A sugárzás rossz rap-et kaphatott nukleáris balesetekből, de a "sugárzás" szó valójában számos jelenséget ölel fel. A sugárzás mindenütt jelen van, és a mindennapi elektronikai eszközök nagy része támaszkodik rá. A napsugárzás nélkül a Föld élete egészen másképp nézne ki, ha létezne egyáltalán.
A sugárzás alapvető meghatározása egyszerűen az energia-kibocsátás, fotonok vagy más szubatomi részecskék formájában. Az, hogy a sugárzás veszélyes-e, attól függ, mennyi energiájuk van ezeknek a részecskéknek. A sugárzás típusait az érintett részecskék típusai és energiája különbözteti meg.
Elektromágneses sugárzás
Az elektromágneses sugárzás kibocsátott energia hullámok formájában, amelyeket elektromágneses hullámoknak vagy fénynek nevezünk. A kvantummechanika szerint a fény egyszerre részecske és hullám is. Amikor részecskének tekintik, fotonnak nevezik. Ha hullámnak tekintjük, elektromágneses hullámnak vagy fényhullámnak nevezzük.
A fény hullámhosszától függ, amely fordítottan arányos energiájával: A hosszú hullámhosszú fény energiája alacsonyabb, mint a rövid hullámhosszú fényé. Hullámhossz-spektrumát a következőkre osztják: rádióhullámok, mikrohullámok, infravörös, látható fény, ultraibolya sugárzás, röntgensugarak és gammasugarak. Ha a fény elektromágneses sugárzásként bocsátódik ki, akkor ezt a sugárzást is ezek a kategóriák osztályozzák.
Elektromágneses sugárzás (ami ismételten hangsúlyozandó, igazságos fény) mindenütt jelen van az univerzumban és itt a földön. Az izzók látható fényt sugároznak; a mikrohullámok mikrohullámokat sugároznak. A távirányító infravörösként sugároz jelet a televízióhoz. Ezek a sugárzási típusok alacsony energiájúak, és általában nem károsak olyan mennyiségben, amellyel az emberek általában ki vannak téve.
A spektrumnak a látható fénynél rövidebb hullámhosszúságú része károsíthatja az emberi szöveteket. Az ultraibolya fény, közvetlenül a spektrumban látható fény mellett, leégést és bőrrákot okozhat.
Az ultraibolya spektrum magasabb energiájú végéből származó sugárzás ismert a röntgensugarak és a gammasugarak mellett. mint ionizáló sugárzás: Elég energikus ahhoz, hogy elektronokat tudjon ledönteni az atomokról, az atomokat átalakítva ionok. Az ionizáló sugárzás károsíthatja a DNS-t és számos egészségügyi problémát okozhat.
Sugárzás az űrből
A csillagok, a szupernóvák és a fekete lyukak sugárzása lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy láthassák őket. A gammasugarak például nagyon energikus robbanások, amelyek a világosság legismertebb sugárzási eseményei. A távoli napokból észlelt sugárzás lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy megállapítsák életkorukat, méretüket és típusukat.
A hely is tele van kozmikus sugarak: Gyorsan mozgó protonok és atommagok, amelyek a fotonoknál sokkal, de sokkal nehezebb fénysebesség mellett szinte a fény sebességével cipzárnak át a kozmoszban. Tömegük és sebességük miatt hihetetlenül nagy energiamennyiséggel rendelkeznek.
A földön a kozmikus sugarak jelentette veszély elhanyagolható. Ezeknek a részecskéknek az energiáját többnyire a kémiai kötések lebontására fordítják a légkörben. A kozmikus sugarak azonban az űrben lévő emberek számára fontos szempontot jelentenek.
Az alacsony földi pályán történő kirándulásokat, beleértve a Nemzetközi Űrállomást, továbbra is számos tényező védi a kozmikus sugaraktól. Bármely hosszú távú legénységgel végzett missziónak az alacsony földi pályán túl, például a Marsra vagy a Holdra egy kiterjesztett misszióra, enyhítenie kell a egészségügyi veszélyek kozmikus sugarak űrhajósainak.
Radioaktív bomlás
A radioaktív anyag vagy radioaktív anyag, például urán vagy radon magjai instabilak. A stabilizálás érdekében az atommagok nukleáris reakciókon mennek keresztül, beleértve a spontán szétválást, amikor energiát engednek. Ezt az energiát részecskék formájában bocsátják ki. Az anyag lebomlásakor kibocsátott részecskék határozzák meg, hogy milyen típusú bomlásról van szó. A nukleáris bomlásnak három fő típusa van: alfa sugárzás, béta sugárzás és gamma sugárzás.
