Šta je zračenje u fizici? Definicija, karakteristike, primena zračenja u fizici. Šta je toplotno zračenje u fizici. Radijacija

Realnosti našeg vremena su takve da novi faktori sve više prodiru u prirodno stanište ljudi. Jedna od njih su različite vrste elektromagnetnog zračenja.

Prirodna elektromagnetna pozadina oduvijek je pratila ljude. Ali njegova umjetna komponenta stalno se popunjava novim izvorima. Parametri svakog od njih razlikuju se po snazi i prirodi zračenja, talasnoj dužini i stepenu uticaja na zdravlje. Koje je zračenje najopasnije za ljude?

Kako elektromagnetno zračenje utiče na ljude

Elektromagnetno zračenje se širi u zraku u obliku elektromagnetnih valova, koji su kombinacija električnih i magnetskih polja koja se mijenjaju prema određenom zakonu. Ovisno o frekvenciji, konvencionalno se dijeli na opsege.

Procesi prijenosa informacija unutar našeg tijela su elektromagnetne prirode. Oni koji su došli elektromagnetnih talasa uvesti dezinformacije u ovaj mehanizam, koji po prirodi dobro funkcioniše, prvo prouzrokujući nezdrava stanja, a zatim patoloških promjena po principu "gdje je tanko, lomi se". Jedan ima hipertenziju, drugi ima aritmiju, treći ima hormonalni disbalans i tako dalje.

Mehanizam djelovanja zračenja na organe i tkiva

Koji je mehanizam djelovanja zračenja na ljudske organe i tkiva? Na frekvencijama manjim od 10 Hz, ljudsko tijelo se ponaša kao provodnik. Posebno osjetljiv na provodne struje nervni sistem. Mehanizam prijenosa topline koji djeluje u tijelu dobro se nosi s blagim povećanjem temperature tkiva.

Elektromagnetna polja visoke frekvencije su druga stvar. Njihov biološki učinak se izražava u primjetnom porastu temperature ozračenih tkiva, što uzrokuje reverzibilne i nepovratne promjene u organizmu.

Osoba koja je primila dozu mikrovalnog zračenja veću od 50 mikrorentgena na sat može doživjeti poremećaje na ćelijskom nivou:

mrtvorođena djeca;
poremećaji u aktivnosti različitih tjelesnih sistema;
akutne i hronične bolesti.

Koja vrsta zračenja ima najveću prodornu moć?

Koji raspon elektromagnetnog zračenja je najopasniji? Nije tako jednostavno. Proces zračenja i apsorpcije energije odvija se u obliku određenih porcija - kvanta. Što je talasna dužina kraća, to kvanti imaju više energije i više nevolja mogu izazvati kada uđu u ljudsko telo.

Najenergetniji kvanti su kvanti tvrdog rendgenskog i gama zračenja. Čitava podmuklost kratkotalasnog zračenja je u tome što ne osjećamo samo zračenje, već osjećamo samo posljedice njihovog štetnog djelovanja, koje u velikoj mjeri zavise od dubine njihovog prodiranja u ljudska tkiva i organe.

Koja vrsta zračenja ima najveću prodornu moć? Naravno, radi se o zračenju sa minimalnom talasnom dužinom, odnosno:

X-ray;

Upravo kvanti ovih zračenja imaju najveću prodornu moć i, što je najopasnije, ioniziraju atome. Kao rezultat toga, javlja se vjerojatnost nasljednih mutacija, čak i uz niske doze zračenja.

Ako govorimo o rendgenskim zracima, onda to pojedinačne doze at ljekarski pregledi vrlo beznačajno, ali maksimalno dozvoljena doza, akumulirani tokom života ne bi trebalo da pređu 32 rendgena. Za dobijanje takve doze bile bi potrebne stotine x-zrake, koji se izvodi u kratkim vremenskim intervalima.

Šta može biti izvor gama zračenja? Po pravilu se javlja prilikom raspada radioaktivnih elemenata.

Tvrdi dio ultraljubičastog zračenja ne samo da može jonizirati molekule, već može uzrokovati i vrlo ozbiljna oštećenja mrežnice. Općenito, ljudsko oko je najosjetljivije na valne dužine koje odgovaraju svijetlozelenoj boji. Oni odgovaraju talasima od 555–565 nm. U sumrak, osetljivost vida se pomera ka kraćim plavim talasima od 500 nm. Ovo se objašnjava velikim brojem fotoreceptora koji percipiraju ove talasne dužine.

Ali najozbiljnije oštećenje organa vida uzrokuje lasersko zračenje u vidljivom opsegu.

Kako smanjiti opasnost od viška zračenja u stanu

Pa ipak, koje je zračenje najopasnije za ljude?

Nema sumnje da je gama zračenje veoma "neprijateljsko". ljudskom tijelu. Ali elektromagnetski valovi niže frekvencije također mogu uzrokovati štetu zdravlju. Hitan ili planirani nestanak struje remeti naš život i uobičajen rad. Sva elektronska „punjenja“ naših stanova postaje beskorisna, a mi smo, nakon što smo izgubili internet, mobilne komunikacije, televiziju, odsječeni od svijeta.

Čitav arsenal električnih kućanskih aparata je, u jednoj ili drugoj mjeri, izvor elektromagnetnog zračenja, koje smanjuje imunitet i narušava rad endokrinog sistema.

Uspostavljena je veza između udaljenosti mjesta stanovanja osobe od visokonaponskih dalekovoda i pojave malignih tumora. Uključujući dječju leukemiju. Ove tužne činjenice mogu se nastaviti u nedogled. Važnije je razviti određene vještine u njihovom radu:

kada koristite većinu električnih uređaja za kućanstvo, pokušajte održavati udaljenost od 1 do 1,5 metara;
stavi ih unutra različitim dijelovima apartmani;
zapamtite da električni brijač, bezopasni blender, fen za kosu, električni Četkica za zube- stvaraju prilično jako elektromagnetno polje, koje je opasno zbog blizine glave.

Kako provjeriti nivo elektromagnetnog smoga u stanu

Za ove svrhe bilo bi dobro imati poseban dozimetar.

Radiofrekvencijski opseg ima svoju sigurnu dozu zračenja. Za Rusiju se definiše kao gustina energetskog toka, a mjeri se u W/m² ili µW/cm².

