talasi ne nose dovoljno energije da jonizuju, ukoliko ne podigne temperaturu tela do tačke dovoljno visoko za jonizaciju malog dela atoma ili molekula procesom termo-jonizacija (ovo, međutim, zahteva relativno ekstremne intenzitete zračenja).

Ultraljubičasta svetlost[uredi - уреди]

Kao što je navedeno gore, donji deo ultraljubičastog spektra, od 3 eV do oko 10 eV, je nejonizujući. Međutim, efekti nejonizujućeg ultraljubičastog zračenja na hemijska jedinjenja i oštećenja bioloških sistema izloženih njemu (uključujući oksidaciju, mutacije i rak) su takve da se čak i ovaj deo ultraljubičastog spektra se često poredi sa jonizujućim zračenjimaa.

Vidljiva svetlost[uredi - уреди]

Glavni članak: Svetlost

Svetlost, ili vidljiva svetlost , je veoma uzak spektar elektromagnetskog zračenja talasni dužina koja je vidljivo ljudskom oku, odnosno koje talasnih dužina od 380-750 nm, što odgovara frekventnom opsegu od 790 do 400 THz.[3] Šire gledano, fizičari posmatraju vidiljivu svetlost kao elektromagnetsko zračenje svih talasnih dužina, bez obzira da li je vidljivo ili ne .

Infracrvena svetlost[uredi - уреди]

Glavni članak: Infracrvena svetlost

Infracrvena svetlost je elektromagnetsko zračenje talasnih dužinama između 0,7 i 300 μm, što odgovara opsegu frekvencija između 430 do 1 THz. Talasne dužine infracrvene svetlosti su duže nego vidljive svetlosti, ali kraće nego kod mikrotalasa. Infracrvena svetlost može biti otkrivena na udaljenosti od objekata ztačnjea po „osećaju“. Zmije koje osećaju infracrvenu svetlost mogu da detektuju i fokusiru infracrvenu svetlost infracrveni upotrebom pinhol sočiva u njihovim glavama. Jaka sunčeva svetlost daje zračenje na nivou mora od nešto preko 1 kW/m². Od ove energije, 53 % je infracrveno zračenje, 44 % je vidljiva svetlost, a 3 % je ultraljubičasto zračenje.[3]

Mikrotalasi[uredi - уреди]

Glavni članak: Mikrotalasi

Mikrotalasi su elektromagnetski talasi sa talasnim dužinama u opsegu od kratkih kojima odgovara talasna dužina od 1 mm pa sve do dugih kojima odgovara talasna dužina od 1 m, što odgovara frekventnom opsegu od 300 MHz do 300 GHz. Ova široka definicija uključuje i UHF i EHF (milimetarski talasi), ali različiti izvori navode različite granice.[3] U svakom slučaju, mikrotalasi obuhvataju čitav spektar super visokih frekvencija (od 3 do 30 GHz, ili 10 do 1 cm), dok radio-tehnika često stavlja donju granicu na 1 GHz (30 cm), a gornju na oko 100 GHz (3 mm).

Radio talasi[uredi - уреди]

Glavni članak: Radio talasi

Radio talasi su vrsta elektromagnetskog zračenja sa talasnim dužinama u elektromagnetskom spektru dužim od infracrvene svetlosti. Kao i svi drugi elektromagnetski talasi, i oni putuju brzinom svetlosti. Prirodne radio talasi izazivaju munje, ili određeni astronomski objektim. Veštački stvoreni radio-talasi se koriste za fiksne i mobilne radio-komunikacije, emitovanje radija i televizije, radarske i druge navigacione sisteme, satelitsku komunikaciju, računarske mreže i brojne druge primene. Različite frekvencije radio talasa imaju različite karakteristike širenja u Zemljinoj atmosferi. Dugi talasi mogu da se krive po stopi zakrivljenosti Zemlje i mogu pokriti deo Zemlje veoma dosledno. Kraći talasi putuju oko sveta višestruko se odbijajući od jonosferu i Zemlju. Mnogo kraće talasne dužine se krive ili reflektuju veoma malo i putuju duž linije pogleda.


Veoma niske frekvencije (VLF)[uredi - уреди]

Veoma niske frekvencije (VLF) se odnose na frekventni opseg od 30 Hz do 3 kHz što odgovara talasnim dužinama od 100.000 do 10.000 metara. Pošto nema mnogo propusnog opsega u ovom delu spektra radio talasa, samo najjednostavnije signali mogu da se prenose, kao što su signali za radio navigaciju. Ovaj opseg je takođe poznat i kao mirijametarski opseg ili mirijametarski talasi jer su talasne dužine u opsegu od jednog do 10 mirijametara (zastarela metrička jedinica koja je jednaka 10 kilometara).

Izuzetno niske frekvencije (ELF)[uredi - уреди]

Izuzetno niske frekvencije (ELF) je zračenje frekvencije od 3 do 30 Hz (108 do 107 metara). Za proučavanje atmosfere obično se daje alternativna definicija od 3 Hz do 3 kHz. Za povezano proučavanje mangetosfere i u seizmologiji, smatra se da elektromangetske oscilacije nižih frekvencija (pulsacije ispod ~ 3 Hz) leže u ultra niskom frekventnom (ULF) opsegu, koje se stoga imaju drugačiji definiciju od opsega kako ih definiše Međunarodna unija za telekomunikacije.