A gammasugárzás a legegyszerűbb, mivel a radioaktív atomból kibocsátott nagy energiájú foton, amelynek hullámhossza a spektrum gamma részében található.
A béta-sugárzás egy proton neutronrá történő átalakulása, amelyet egy elektronemisszió megkönnyít. Ez a folyamat fordítva is megtörténhet (a neutron protonná alakítása) egy pozitron kibocsátásával, amely az elektron pozitív töltésű antianyag-párja. Ezeket a részecskéket béta részecskéknek nevezik, annak ellenére, hogy más neveik is vannak.
Az alfa sugárzás egy "alfa részecske" kibocsátása, amely két neutronból és két protonból áll. Ez is egy szokásos héliummag. E bomlás után az eredeti atom atomszáma 2-vel csökkent, megváltoztatva elemi azonosságát, és atomtömege 4-gyel csökkent. A bomlási sugárzás mindhárom fajtája ionizáló.
A radioaktív bomlásnak számos felhasználási területe van, beleértve a sugárterápiát, a radiokarbon-datálást stb.
Sugárzó hőátadás
A hőenergiát elektromágneses sugárzás útján lehet egyik helyről a másikra továbbítani. A hő így éri el a Földet az űr vákuumán keresztül a Naptól.
Egy tárgy színe befolyásolja, hogy mennyire képes elnyelni a hőt. A fehér a legtöbb hullámhosszt tükrözi, míg a fekete elnyeli. Ezüst és fényes tárgyak is tükröződnek. Minél több fényvisszaverő valami, annál kevesebb sugárzási energiát fog elnyelni, és annál kevésbé melegszik fel sugárzásnak kitéve. Ezért a fekete tárgyak melegebbé válnak a napon, mint a fehér tárgyak.
A jó fényelnyelők, például a fekete tárgyak, akkor is jó sugárzók, ha melegebbek, mint a környezetük.
Az üvegházhatás
Ha a sugárzás átlátszó vagy félig átlátszó anyagon halad át egy zárt területre, akkor csapdába eshet, amikor abszorbeálódik és különböző hullámhosszakon újból kibocsátódik.
Ez az oka annak, hogy autója olyan meleg lesz a napon, még akkor is, ha kint csak 70 van; a gépkocsi belsejében lévő felületek elnyelik a nap sugárzását, de hővé bocsátják ki újra olyan hullámhosszon, amely túl hosszú ahhoz, hogy behatoljon az ablaküvegbe. Tehát ehelyett a hőenergia csapdába esik az autóban.
Ez történik a Föld légkörével is. A nap által felmelegedett föld és az óceán új hullámokat bocsát ki különböző hullámhosszakon, mint a napfény eredetileg. Ez lehetetlenné teszi a hő visszatérését az atmoszférán keresztül, és a Földhöz közelebb tartja.
Fekete test test sugárzás
A fekete test egy elméleti, ideális tárgy, amely elnyeli a fény minden hullámhosszát, és minden fény hullámhosszt kibocsát. Ugyanakkor különböző hullámhosszúságú fényt bocsát ki, különböző intenzitással.
A fény intenzitása vagy fluxusa leírható a fekete testből kibocsátott fotonok számának területegységenként. A fekete test spektrum, amelynek hullámhossza az x tengelyen és a fluxus az y tengelyen, mindig egy bizonyos hullámhosszon mutat csúcsot; több fotont bocsát ki ezzel az energiával, mint bármely más energiaértéket.
Ez a csúcs a fekete test hőmérsékletétől függően változik a Wien elmozdulási törvénye szerint: A csúcs hullámhosszon lineárisan csökken, ahogy a fekete test hőmérséklete növekszik.
Ennek az összefüggésnek az ismeretében a csillagászok gyakran tökéletes fekete testként modellezik a csillagokat. Bár ez egy közelítés, jó becslést ad nekik a csillag hőmérsékletéről, amely meg tudja mondani nekik, hogy hol van életciklusában.
Egy másik fontos fekete test reláció a Stefan-Boltzmann törvény, amely szerint a fekete test által kisugárzott teljes energia arányos a negyedik teljesítményre felvett hőmérsékletével: E ∝ T4.