Za frekvencije u rasponu od 3 Hz do 300 kHz, doza zračenja ne bi trebala prelaziti 25 W/m².
Za frekvencije u rasponu od 300 MHz do 30 GHz 10 - 100 µW/cm².

U raznim zemljama, kriterijumi za procenu opasnosti od zračenja, kao i oni koji se koriste za njihovu kvantifikacija vrijednosti mogu varirati.

Ako nemate dozimetar, postoji prilično jednostavan i efikasan način da provjerite nivo elektromagnetnog zračenja vaših kućnih električnih uređaja.

Uključite sve električne uređaje. Prilazite svakom od njih jedan po jedan sa radiom koji radi.
Nivo smetnji koje se u njemu javljaju (pucketanje, škripa, buka) će vam reći koji je uređaj izvor jačeg elektromagnetnog zračenja.
Ponovite ovu manipulaciju u blizini zidova. Nivo smetnji ovdje će ukazati na mjesta najzagađenija elektromagnetnim smogom.

Možda ima smisla preurediti namještaj? U suvremenom svijetu naše tijelo je već izloženo prekomjernom trovanju, pa su sve radnje zaštite od elektromagnetnog zračenja neosporan plus za vaše zdravlje.

Danas ćemo pričati o tome šta je zračenje u fizici. Hajde da razgovaramo o prirodi elektronskih prelaza i damo elektromagnetsku skalu.

Božanstvo i atom

Struktura materije postala je predmet interesovanja naučnika pre više od dve hiljade godina. Starogrčki filozofi postavljali su pitanja o tome kako se vazduh razlikuje od vatre, a zemlja od vode, zašto je mermer beli, a ugalj crn. Stvorili su složene sisteme međusobno zavisnih komponenti, pobijali ili podržavali jedni druge. A najnerazumljiviji fenomeni, na primjer, udar groma ili izlazak sunca, pripisani su djelovanju bogova.

Jednom, nakon što je godinama posmatrao stepenice hrama, jedan naučnik je primetio: svako stopalo koje stoji na kamenu nosi sićušnu česticu materije. Vremenom je mermer promenio oblik i sagnuo se u sredini. Ime ovog naučnika je Leukip, a najmanje čestice je nazvao atomima, nedeljivim. Time je započeo put proučavanja šta je zračenje u fizici.

Uskrs i svjetlo

Onda su došla mračna vremena i nauka je napuštena. Svi koji su pokušali da proučavaju sile prirode nazivani su vješticama i čarobnjacima. Ali, koliko je čudno, religija je bila ta koja je dala poticaj dalji razvoj nauke. Proučavanje o tome šta je zračenje u fizici počelo je sa astronomijom.

Vrijeme za proslavu Uskrsa svaki put se tih dana drugačije računalo. Složen sistem odnosa između prolećne ravnodnevice, 26-dnevnog lunarnog ciklusa i 7-dnevne sedmice sprečavao je sastavljanje datumskih tabela za proslavu Uskrsa više od nekoliko godina. Ali crkva je morala sve isplanirati unaprijed. Stoga je papa Lav X naredio sastavljanje preciznijih tablica. To je zahtijevalo pažljivo posmatranje kretanja Mjeseca, zvijezda i Sunca. I na kraju je Nikola Kopernik shvatio: Zemlja nije ravna i nije centar svemira. Planeta je lopta koja se okreće oko Sunca. A Mjesec je sfera u Zemljinoj orbiti. Naravno, neko bi se mogao zapitati: "Kakve veze sve ovo ima sa onim što je zračenje u fizici?" Hajde da to sada otkrijemo.

Ovalne i grede

Kasnije je Kepler dopunio Kopernikanski sistem tako što je ustanovio da se planete kreću po ovalnim orbitama, a to kretanje je neravnomjerno. Ali upravo je taj prvi korak u čovječanstvu usadio interesovanje za astronomiju. I tu nije bilo daleko od pitanja: "Šta je zvijezda?", "Zašto ljudi vide njene zrake?" i „Kako se jedna svjetiljka razlikuje od druge?“ Ali prvo ćete morati prijeći od ogromnih objekata do najmanjih. A onda dolazimo do zračenja, koncepta u fizici.

Atom i grožđice

Krajem devetnaestog veka akumulirano je dovoljno znanja o najmanjim hemijskim jedinicama materije - atomima. Poznato je da su električno neutralni, ali da sadrže i pozitivno i negativno nabijene elemente.

Postavljene su mnoge pretpostavke: da su pozitivni naboji raspoređeni u negativnom polju, poput grožđica u lepinji, i da je atom kapljica različito nabijenih tečnih dijelova. Ali Rutherfordovo iskustvo je sve razjasnilo. On je dokazao da se u središtu atoma nalazi pozitivno teško jezgro, a oko njega lagani negativni elektroni. A konfiguracija školjki je različita za svaki atom. U tome leže osobenosti zračenja u fizici elektronskih prelaza.

Bor i orbita

Kada su naučnici otkrili da su svjetlosni negativni dijelovi atoma elektroni, pojavilo se još jedno pitanje - zašto ne padaju na jezgro. Uostalom, prema Maxwellovoj teoriji, svaki pokretni naboj zrači i stoga gubi energiju. Ali atomi su postojali dokle god je svemir i nisu se htjeli uništiti. Bohr je priskočio u pomoć. On je pretpostavio da se elektroni nalaze u određenim stacionarnim orbitama oko atomskog jezgra i da mogu biti samo u njima. Prijelaz elektrona između orbita vrši se trzajem uz apsorpciju ili emisiju energije. Ova energija može biti, na primjer, kvant svjetlosti. U suštini, sada smo izložili definiciju zračenja u fizici čestica.

Vodonik i fotografija

U početku je tehnologija fotografije izmišljena kao komercijalni projekat. Ljudi su želeli da ostanu vekovima, ali nisu svi mogli da priušte da naruče portret od umetnika. A fotografije su bile jeftine i nisu zahtijevale tako velika ulaganja. Tada je umjetnost stakla i srebrnog nitrata stavila vojne poslove u svoju službu. A onda je nauka počela da koristi fotosenzitivne materijale.

Spektri su prvo fotografisani. Odavno je poznato da vrući vodonik emituje specifične linije. Udaljenost između njih bila je poštovana određenom zakonu. Ali spektar helijuma bio je složeniji: sadržavao je isti skup linija kao vodonik, i još jednu. Druga serija više nije poštovala zakon izveden za prvu seriju. Ovdje je Borova teorija pritekla u pomoć.

