Излъчване: Определение, видове и примери

Радиацията може да е получила лош резултат от ядрени аварии, но думата "радиация" всъщност обхваща широк спектър от явления. Радиацията е навсякъде и голям брой ежедневни електронни устройства разчитат на нея. Без радиация от слънцето животът на Земята би изглеждал съвсем различно, ако изобщо съществува.

Основната дефиниция на радиацията е просто емисия на енергия, под формата на фотони или други субатомни частици. Дали радиацията е опасна или не зависи от това колко енергия имат тези частици. Видовете радиация се различават по видовете участващи частици и техните енергии.

Електромагнитното лъчение се излъчва под формата на вълни, наречени електромагнитни вълни или светлина. Според квантовата механика светлината е едновременно частица и вълна. Когато се разглежда като частица, се нарича фотон. Когато се разглежда като вълна, тя се нарича електромагнитна вълна или светлинна вълна.

Светлината се класифицира в зависимост от дължината на вълната, която е обратно пропорционална на нейната енергия: Светлината с дълга вълна има по-ниска енергия в сравнение със светлината с къса дължина. Неговият спектър с дължина на вълната най-често се разделя на: радиовълни, микровълни, инфрачервена светлина, видима светлина, ултравиолетово лъчение, рентгенови лъчи и гама лъчи. Когато светлината се излъчва като електромагнитно излъчване, това излъчване се класифицира и по тези категории.

Електромагнитното излъчване (което, за да подчертая отново, е справедливо светлина) е вездесъщ във Вселената и тук на земята. Крушките излъчват видима светлина; микровълните излъчват микровълни. Дистанционното управление излъчва инфрачервена светлина, за да изпрати сигнал към телевизор. Тези видове радиация са нискоенергийни и обикновено не са вредни в количествата, на които хората обикновено са изложени.

Частта от спектъра с по-къси дължини на вълната от видимата светлина може да причини увреждане на човешката тъкан. Ултравиолетовата светлина, точно до видимата светлина в спектъра, може да причини слънчеви изгаряния и рак на кожата.

Излъчването от по-енергийния край на ултравиолетовия спектър, в допълнение към рентгеновите и гама лъчите, е известно като йонизиращо лъчение: Той е достатъчно енергичен, за да може да избие електроните от атомите, превръщайки атомите в йони. Йонизиращата радиация може да увреди ДНК и да причини множество здравословни проблеми.

Радиацията от звезди, свръхнови и струи от черни дупки е това, което позволява на астрономите да ги видят. Например, изблиците на гама лъчи са много енергични експлозии, които са най-ярките радиационни събития, за които се знае, че се случват във Вселената. Откритата радиация от далечни слънца позволява на астрономите да определят възрастта, размера и вида си.

Космосът също е пълен с космически лъчи: Бързо движещи се протони и атомни ядра, които преминават през космоса с почти скоростта на светлината, които са много, много по-тежки от фотоните. Поради своята маса и скорост те имат невероятно големи количества енергия.

На земята опасността, която представляват космическите лъчи, е незначителна. Енергията на тези частици се изразходва най-вече за разрушаване на химическите връзки в атмосферата. Космическите лъчи обаче са основно съображение за хората в космоса.

Пътуванията в ниска околоземна орбита, включително Международната космическа станция, все още са защитени от космически лъчи от няколко фактора. Въпреки това, всяка дългосрочна командирована мисия отвъд ниската околоземна орбита, например до Марс или до Луната за продължителна мисия, трябва да смекчи опасности за здравето на космическите лъчи към своите астронавти.

Ядрата на радиоактивно вещество или радиоактивен материал, като уран или радон, са нестабилни. За да се стабилизират, ядрата ще претърпят ядрени реакции, включително спонтанно да се разпаднат, отделяйки енергия, когато се получат. Тази енергия се излъчва под формата на частици. Частиците, излъчени при разпадане на веществото, определят за какъв тип разпад става въпрос. Има три основни вида радиация от ядрен разпад: алфа радиация, бета радиация и гама радиация.

Гама-лъчението е най-просто, тъй като е високоенергиен фотон, излъчен от радиоактивния атом с дължина на вълната в гама частта от спектъра.

Бета радиацията е трансмутация на протон в неутрон, улеснена от излъчването на електрон. Този процес може да се случи и обратно (трансформиране на неутрон в протон) чрез излъчване на позитрон, който е положително зареденият антиматерия аналог на електрон. Тези частици се наричат ​​бета частици, въпреки че имат и други имена.

Алфа радиацията е излъчването на „алфа частица“, която е изградена от два неутрона и два протона. Това също е стандартно хелиево ядро. След този разпад атомният номер на първоначалния атом намалява с 2, променяйки своята елементарна идентичност, а атомното му тегло намалява с 4. И трите вида разпадаща радиация са йонизиращ.

Радиоактивното разпадане има много приложения, включително лъчева терапия, радиовъглеродно датиране и т.н.

Топлинната енергия може да се прехвърля от едно място на друго чрез електромагнитно излъчване. Ето как топлината достига Земята чрез вакуума на пространството от Слънцето.

Цветът на обекта влияе върху това колко добре той може да абсорбира топлината. Бялото отразява повечето дължини на вълните, докато черното поглъща. Сребърни и лъскави предмети също отразяват. Колкото нещо е по-отразяващо, толкова по-малко излъчваща енергия ще погълне и толкова по-малко ще се нагрее при излагане на радиация. Ето защо черните предмети стават по-горещи на слънце от белите предмети.

Добрите абсорбатори на светлина, като черни предмети, също са добри излъчватели, когато са по-топли от заобикалящата ги среда.

Ако лъчението премине през прозрачен или полупрозрачен материал в затворена област, то може да попадне в капан, когато се абсорбира и повторно излъчва при различни дължини на вълната.

Ето защо колата ви става толкова гореща на слънце, дори ако навън е само на 70; повърхностите в колата ви абсорбират лъчението от слънцето, но го излъчват отново като топлина с дължини на вълните, които са твърде дълги, за да проникнат през стъклото на прозореца. Затова вместо това топлинната енергия остава затворена в колата.

Това се случва и със земната атмосфера. Загретите от слънцето земя и океан ще излъчат малко погълната топлина при различни дължини на вълните, отколкото слънчевата светлина първоначално е имала. Това ще направи невъзможно връщането на топлината през атмосферата, като я държи в капан по-близо до Земята.

Черното тяло е теоретична, идеален обект, който поглъща всички дължини на вълната на светлината и излъчва всички дължини на вълните на светлината. Той обаче излъчва светлина с различна дължина на вълната с различна интензивност.

Интензивността на светлината или потока може да се опише като броя на фотоните на единица площ, излъчвани от черното тяло. Спектърът на черно тяло, с дължина на вълната по оста x и поток по оста y, винаги ще показва пик при определена дължина на вълната; с тази енергия се излъчват повече фотони, отколкото всяка друга стойност на енергията.

Този пик се променя в зависимост от температурата на черното тяло съгласно Закона за изместване на Wien: Пикът ще намалява линейно по дължина на вълната с увеличаване на температурата на черното тяло.

Познавайки тази връзка, астрономите често моделират звездите като перфектни черни тела. Макар че това е приблизително, то им дава добра оценка за температурата на звездата, която може да им разкаже къде се намира в нейния жизнен цикъл.

Друго важно отношение на черното тяло е Законът на Стефан-Болцман, който казва, че общата енергия, излъчвана от черно тяло, е пропорционална на температурата му, отнесена към четвъртата степен: E ∝ T⁴.