La radiación puede haber tenido una mala reputación por los accidentes nucleares, pero la palabra "radiación" en realidad abarca una amplia gama de fenómenos. La radiación está en todas partes y una gran cantidad de dispositivos electrónicos cotidianos dependen de ella. Sin la radiación del sol, la vida en la Tierra se vería muy diferente, si es que existiera.
La definición básica de radiación es simplemente la emisión de energía, en forma de fotones u otras partículas subatómicas. Si la radiación es peligrosa o no depende de cuánta energía tengan esas partículas. Los tipos de radiación se distinguen por los tipos de partículas involucradas y sus energías.
Radiación electromagnética
La radiación electromagnética es energía emitida en forma de ondas llamadas ondas electromagnéticas o luz. Según la mecánica cuántica, la luz es tanto una partícula como una onda. Cuando se considera una partícula, se le llama fotón. Cuando se considera una onda, se denomina onda electromagnética o onda de luz.
La luz se clasifica según su longitud de onda, que es inversamente proporcional a su energía: la luz de longitud de onda larga tiene menor energía en comparación con la luz de longitud de onda corta. Su espectro de longitud de onda se divide más comúnmente en: ondas de radio, microondas, infrarrojos, luz visible, radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Cuando la luz se emite como radiación electromagnética, esta radiación también se clasifica en estas categorías.
Radiación electromagnética (que, para volver a enfatizar, es solo luz) es omnipresente en el universo y aquí en la tierra. Las bombillas irradian luz visible; microondas irradian microondas. Un control remoto irradia infrarrojos para enviar una señal a un televisor. Estos tipos de radiación son de baja energía y generalmente no son dañinos en las cantidades a las que los humanos están normalmente expuestos.
La parte del espectro con longitudes de onda más cortas que la luz visible puede dañar el tejido humano. La luz ultravioleta, justo al lado de la luz visible en el espectro, puede causar quemaduras solares y cáncer de piel.
Se conoce la radiación del extremo de mayor energía del espectro ultravioleta, además de los rayos X y los rayos gamma. como radiación ionizante: es lo suficientemente enérgico como para poder eliminar electrones de los átomos, convirtiendo los átomos en iones. La radiación ionizante puede dañar el ADN y causar una multitud de problemas de salud.
Radiación del espacio
La radiación de estrellas, supernovas y chorros de agujeros negros es lo que permite a los astrónomos verlos. Las explosiones de rayos gamma, por ejemplo, son explosiones muy energéticas que son los eventos de radiación más brillantes que se sabe que ocurren en el universo. La radiación detectada de soles lejanos permite a los astrónomos deducir su edad, tamaño y tipo.
El espacio también está lleno de rayos cósmicos: Protones de movimiento rápido y núcleos atómicos que atraviesan el cosmos casi a la velocidad de la luz que son mucho, mucho más pesados que los fotones. Debido a su masa y velocidad, tienen cantidades increíblemente altas de energía.
En la tierra, el peligro que representan los rayos cósmicos es insignificante. La energía de estas partículas se gasta principalmente rompiendo enlaces químicos en la atmósfera. Sin embargo, los rayos cósmicos son una consideración importante para los humanos en el espacio.
Los viajes en órbita terrestre baja, incluida la Estación Espacial Internacional, todavía están protegidos de los rayos cósmicos por varios factores. Sin embargo, cualquier misión tripulada a largo plazo más allá de la órbita terrestre baja, a Marte, por ejemplo, oa la Luna para una misión extendida, tiene que mitigar la peligros para la salud de rayos cósmicos a sus astronautas.
Desintegración radioactiva
Los núcleos de una sustancia radiactiva o material radiactivo, como el uranio o el radón, son inestables. Para estabilizarse, los núcleos sufrirán reacciones nucleares, incluida la ruptura espontánea, liberando energía cuando lo hagan. Esta energía se emite en forma de partículas. Las partículas emitidas cuando la sustancia se desintegra determinan qué tipo de desintegración es. Hay tres tipos principales de radiación de la desintegración nuclear: radiación alfa, radiación beta y radiación gamma.