Pokazalo se da u atomu vodika postoji samo jedan elektron i da se može kretati sa svih viših pobuđenih orbita na jednu nižu. Ovo je bila prva serija linija. Teži atomi su složeniji.

Objektiv, rešetka, spektar

To je označilo početak upotrebe zračenja u fizici. Spektralna analiza je jedan od najmoćnijih i najpouzdanijih načina za određivanje sastava, količine i strukture tvari.

Spektar elektronske emisije će vam reći šta se nalazi u objektu i koliki je procenat određene komponente. Ova metoda se koristi u apsolutno svim područjima nauke: od biologije i medicine do kvantne fizike.
Spektar apsorpcije će vam reći koji su joni i na kojim pozicijama prisutni u rešetki čvrste tvari.
Rotacijski spektar će pokazati koliko su udaljeni molekuli unutar atoma, koliko i kakve veze svaki element ima.

A rasponi primjene elektromagnetnog zračenja su bezbrojni:

radio talasi istražuju strukturu veoma udaljenih objekata i unutrašnjost planeta;
toplinsko zračenje će reći o energiji procesa;
vidljiva svjetlost će vam reći u kojim smjerovima leže najsjajnije zvijezde;
ultraljubičasti zraci će jasno pokazati da se dešavaju interakcije visoke energije;
Sam rendgenski spektar omogućava ljudima da proučavaju strukturu materije (uključujući ljudsko tijelo), a prisustvo ovih zraka u kosmičkim objektima obavijestit će naučnike da se u fokusu teleskopa nalazi neutronska zvijezda, eksplozija supernove ili crna rupa.

Čisto crno tijelo

Ali postoji posebna sekcija koja proučava šta je toplotno zračenje u fizici. Za razliku od atomske svjetlosti, toplotna emisija svjetlosti ima kontinuirani spektar. A najbolji model objekta za proračune je apsolutno crno tijelo. Ovo je predmet koji "hvata" svu svjetlost koja pada na njega, ali je ne pušta nazad. Začudo, potpuno crno tijelo emituje zračenje, a maksimalna valna dužina ovisit će o temperaturi modela. U klasičnoj fizici, toplotno zračenje je dovelo do paradoksa: ispostavilo se da svaka zagrejana stvar treba da zrači sve više i više energije dok, u ultraljubičastom opsegu, njena energija ne uništi univerzum.

Maks Plank je uspeo da razreši paradoks. On je u formulu zračenja uveo novu količinu, kvant. Ne dajući mu ništa posebno fizičko značenje, otvorio je cijeli svijet. Sada je kvantizacija količina osnova moderna nauka. Naučnici su shvatili da se polja i fenomeni sastoje od nedjeljivih elemenata, kvanta. To je dovelo do dubljih proučavanja materije. Na primjer, savremeni svet pripada poluprovodnicima. Prije je sve bilo jednostavno: metal provodi struju, druge tvari su dielektrici. A supstance kao što su silicijum i germanijum (poluprovodnici) se ponašaju neshvatljivo u odnosu na električnu energiju. Da bi naučili kako kontrolirati njihova svojstva, bilo je potrebno stvoriti cijelu teoriju i izračunati sve mogućnosti p-n spojeva.

elektromagnetsko ZRAČENJE,

1) u klasičnoj elektrodinamici - proces formiranja slobodnog elektromagnetnog polja koji se javlja tokom interakcije električno naelektrisanih čestica (ili njihovih sistema); u kvantnoj teoriji - proces stvaranja (emisije) fotona kada se stanje kvantnog sistema promeni;

2) slobodno elektromagnetno polje - elektromagnetski talasi.

Temelji klasične teorije zračenja - elektrodinamike - postavljeni su u 1. polovini 19. stoljeća u radovima M. Faradaya i J. C. Maxwella, koji su razvili Faradayeve ideje, dajući zakonima zračenja strogu matematičku formu. Iz Maksvelovih jednačina sledi da se elektromagnetski talasi u vakuumu u bilo kom referentnom okviru šire istom brzinom – brzinom svetlosti c = 3·10 8 m/s. Maxwellova teorija je objasnila mnoge fizičke pojave, kombinovani optički, električni i magnetni fenomeni, postali su osnova elektrotehnike i radiotehnike, ali su se brojne pojave (npr. spektri atoma i molekula) mogli objasniti tek nakon stvaranja kvantne teorije zračenja, tj. čije su temelje postavili M. Plat, A. Einstein, N. Bohr, P. Dirac i dr. Teorija zračenja je u potpunosti opravdana u kvantnoj elektrodinamici, koja je završena 1950-ih u radovima R. F. Feynmana, J. Schwinger, F. Dyson i drugi.

Karakteristike radijacijskog procesa i slobodnog elektromagnetnog polja (intenzitet zračenja, spektar zračenja, raspodjela energije u njemu, gustina fluksa energije zračenja itd.) zavise od svojstava zračeće nabijene čestice (ili sistema čestica) i uslova njenog nastanka. interakcija sa električnim i/ili magnetna polja, što dovodi do zračenja. Dakle, kada naelektrisana čestica prođe kroz supstancu kao rezultat interakcije sa atomima supstance, brzina čestice se menja i ona emituje takozvano kočno svetlo (vidi dole). Slobodno elektromagnetno polje, u zavisnosti od opsega talasne dužine λ, naziva se radio zračenje (vidi Radio talasi), infracrveno zračenje, optičko zračenje, ultraljubičasto zračenje, rendgensko zračenje, gama zračenje.

Elektromagnetno polje nabijene čestice koja se ravnomjerno i pravolinijski kreće u vakuumu na udaljenim udaljenostima od nje je zanemarivo, a možemo reći da se polje koje nosi sa sobom kreće istom brzinom. Svojstva takvog vlastitog polja nabijene čestice zavise od veličine i smjera njene brzine i ne mijenjaju se ako je konstantna; takva čestica ne zrači. Ako se brzina nabijene čestice promijenila (na primjer, prilikom sudara s drugom česticom), tada je vlastito polje prije i poslije promjene brzine drugačije - kada se brzina promijeni, vlastito polje se preuređuje tako da se njegov dio razbije. isključen i više nije povezan s nabijenom česticom - postaje slobodno polje. Dakle, do formiranja elektromagnetnih talasa dolazi kada se promeni brzina naelektrisane čestice; razlozi za promjenu brzine su različiti, prema ovome, Razne vrste zračenje (kočno, magnetno kočno zračenje, itd.). Emisija sistema čestica zavisi od njegove strukture; može biti slično zračenju čestice, ili predstavljati zračenje dipola (dipolno zračenje) ili multipola (višepolno zračenje).