Toplotno zračenje[uredi - уреди]

Glavni članak: Toplotno zračenje

Toplotno zračenje je zajednički sinonim za infracrveno zračenje koju zrače objekati na temperaturama koje se često sreću na Zemlji . Toplotno zračenje se ne odnosi samo na samo zračenje, već i na proces u kom neka površina površina zrači svoju toplotnu energiju u vidu zračenja crnog tela. Infracrveno ili crveno zračenje iz običnog radijatora ili električnog grejača su primer toplotnog zračenja, kao i toplota koju emituju obična inkandescentna sijalica. Toplotno zračenje se generiše kada se energija pokretnih naelektrisanih čestica u okviru atoma transformiše u elektromagnetsko zračenje.

Kao što je navedeno gore , čak i toplotno zračenje niske frekvencije može izazvati toplotnu jonizaciju kad god skladiši dovoljno toplotne energije da podigne temperaturu na dovoljno visok nivo. Uobičajeni primeri za to su jonizacija (plazma) koja se vidi u običnom plamenu, i molekularne promene izazvane „zatamnjivanje" tokom pečenja hrane, što je hemijski proces koji počinje sa velikim količinom jonizacije.

Zračenje crnog tela[uredi - уреди]

Glavni članak: Zračenje crnog tela

Zračenje crnog tela je idealizovani spektar zračenja koje emituje telo po jedinstvenoj temperaturi. Oblik spektra i ukupan iznos energije koju emituje telo je funkcija apsolutne temperature tela. Emitovao zračenje pokriva čitav spektar elektromagnetskog zračenja i intenzitet zračenja (snaga po jedinici površine) na datoj frekvenciji je opisana Plankovim zakonom zračenja. Za datoj temperaturi crnog - telu postoji neki frekvencija na kojoj se emitujemaksimalna količina zračenja. Maksimalna frekvencija zračenja se pomera ka višim frekvencijama kako temperatura tela raste. Frekvencija na kojoj zračenje crnog tela na maksimumu je data Vinovim zakonom pomeraja i zavisi od apsolutne temperature tela. Crno telo je predmet koji emituje na bilo kojoj temperaturi maksimalnu moguću količinu zračenja na bilo kojoj talasnoj dužini . Crno telo će takođe apsorbovati maksimalnu moguću zračenje na bilo kojoj talasnoj dužini . Crno telo sa temperaturi oko ili ispod sobne temperature će na taj način izgledati apsolutno crno, jer neće odbijati nikakvu upadnu svetlost, niti će emitovati dovoljno zračenja na vidljivim talasnim dužinama da bi ljudske oči to primetile. Teoretski, crno telo emituje elektromagnetsko zračenje u celom spektru od radio talasa veoma niskih frekvencija do iks zraka, stvarajući kontinuum zračenja.

Otkrića[uredi - уреди]

Elektromagnetsko zračenje različitih talasnih dužina (osim vidljive svetlosti) otkrivena su u 19. i 20. veku. Otkriće infracrvenog zračenja se pripisuje astronomu Vilijamu Heršelu . Heršel je 1800. objavio svoje rezultate pred Kraljevskim društvom u Londonu. Heršel je koristi prizmu da prelama sunčevu svetlost i otkrio infracrveno (izvav crvenog dela spektra) zračenje, kroz povećanje temperature registrovano termometrom.

Nemački fizičar Johan Vilhelm Riter je 1801. otkrio ultraljubičasto zračnjenje uočivši da konstatujući da su zraci iz prizme brže zatamnjivali smeše srebro hlorida od ljubičaste svetlosti. Riterovi eksperimenti su bili rana preteča fotografije. Riter je primetio da su ultraljubičasti zraci bili u stanju da izazivaju hemijske reakcije.

Prvi radio-talasi nisu bili otkriveni iz prirodnog izvora, već ih je 1897. namerno i veštački proizveo nemački naučnik Hajnrih Herc, koristeći električna kola projektovana da proizvedu oscilacije u radio-frekvencijskom opsegu, sledeći jednačine koje je predložio Džejms Klerk Maksvel.

Vilhelm Rendgen je otkrio i dao ime iks zracima. Dok je 8. novembra 1895. eksperimentisao sa visokim naponom primenjenim na cev iz koje je bio izvučen vazduh, primetio je fluorescenciju na obližnjem tanjiru obloženim staklom. U roku od mesec dana Rendgen je otkrio glavne osobine iks zraka.

Anri Bekerel je 1896. otkrio da su zraci koji nastaju iz određenih minerala prodrli kroz crni papir i izazvali zamagljenje nerazvijene fotografske ploče. Njegov doktorant Marija Kiri je otkrila da samo određeni hemijski elementi daju ovo zračenje energije. Ona je nazvala ovakvo ponašnje radioaktivnošću.