La radiación gamma es la más simple, ya que es un fotón de alta energía emitido por el átomo radiactivo con una longitud de onda en la parte gamma del espectro.
La radiación beta es la transmutación de un protón en un neutrón, facilitada por la emisión de un electrón. Este proceso también puede ocurrir a la inversa (transformando un neutrón en un protón) al emitir un positrón, que es la contraparte de antimateria cargada positivamente de un electrón. Estas partículas se conocen como partículas beta a pesar de tener también otros nombres.
La radiación alfa es la emisión de una "partícula alfa", que está formada por dos neutrones y dos protones. Este también es un núcleo de helio estándar. Después de esta desintegración, el número atómico del átomo original se reduce en 2, lo que cambia su identidad elemental y su peso atómico se reduce en 4. Los tres tipos de radiación de desintegración son ionizante.
La desintegración radiactiva tiene muchos usos, incluida la radioterapia, la datación por radiocarbono, etc.
Transferencia de calor radiativa
La energía térmica se puede transferir de un lugar a otro mediante radiación electromagnética. Así es como el calor llega a la Tierra a través del vacío del espacio procedente del Sol.
El color de un objeto afecta qué tan bien puede absorber el calor. El blanco refleja la mayoría de las longitudes de onda, mientras que el negro las absorbe. Los objetos plateados y brillantes también se reflejan. Cuanto más reflectante sea algo, menos energía radiante absorberá y menos se calentará cuando se exponga a la radiación. Esta es la razón por la que los objetos negros se calientan más al sol que los objetos blancos.
Los buenos absorbentes de luz, como los objetos negros, también son buenos emisores cuando están más calientes que su entorno.
El efecto invernadero
Si la radiación pasa a través de un material transparente o semitransparente hacia una región cerrada, puede quedar atrapada cuando se absorbe y se vuelve a emitir en diferentes longitudes de onda.
Esta es la razón por la que su automóvil se calienta tanto bajo el sol, incluso si solo hace 70 afuera; las superficies dentro de su automóvil absorben la radiación del sol, pero la reemiten como calor en longitudes de onda que son demasiado largas para penetrar el vidrio de la ventana. Entonces, en cambio, la energía térmica permanece atrapada dentro del automóvil.
Esto también sucede con la atmósfera de la Tierra. La tierra y el océano calentados por el sol volverán a emitir algo de calor absorbido en longitudes de onda diferentes a las que tenía originalmente la luz solar. Esto hará que sea imposible que el calor regrese a través de la atmósfera, manteniéndolo atrapado más cerca de la Tierra.
Radiación de cuerpo negro
Un cuerpo negro es un teórico, objeto ideal que absorbe todas las longitudes de onda de luz y emite todas las longitudes de onda de luz. Sin embargo, emite luz de diferentes longitudes de onda a diferentes intensidades.
La intensidad de la luz, o flujo, se puede describir como el número de fotones por unidad de área emitidos por el cuerpo negro. Un espectro de cuerpo negro, con longitud de onda en el eje xy flujo en el eje y, siempre mostrará un pico en una determinada longitud de onda; Se emiten más fotones con esta energía que con cualquier otro valor de energía.
Este pico cambia dependiendo de la temperatura del cuerpo negro de acuerdo con la Ley de Desplazamiento de Wien: el pico disminuirá linealmente en longitud de onda a medida que aumenta la temperatura del cuerpo negro.
Conociendo esta relación, los astrónomos a menudo modelan las estrellas como cuerpos negros perfectos. Si bien esto es una aproximación, les da una buena estimación de la temperatura de la estrella, lo que puede indicarles dónde se encuentra en su ciclo de vida.
Otra relación importante de cuerpo negro es la ley de Stefan-Boltzmann, que dice que la energía total irradiada por un cuerpo negro es proporcional a su temperatura llevada a la cuarta potencia: E ∝ T4.