Tokom anihilacije elektrona i pozitrona (vidi Anihilacija i proizvodnja para), takođe se formira slobodno elektromagnetno polje (fotoni). Energija i impuls anihilirajućih čestica su očuvani, odnosno prenose se u elektromagnetno polje. To znači da polje zračenja uvijek ima energiju i zamah.

Elektromagnetski talasi koji nastaju tokom procesa zračenja formiraju tok energije napuštajući izvor, čija gustina S(r,t) (Poyntingov vektor je energija koja teče u jedinici vremena kroz jediničnu površinu okomitu na tok) u trenutku t u udaljenost r od zračeće nabijene čestice je proporcionalna vektorski proizvod jačine magnetnog H(r,t) i električnog E(r,t) polja:

Ukupna energija W koju gubi naelektrisana čestica po jedinici vremena tokom procesa zračenja može se dobiti izračunavanjem fluksa energije kroz sferu beskonačno velikog radijusa r.

gdje je dΩ. - punokutni element, n - jedinični vektor Intrinzično polje sistema naelektrisanja na velikim udaljenostima opada sa rastojanjem većim od 1/r, a polje zračenja na velikim udaljenostima od izvora opada za 1/r.

Koherencija emitera. Gustoća fluksa zračenja koji dolazi u određenu tačku u prostoru iz dva identična izvora proporcionalna je vektorskom proizvodu suma električnih intenziteta E 1 (r, t) i E 2 (r, t) i magnetnog H 1 ( r, t) i H 2 (r, t) polja elektromagnetnih talasa iz izvora 1 i 2:

Rezultat sabiranja dva sinusoidna ravna talasa zavisi od faza u kojima stižu u datu tačku. Ako su faze iste, tada se polja E i H udvostručuju, a energija polja u datoj tački se povećava 4 puta u odnosu na energiju polja iz jednog izvora. U slučaju kada talasi iz dva različita izvora stignu do detektora sa suprotnim fazama, unakrsni produkti polja i [E 2 (r,t)H 1 (r,t)] u (3) postaju nula. Kao rezultat toga, energija iz dva emitera dostigne datu tačku dvostruko više nego iz jednog emitera. U slučaju N emitera, talasi iz kojih dolaze u datu tačku u istim fazama, energija će se povećati N 2 puta. Takvi emiteri se nazivaju koherentni. Ako su faze talasa koji dolaze do detektora iz svakog emitera nasumične, tada se polja iz različitih emitera delimično poništavaju kada se dodaju na tački posmatranja. Tada će iz N izvora detektor registrirati N puta veću energiju nego iz jednog izvora. Takvi izvori (i njihove emisije) se nazivaju nekoherentnim. To uključuje gotovo sve konvencionalne izvore svjetlosti (plamen svijeća, žarulje sa žarnom niti, fluorescentne sijalice, itd.); u njima su trenuci vremena emisije svakog atoma ili molekula (i, shodno tome, faze u kojima talasi njihovog zračenja dolaze u određenu tačku) nasumični. Koherentni izvori zračenja su laseri u kojima se stvaraju uslovi za istovremeno osvjetljavanje svih atoma radne tvari.

Reakcija zračenja. Zračeća nabijena čestica gubi energiju, tako da se u procesu zračenja stvara sila koja djeluje na česticu koja usporava njenu brzinu i naziva se sila reakcije zračenja ili sila trenja zračenja. Pri nerelativističkim brzinama nabijenih čestica, sila reakcije zračenja je uvijek mala, ali pri brzinama bliskim brzini svjetlosti, može igrati glavnu ulogu. Dakle, u magnetskom polju Zemlje gubici energije zbog zračenja elektrona kosmičkih zraka, koji imaju veliku energiju, toliki su da elektroni ne mogu doći do površine Zemlje. Čestice kosmičkih zraka sa istom energijom i većom masom imaju manji gubitak energije zbog zračenja od elektrona, te dopiru do površine Zemlje. Iz toga slijedi da sastav kosmičkih zraka snimljenih na površini Zemlje i sa satelita može biti različit.

Dužina koherencije zračenja. Procesi zračenja pri nerelativističkim i ultrarelativističkim brzinama naelektrisanih čestica razlikuju se po veličini područja prostora u kojem se formira polje zračenja. U nerelativističkom slučaju (kada je brzina v čestice mala), polje zračenja se udaljava od naboja brzinom svjetlosti i proces zračenja brzo završava, veličina područja formiranja zračenja (dužina koherencije) L je mnogo manja od talasne dužine zračenja λ, L~λv/s. Ako je brzina čestice bliska brzini svjetlosti (pri relativističkim brzinama), rezultujuće polje zračenja i čestica koja ga je stvorila kreću se dugo vremena blizu jedan drugom i raziđu se, preletevši prilično dug put. Formiranje polja zračenja nastavlja se mnogo duže, a dužina L je mnogo veća od talasne dužine L~λγ (gde je γ= -1/2 Lorencov faktor čestice).

Bremsstrahlung nastaje kada se nabijena čestica rasprši na atome tvari. Ako je vrijeme Δt tokom kojeg čestica sa nabojem e mijenja brzinu od v 1 do v 2 tokom raspršenja mnogo manje od vremena formiranja zračenja L/v, tada se promjena brzine nabijene čestice može smatrati trenutnom. Tada raspodjela energije zračenja po uglovima i kružnim frekvencijama ω ima oblik:

Množenjem ovog izraza sa vjerovatnoćom promjene brzine čestice tokom raspršenja od v 1 do v 2 i integracijom rezultujućeg izraza po svim v 2 , može se dobiti raspodjela energije kočnog zraka po frekvencijama i uglovima (nezavisno od frekvencije). Lakše čestice se lakše odbijaju u interakciji s atomom, pa je intenzitet kočnog zraka obrnuto proporcionalan kvadratu mase brze čestice. Kočno zračenje je glavni uzrok gubitka energije relativističkih elektrona u materiji u slučaju kada je energija elektrona veća od određene kritične energije, a to je 83 MeV za vazduh, 47 MeV za Al i -59 MeV za Pb.