Alfa zrake (alfa čestice) i beta zrake (beta čestice) je 1899. otkrio Ernest Raderford pomoću jednostavnih eksperimenata. Raderford je koristi uranit kao radioaktivni izvor i utvrdio da su zraci koje proizvodi izvor imali različitu prodornost u materijalima. Jedan tip zraka je imao kratku probojnost (bio je zaustavljen listom papira) i pozitivno naelektrisanje, i njih je Radeford nazvao alfa zracima. Drugi tip zraka je dublje prodirao (bio je da ozrači fotografski film kroz papir, ali ne i kroz metal) i imao je negativno naelektrisanje, i ovom tipu zračenja Radeford je dao ime beta zraci. Bilo je to zračenjenj koje je prvi otkrio Bekerel iz uranijumovih soli. Francuski naučnik Pol Vilar je 1900. otkrio treće naročito prodorno zračenje bez naelektrisanja iz radijuma, a nakon što ga je opisao, Raderford je shvatio da mora postojati i treća vrsta zračenja, koju je Radeford 1903. nazvao gama zracima.

Anri Bekerel je dokazao da su beta zraci u stvari brzi elektroni, dok su Raderford i Tomas Rojds 1909. dokazali da su alfa čestice jonizovani helijum. Raderford i Edvard Andrade su 1914. dokazali da su gama zraci slični iks zracima, ali sa kraćim talasnim dužinama.

Kosmičko zračenje koje pogađa Zemlju iz svemira je konačno definitivno priznato i dokazano da postoji 1912, zahvaljujući Viktoru Hesu koji je uz pomoć balona nosio elektrometar na različite visine. Priroda ovih zračenja je tek postepeno shvaćena u kasnijim godinama .

Neutronskog zračenja je zajedno sa neutronom otkrio Džejms Čedvik 1932. godine. Brojne drugo visokoenergetske čestica, kao što su pozitroni, mioni i pioni su otkrivene brzo nakon toga posmatranjem reakcija u maglenim komorama, a drugi tipovi čestičnih zračenja su dobijeni u akceleratorima čestica, tokom druge polovine 20. veka.

Primena[uredi - уреди]

U medicini[uredi - уреди]

Zračenje i radioaktivne supstance se koriste za dijagnostiku, lečenje i istraživanje. Iks zraci, na primer, prolaze kroz mišiće i drugo meko tkivo, ali ih zaustavlja gušća materija. Ova osobina iks zraka omogućava lekarima da pronađu prelome kostiju i da lociraju tumor koji se možda raste u telu. Lekari takođe pronalaze neke bolesti ubrizgavanjem radioaktivne materije i praćenje radijacije koje odaje supstanca dok se kreće kroz telo. Jonizujuće zračenje se koristi za lečenje raka, jer može ubiti ćelije ili promenite gene, tako da ćelije ne mogu da rastu.

U komunikaciji[uredi - уреди]

Svi moderni komunikacioni sistemi koriste različite oblike elektromagnetskog zračenja. Razlike u intenzitetu zračenja predstavljaju promene u zvuku, slici ili drugim informacijama koje se prenose. Na primer, ljudski glas se može preneti preko radio-talasa ili mikrotalasa tako što varijacije u talasu prate varijacije u glasu.

U nauci[uredi - уреди]

Istraživači koriste radioaktivne atome da se utvrdi starost materijala koji su nekada bili deo živog organizma. Starost takvih materijala može se proceniti merenjem količine radioaktivnog ugljenika u procesu koji se zove radiokarbonsko datiranje. Slično , koristeći druge radioaktivne elemente, može se odrediti starost stena i drugih geoloških karakteristika (čak i nekih veštačkih objekata), a to metoda se zove radiometrijsko datiranje. Naučnici koji prate životnu sredinu koriste radioaktivne atome, poznate kao markere, da se identifikuju putanje koje zagađivač preduzima kroz sredinu.

Zračenje se koristi za određivanje sastava materijala u procesu koji se zove neutronska aktivaciona analiza. U ovom procesu , naučnici bombarduju neutronima uzorak supstance. Neki od atoma u uzorku apsorbuju neutrone i postaju radioaktivni. Naučnici mogu da identifikuju elemente u uzorku proučavajući emitovano zračenja.

Reference[uredi - уреди]

  1. Ionization energy. chemguide.co.uk. The ionization energies of hydrogen and oxygen (first ionization) are both about 14 eV
  2. Questions and Answers about Biological Effects and Potential Hazards of Radiofrequency Electromagnetic Fields. Office of Engineering and Technology. Bulletin 56, Fourth Edition, August 1999.
  3. 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Kwan-Hoong Ng (20–22 October 2003). "Non-Ionizing Radiations – Sources, Biological Effects, Emissions and Exposures". Proceedings of the International Conference on Non-Ionizing Radiation at UNITEN ICNIR2003 Electromagnetic Fields and Our Health. 
  4. John E. Moulder. "Static Electric and Magnetic Fields and Human Health". http://web.archive.org/web/20070714054650/http://www.mcw.edu/gcrc/cop/static-fields-cancer-faq/toc.html. 

Spoljašnje veze[uredi - уреди]