Magnetobremsstrahlung radiation nastaje kada se nabijena čestica kreće u magnetskom polju koje savija putanju njenog kretanja. U konstantnom i jednoličnom magnetskom polju putanja nabijene čestice mase m je spiralna, odnosno sastoji se od ravnomjernog kretanja duž smjera polja i rotacije oko njega frekvencijom ωH = eH/γms.

Periodičnost kretanja čestice dovodi do činjenice da talasi koje emituje imaju frekvencije koje su višekratne od ω H: ω = Mω H, gde je N = 1,2,3 ... . zračenje ultrarelativističkih čestica u magnetskom polju naziva se sinhrotronsko zračenje. Ima širok raspon frekvencije sa maksimumom na ω reda ω H γ 3 i glavni udio emitovane energije leži u frekvencijskom području ω » ω H. Intervali između susjednih frekvencija u ovom slučaju su mnogo manji od frekvencije, pa je frekvencija raspodjela u spektru sinhrotronskog zračenja može se približno smatrati kontinuiranom. U frekvencijskom opsegu ω « ω N γ 3 intenzitet zračenja raste sa frekvencijom kao ω 2/3, a u opsegu frekvencija ω « ω N γ 3 intenzitet zračenja opada eksponencijalno sa povećanjem frekvencije. Sinhrotronsko zračenje ima malu ugaonu divergenciju (reda l/γ) i visok stepen polarizacija u ravnini orbite čestice. Zračenje magnetnog udara pri nerelativističkim brzinama nabijenih čestica naziva se ciklotronsko zračenje, čija je frekvencija ω = ω H.

Ondulatorno zračenje nastaje kada se ultrarelativistički nabijena čestica kreće s malim poprečnim periodičnim odstupanjima, na primjer, kada leti u električnom polju koje se periodično mijenja (takvo polje se formira, na primjer, u posebnim uređajima - undulatorima). Frekvencija ω ondulatornog zračenja povezana je sa frekvencijom transverzalnih oscilacija ω 0 čestice relacijom

gdje je θ ugao između brzine čestice v i smjera prostiranja ondulatornog zračenja. Analog ove vrste zračenja je zračenje koje nastaje tokom kanalisanja nabijenih čestica u monokristalima, kada čestica koja se kreće između susjednih kristalnih grafičkih ravni doživljava poprečne vibracije zbog interakcije s intrakristalnim poljem.

Vavilov-Čerenkov zračenje uočeno kada se nabijena čestica kreće jednoliko u mediju brzinom koja prelazi faznu brzinu svjetlosti c/ε 1/2 u mediju (ε je dielektrična konstanta medija). U ovom slučaju, dio vlastitog polja čestice zaostaje za njim i formira elektromagnetne valove koji se šire pod uglom u odnosu na smjer kretanja čestice (vidi Vavilov-Čerenkov zračenje), što je određeno jednakošću cos θ = c/vε 1 /2. Za otkriće i objašnjenje ove fundamentalno nove vrste zračenja, pronađeno široka primena za merenje brzine naelektrisanih čestica I. E. Tamm, I. M. Frank i P. A. Čerenkov dobili su Nobelovu nagradu (1958).

Prijelazno zračenje(predviđeno od strane V.L. Ginzburga i I.M. Franka 1946.) nastaje ravnomjernim pravolinijskim kretanjem nabijene čestice u prostoru s nehomogenim dielektričnim svojstvima. Najčešće se formira kada čestica pređe granicu između dva medija s različitim dielektričnim konstantama (često se ovo zračenje smatra prijelaznim; vidi Prijelazno zračenje). Unutarnje polje čestice koja se kreće konstantnom brzinom je različito u različitim medijima, tako da na međusklopu između medija dolazi do restrukturiranja unutrašnjeg polja, što dovodi do zračenja. Prijelazno zračenje ne ovisi o masi brze čestice; njegov intenzitet ne ovisi o brzini čestice, već o njenoj energiji, što omogućava stvaranje jedinstvenih preciznim metodama registracija čestica ultra visoke energije.

Difrakciono zračenje nastaje kada nabijena čestica leti u vakuumu blizu površine tvari, kada se vlastito polje čestice mijenja zbog interakcije s površinskim nehomogenostima. Difrakcijsko zračenje se uspješno koristi za proučavanje površinskih svojstava materije.

Zračenje sistema naelektrisanih čestica.

Najjednostavniji sistem koji može zračiti je električni dipol s promjenjivim dipolni momentom - sistem od dvije suprotno nabijene oscilirajuće čestice. Kada se dipolno polje promijeni, na primjer, kada čestice osciliraju duž prave linije koja ih povezuje (os dipola) jedna prema drugoj, dio polja se prekida i formiraju se elektromagnetski valovi. Takvo zračenje je nenizotropno, njegova energija u različitim smjerovima nije ista: maksimalno je u smjeru okomitom na os osciliranja čestice, a nema u okomitom smjeru; za međusmjerove njegov intenzitet je proporcionalan sinθ 2 (θ je ugao između pravca zračenja i ose oscilovanja čestica). Pravi emiteri se po pravilu sastoje od veliki broj suprotno naelektrisane čestice, ali često uzimajući u obzir njihovu lokaciju i detalje kretanja daleko od sistema su nevažni; u ovom slučaju, moguće je pojednostaviti pravu distribuciju “povlačenjem” istoimenih naboja u neke centre raspodjele naboja. Ako je sistem kao cjelina električno neutralan, tada se njegovo zračenje može približno smatrati zračenjem električnog dipola.

Ako iz sistema nema dipolnog zračenja, onda se može predstaviti kao kvadrupol ili složeniji sistem - multipol. Kada se naelektrisanja kreću u njemu, nastaje električno kvadrupolno ili višepolno zračenje. Izvori zračenja mogu biti i sistemi koji predstavljaju magnetne dipole (na primjer, strujni krug) ili magnetne multipole. Intenzitet magnetskog dipolnog zračenja je po pravilu (v/s) 2 puta manji od intenziteta električnog dipolnog zračenja i istog je reda veličine kao i električno kvadrupolno zračenje.

Kvantna teorija zračenja. Kvantna elektrodinamika razmatra procese zračenja kvantnih sistema (atoma, molekula, atomskih jezgara itd.), čije ponašanje je u skladu sa zakonima kvantne mehanike; u ovom slučaju, slobodno elektromagnetno polje je predstavljeno kao skup kvanta ovog polja - fotona. Energija fotona E je proporcionalna njegovoj frekvenciji v (v = ω/2π), odnosno E = hv (h je Plankova konstanta), a impuls p je proporcionalan talasnom vektoru k: p = hk. Emisija fotona je praćena kvantnim prelazom sistema iz stanja sa energijom E 1 u stanje sa nižom energijom E 2 = E 1 - hv (sa energetskog nivoa E 1 na nivo E 2). Energija vezanog kvantnog sistema (na primjer, atoma) je kvantizirana, odnosno uzima samo diskretne vrijednosti; Frekvencije zračenja takvog sistema su takođe diskretne. Dakle, zračenje kvantnog sistema se sastoji od pojedinačnih spektralnih linija sa određenim frekvencijama, odnosno ima diskretni spektar. Kontinuirani (čvrsti) spektar zračenja se dobija kada je jedan (ili oba) niza vrednosti početne i konačne energije sistema u kojem se dešava kvantna tranzicija kontinuiran (na primer, tokom rekombinacije slobodnog elektrona i jon).

Kvantna elektrodinamika je omogućila izračunavanje intenziteta zračenja različitih sistema, razmatranje verovatnoće neradijativnih prelaza, procesa prenosa zračenja, izračunavanje takozvanih korekcija zračenja i drugih karakteristika zračenja kvantnih sistema.

Sva stanja atoma, osim osnovnog stanja (stanja sa minimalnom energijom), koja se nazivaju pobuđena, su nestabilna. Nalazeći se u njima, atom nakon određenog vremena (oko 10 -8 s) spontano emituje foton; takvo zračenje se naziva spontano ili spontano. Karakteristike spontanog zračenja atoma - smjer širenja, intenzitet, polarizacija - ne zavise od spoljni uslovi. Skup talasnih dužina zračenja je individualan za svaki atom hemijski element i predstavlja njegov atomski spektar. Glavno zračenje atoma je dipolno zračenje, koje se može pojaviti samo kada kvantne tranzicije, dozvoljeno pravilima selekcije za električne dipolne prijelaze, odnosno za određene odnose između karakteristika (kvantnih brojeva) početnog i konačnog stanja atoma. Višepolno zračenje atoma (tzv. zabranjene linije) takođe može nastati pod određenim uslovima, ali je verovatnoća prelaza tokom kojih se javlja mala, a intenzitet obično mali. Emisija iz atomskih jezgara javlja se tokom kvantnih prijelaza između nivoa nuklearne energije i određena je odgovarajućim pravilima selekcije.

Zračenje različitih molekula, u kojima se javljaju vibracijska i rotirajuća kretanja njihovih sastavnih naelektrisanih čestica, ima složene spektre koji imaju elektronsko-vibraciono-rotacionu strukturu (vidi Molekularni spektri).

Vjerovatnoća emisije fotona sa impulsom hk i energijom hv proporcionalna je (n k + 1), gdje je n k broj potpuno istih fotona u sistemu prije trenutka emisije. Kada je n k = 0, dolazi do spontane emisije, a ako je n k ≠ 0, pojavljuje se i stimulisana emisija. Foton stimuliranog zračenja, za razliku od spontanog, ima isti smjer širenja, frekvenciju i polarizaciju kao foton vanjskog zračenja; intenzitet stimulisane emisije je proporcionalan broju fotona spoljašnjeg zračenja. Postojanje stimulisane emisije je 1916. godine pretpostavio A. Ajnštajn, koji je izračunao verovatnoću stimulisane emisije (vidi Einstein koeficijente). IN normalnim uslovima vjerovatnoća (a samim tim i intenzitet) stimulirane emisije je mala, međutim, u kvantnim generatorima (laserima), da bi se povećao n k, radna tvar (emiter) se stavlja u optičke rezonatore koji drže fotone vanjskog zračenja u blizini. Svaki foton koji emituje supstanca povećava nk, pa se intenzitet zračenja sa datim k brzo povećava pri niskom intenzitetu zračenja fotona sa svim ostalim k. Kao rezultat toga, kvantni generator se ispostavlja kao izvor stimuliranog zračenja s vrlo uskim pojasom vrijednosti v i k - koherentno zračenje. Polje takvog zračenja je vrlo intenzivno, može postati uporedivo po veličini sa intramolekularnim poljima, a interakcija zračenja kvantnog generatora (lasersko zračenje) sa materijom postaje nelinearna (vidi Nelinearna optika).

Zračenje različitih objekata nosi informacije o njihovoj strukturi, svojstvima i procesima koji se u njima odvijaju; njegovo proučavanje je moćan i često jedini (na primjer, za kosmička tijela) način za njihovo proučavanje. Teorija zračenja igra posebnu ulogu u formiranju moderne fizičke slike svijeta. U procesu izgradnje ove teorije nastala je teorija relativnosti i kvantna mehanika, stvoreni su novi izvori zračenja, a postignuta su brojna dostignuća u oblasti radiotehnike, elektronike itd.

Lit.: Akhiezer A. I., Berestetsky V. B. Kvantna elektrodinamika. 4th ed. M., 1981; Landau L.D., Lifshits E.M. Teorija polja. 8th ed. M., 2001; Tamm I.E. Osnove teorije elektriciteta. 11th ed. M., 2003.

Osoba je stalno pod uticajem raznih vanjski faktori. Neki od njih su vidljivi, kao što su vremenski uslovi, a stepen njihovog uticaja se može kontrolisati. Druge nisu vidljive ljudskom oku i nazivaju se zračenjem. Svi bi trebali znati vrste zračenja, njihovu ulogu i primjenu.

Ljudi se mogu susresti s nekim vrstama radijacije posvuda. Najbolji primjer su radio talasi. To su vibracije elektromagnetne prirode koje se mogu distribuirati u prostoru brzinom svjetlosti. Takvi valovi prenose energiju iz generatora.

Izvori radio talasa se mogu podeliti u dve grupe.

Prirodno, to uključuje munje i astronomske jedinice.
Veštačko, odnosno stvoreno od strane čoveka. Uključuju emitere naizmjenične struje. To mogu biti radio komunikacioni uređaji, uređaji za emitovanje, računari i navigacioni sistemi.

Ljudska koža je sposobna da taloži ovu vrstu talasa na svoju površinu, tako da postoji veliki broj negativne posljedice njihov uticaj na ljude. Radio talasi mogu usporiti aktivnost moždane strukture, kao i uzrokovati mutacije na nivou gena.

Za osobe koje imaju pejsmejker, takva izloženost je fatalna. Ovi uređaji imaju jasan maksimalni dozvoljeni nivo zračenja; izdizanje iznad njega dovodi do neravnoteže u radu sistema stimulatora i dovodi do njegovog kvara.

Svi učinci radiotalasa na organizam proučavani su samo na životinjama, nema direktnih dokaza o njihovom negativnom djelovanju na ljude, ali znanstvenici još uvijek traže načine da se zaštite. Kao takav efikasne načine Ne još. Jedino što možemo savjetovati je da se klonite opasnih uređaja. Budući da kućanski aparati povezani na mrežu također stvaraju radio valovno polje oko sebe, jednostavno je potrebno isključiti napajanje uređajima koje osoba trenutno ne koristi.

Zračenje infracrvenog spektra

Sve vrste zračenja su međusobno povezane na ovaj ili onaj način. Neki od njih su vidljivi ljudskom oku. Infracrveno zračenje je u blizini dijela spektra koji ljudsko oko može otkriti. Ne samo da osvjetljava površinu, već je može i zagrijati.

Glavni prirodni izvor infracrvenih zraka je sunce.Čovek je stvorio veštačke emitere, preko kojih se postiže potreban toplotni efekat.

Sada treba da shvatimo koliko je ova vrsta zračenja korisna ili štetna za ljude. Gotovo svo dugotalasno zračenje infracrvenog spektra apsorbiraju gornji slojevi kože, tako da ne samo da je sigurno, već može poboljšati imunitet i poboljšati regenerativne procese u tkivima.

Što se tiče kratkih talasa, oni mogu proći duboko u tkiva i uzrokovati pregrijavanje organa. Takozvani toplotni udar je posledica izlaganja kratkim infracrvenim talasima. Simptomi ove patologije poznati su gotovo svima:

pojava vrtoglavice u glavi;
osjećaj mučnine;
povećanje broja otkucaja srca;
oštećenje vida koje karakterizira tamnjenje u očima.

Kako se zaštititi od opasnih uticaja? Neophodno je pridržavati se sigurnosnih mjera opreza, korištenjem odjeće koja štiti od topline i paravana. Korištenje kratkovalnih grijača mora biti strogo dozirano, grijaći element mora biti prekriven toplinski izolacijskim materijalom, uz pomoć kojeg se postiže zračenje mekih dugih valova.

Ako razmislite o tome, sve vrste zračenja mogu prodrijeti u tkivo. Ali tačno rendgensko zračenje omogućilo korištenje ove osobine u praksi u medicini.

Priče naših čitalaca

Vladimir
61 godina

Ako uporedimo rendgenske zrake sa svjetlosnim zracima, prvi su vrlo dugi, što im omogućava da prodiru čak i u neprozirne materijale. Takve zrake se ne mogu reflektirati ili prelamati. Ovaj tip Spektar ima meku i tvrdu komponentu. Meka se sastoji od dugih talasa koje ljudsko tkivo može u potpunosti apsorbovati. Dakle, stalna izloženost dugim talasima dovodi do oštećenja ćelija i mutacije DNK.

Postoji niz struktura koje nisu u stanju da prenose rendgenske zrake kroz sebe. To uključuje, na primjer, kost i metali. Na osnovu toga se prave fotografije ljudskih kostiju kako bi se utvrdio njihov integritet.

Trenutno su stvoreni uređaji koji omogućavaju ne samo snimanje fiksne fotografije, na primjer, udova, već i promatranje promjena koje se u njemu dešavaju "online". Pomažem doktoru u izvođenju ovih uređaja operacija na kostima pod vizualnom kontrolom, bez širokih traumatskih rezova. Koristeći takve uređaje, moguće je proučavati biomehaniku zglobova.

Što se tiče negativnog uticaja x-zrake, tada produženi kontakt s njima može dovesti do razvoja radijacijske bolesti, koja se manifestira nizom znakova:

neurološki poremećaji;
dermatitis;
smanjen imunitet;
inhibicija normalne hematopoeze;
razvoj onkološke patologije;
neplodnost.

Da se zaštitite od strašne posljedice, pri kontaktu sa ovom vrstom zračenja potrebno je koristiti zaštitne štitove i obloge od materijala koji ne propuštaju zrake.

Ljudi su navikli da ovu vrstu zraka jednostavno nazivaju svjetlošću. Ovu vrstu zračenja predmet uticaja može apsorbovati, delimično prolazeći kroz njega, a delimično se reflektujući. Takva svojstva se široko koriste u nauci i tehnologiji, posebno u proizvodnji optičkih instrumenata.

Svi izvori optičkog zračenja podijeljeni su u nekoliko grupa.

Toplotni, koji imaju kontinuirani spektar. Toplina se u njima oslobađa zbog struje ili procesa sagorijevanja. To mogu biti električne i halogene žarulje sa žarnom niti, kao i pirotehnički proizvodi i električni rasvjetni uređaji.
Luminescentna, koja sadrži gasove pobuđene strujama fotona. Takvi izvori su uređaji za uštedu energije i katodoluminiscentni uređaji. Što se tiče radio- i hemiluminiscentnih izvora, tokovi u njima su pobuđeni zbog produkata radioaktivnog raspada, odnosno hemijskih reakcija.
Plazma, čije karakteristike zavise od temperature i pritiska plazme koja se formira u njima. To mogu biti plinski, živini cjevasti i xenon lampe. Spektralni izvori, kao i impulsni uređaji, nisu izuzetak.

Optičko zračenje djeluje na ljudski organizam u kombinaciji s ultraljubičastim zračenjem koje izaziva proizvodnju melanina u koži. dakle, pozitivan efekat traje dok se ne dostigne granična vrijednost izloženosti, iznad koje postoji rizik od opekotina i raka kože.

Najpoznatije i najraširenije zračenje, čije se djelovanje može naći svuda, je ultraljubičasto zračenje. Ovo zračenje ima dva spektra, od kojih jedan dopire do Zemlje i učestvuje u svim procesima na Zemlji. Drugi se zadržava ozonskim omotačem i ne prolazi kroz njega. Ozonski omotač neutralizira ovaj spektar i na taj način ima zaštitnu ulogu. Uništavanje ozonskog omotača opasno je zbog prodora štetnih zraka na površinu zemlje.

Prirodni izvor ove vrste zračenja je Sunce. Vještački izvori veliki broj je izmišljen:

Eritemske lampe koje aktiviraju proizvodnju vitamina D u slojevima kože i pomažu u liječenju rahitisa.
Solarijumi koji ne samo da vam omogućavaju da se sunčate, već i imate lekovito dejstvo za osobe sa patologijama uzrokovanim nedostatkom sunčeve svjetlosti.
Laserski emiteri koji se koriste u biotehnologiji, medicini i elektronici.

Što se tiče uticaja na ljudski organizam, on je dvostruk. S jedne strane, nedostatak ultraljubičastog zračenja može uzrokovati razne bolesti. Dozirano opterećenje takvim zračenjem pomaže imunološkom sistemu, funkciji mišića i pluća, a također sprječava hipoksiju.

Sve vrste uticaja su podeljene u četiri grupe:

sposobnost ubijanja bakterija;
ublažavanje upale;
obnavljanje oštećenih tkiva;
smanjenje boli.

Negativni učinci ultraljubičastog zračenja uključuju sposobnost provociranja raka kože pri produženom izlaganju. Melanom kože je izuzetno izražen maligni izgled tumori. Takva dijagnoza gotovo 100 posto znači skoru smrt.

Što se tiče organa vida, prekomjerno izlaganje ultraljubičastim zracima oštećuje mrežnicu, rožnicu i membrane oka. Stoga ovu vrstu zračenja treba koristiti umjereno. Ako pod određenim okolnostima morate biti u kontaktu sa izvorom ultraljubičastih zraka duže vrijeme, tada je potrebno zaštititi oči naočalama, a kožu posebnim kremama ili odjećom.

To su takozvane kosmičke zrake, koje nose jezgra atoma radioaktivnih tvari i elemenata. Fluks gama zračenja ima veoma visoku energiju i može brzo da prodre u ćelije tela, jonizujući njihov sadržaj. Uništeni ćelijski elementi djeluju kao otrovi, razgrađujući i trujući cijelo tijelo. Ćelijsko jezgro je nužno uključeno u proces, što dovodi do mutacija u genomu. Zdrave ćelije se uništavaju, a na njihovom mestu nastaju mutantne ćelije koje nisu u stanju da u potpunosti obezbede organizmu sve što mu je potrebno.

Ovo zračenje je opasno jer ga čovjek uopće ne osjeća. Posljedice izlaganja se ne pojavljuju odmah, već imaju dugotrajan učinak. Prvenstveno su zahvaćene ćelije hematopoetskog sistema, kose, genitalnih organa i limfnog sistema.

Zračenje je vrlo opasno za razvoj radijacijske bolesti, ali je i ovaj spektar našao korisnu primjenu:

koristi se za sterilizaciju proizvoda, opreme i instrumenata u medicinske svrhe;
mjerenje dubine podzemnih bunara;
mjerenje dužine putanje svemirske letjelice;
uticaj na biljke u cilju identifikacije produktivnih sorti;
u medicini se takvo zračenje koristi za izvođenje terapija zračenjem u liječenju onkologije.

U zaključku, mora se reći da sve vrste zraka ljudi uspješno koriste i da su neophodne. Zahvaljujući njima postoje biljke, životinje i ljudi. Zaštita od prekomernog izlaganja treba da bude prioritet pri radu.

Svi atomi u pobuđenom stanju su sposobni da emituju elektromagnetne talase. Da bi to učinili, moraju prijeći u osnovno stanje, u kojem njihova unutrašnja energija dobiva. Proces takvog prijelaza je praćen emisijom elektromagnetnog vala. U zavisnosti od dužine, ima različita svojstva. Postoji nekoliko vrsta takvog zračenja.

Vidljivo svjetlo

Talasna dužina je najkraća udaljenost između površine jednakih faza. Vidljiva svjetlost su elektromagnetski valovi koji se mogu percipirati ljudskim okom. Talasna dužina svjetlosti se kreće od 340 (ljubičasto svjetlo) do 760 nanometara (crveno svjetlo). Ljudsko oko najbolje percipira žuto-zeleno područje spektra.

Infracrveno zračenje

Sve što okružuje osobu, uključujući i njega samog, izvor je infracrvenog ili toplotnog zračenja (valne dužine do 0,5 mm). Atomi emituju elektromagnetne talase u ovom opsegu kada se haotično sudaraju jedan sa drugim. Sa svakim sudarom, njihova kinetička energija se pretvara u toplotnu energiju. Atom se pobuđuje i emituje talase u infracrvenom opsegu.

Samo mali dio Sunca dopire do površine Zemlje infracrveno zračenje. Do 80% se apsorbira molekulima zraka, a posebno ugljičnim dioksidom, koji uzrokuje efekat staklene bašte.

Ultraljubičasto zračenje

Talasna dužina ultraljubičastog zračenja je mnogo kraća od talasne dužine infracrvenog zračenja. Sunčev spektar takođe sadrži ultraljubičastu komponentu, ali je blokiran ozonskim omotačem Zemlje i ne dopire do njene površine. Takvo zračenje je veoma štetno za sve žive organizme.

Dužina ultraljubičastog zračenja je u rasponu od 10 do 740 nanometara. Taj mali dio toga koji zajedno sa njim dospijeva na površinu Zemlje vidljivo svetlo, izaziva tamnjenje ljudi kao zaštitnu reakciju kože na štetne efekte.

Radio talasi

Koristeći radio talase dužine do 1,5 km, informacije se mogu prenositi. Ovo se koristi u radiju i televiziji. Ovako duga dužina im omogućava da se savijaju oko površine Zemlje. Od njih se mogu reflektovati najkraći radio talasi gornjih slojeva stanice za atmosferu i doseg koje se nalaze na suprotnoj strani globusa.

Gama zraci

Gama zraci su klasifikovani kao posebno tvrdo ultraljubičasto zračenje. Nastaju prilikom eksplozije atomske bombe, kao i tokom procesa na površini zvijezda. Ovo zračenje je štetno za žive organizme, ali Zemljina magnetosfera im ne dozvoljava da prođu. Fotoni gama zraka imaju ultra-visoku energiju.