Radiasi mungkin mendapat rap buruk dari kecelakaan nuklir, tetapi kata "radiasi" sebenarnya mencakup berbagai macam fenomena. Radiasi ada di mana-mana, dan sejumlah besar perangkat elektronik sehari-hari bergantung padanya. Tanpa radiasi dari matahari, kehidupan di Bumi akan terlihat sangat berbeda, jika memang ada.
Definisi dasar radiasi hanyalah emisi energi, dalam bentuk foton atau partikel subatomik lainnya. Apakah radiasi itu berbahaya atau tidak tergantung pada seberapa banyak energi yang dimiliki partikel-partikel itu. Jenis radiasi dibedakan berdasarkan jenis partikel yang terlibat dan energinya.
Radiasi elektromagnetik
Radiasi elektromagnetik adalah energi yang dipancarkan dalam bentuk gelombang yang disebut gelombang elektromagnetik, atau cahaya. Menurut mekanika kuantum, cahaya adalah partikel dan gelombang. Ketika dianggap sebagai partikel, itu disebut foton. Ketika dianggap sebagai gelombang, itu disebut gelombang elektromagnetik atau gelombang cahaya.
Cahaya diklasifikasikan tergantung pada panjang gelombangnya, yang berbanding terbalik dengan energinya: Cahaya dengan panjang gelombang panjang memiliki energi yang lebih rendah dibandingkan dengan cahaya dengan panjang gelombang pendek. Spektrum panjang gelombangnya paling sering dibagi menjadi: gelombang radio, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, radiasi ultraviolet, sinar-x dan sinar gamma. Ketika cahaya dipancarkan sebagai radiasi elektromagnetik, radiasi ini juga diklasifikasikan menurut kategori ini.
Radiasi elektromagnetik (yang, untuk ditekankan kembali, hanya cahaya) ada di mana-mana di alam semesta dan di bumi. Bola lampu memancarkan cahaya tampak; gelombang mikro memancarkan gelombang mikro. Sebuah remote control memancarkan inframerah untuk mengirim sinyal ke televisi. Jenis radiasi ini berenergi rendah dan umumnya tidak berbahaya dalam jumlah yang biasanya terpapar pada manusia.
Bagian dari spektrum dengan panjang gelombang lebih pendek dari cahaya tampak dapat merusak jaringan manusia. Sinar ultraviolet, tepat di sebelah cahaya tampak pada spektrum, dapat menyebabkan kulit terbakar dan kanker kulit.
Radiasi dari ujung spektrum ultraviolet berenergi lebih tinggi, selain sinar-X dan sinar gamma, diketahui sebagai radiasi pengion: Ini cukup energik untuk dapat menjatuhkan elektron dari atom, mengubah atom menjadi ion. Radiasi pengion dapat merusak DNA dan menyebabkan banyak masalah kesehatan.
Radiasi Dari Luar Angkasa
Radiasi dari bintang, supernova, dan jet lubang hitam inilah yang memungkinkan para astronom untuk melihatnya. Ledakan sinar gamma, misalnya, adalah ledakan yang sangat energik yang merupakan peristiwa radiasi paling terang yang diketahui terjadi di alam semesta. Radiasi yang terdeteksi dari matahari yang jauh memungkinkan para astronom untuk menyimpulkan usia, ukuran, dan jenisnya.
Ruang juga penuh dengan sinar kosmik: Proton yang bergerak cepat dan inti atom yang menembus kosmos hampir dengan kecepatan cahaya yang jauh, jauh lebih berat daripada foton. Karena massa dan kecepatannya, mereka memiliki jumlah energi yang sangat tinggi.
Di bumi, bahaya yang ditimbulkan oleh sinar kosmik dapat diabaikan. Energi partikel-partikel ini sebagian besar dihabiskan untuk memutuskan ikatan kimia di atmosfer. Namun, sinar kosmik merupakan pertimbangan utama bagi manusia di luar angkasa.
Perjalanan di orbit rendah Bumi, termasuk Stasiun Luar Angkasa Internasional, masih terlindung dari sinar kosmik oleh beberapa faktor. Namun, setiap misi jangka panjang yang diawaki di luar orbit rendah Bumi, ke Mars, misalnya, atau ke Bulan untuk misi yang diperpanjang, harus mengurangi dampak tersebut. bahaya kesehatan sinar kosmik kepada astronotnya.
Peluruhan Radioaktif
Inti zat radioaktif atau bahan radioaktif, seperti uranium atau radon, tidak stabil. Untuk menstabilkan, inti akan menjalani reaksi nuklir, termasuk pecah secara spontan, melepaskan energi ketika mereka melakukannya. Energi ini dipancarkan dalam bentuk partikel. Partikel yang dipancarkan ketika zat tersebut meluruh menentukan jenis peluruhannya. Ada tiga jenis utama radiasi dari peluruhan nuklir: radiasi alfa, radiasi beta dan radiasi gamma.
Radiasi gamma adalah yang paling sederhana, karena merupakan foton berenergi tinggi yang dipancarkan dari atom radioaktif dengan panjang gelombang di bagian spektrum gamma.
Radiasi beta adalah transmutasi proton menjadi neutron, difasilitasi oleh emisi elektron. Proses ini juga dapat terjadi secara terbalik (mengubah neutron menjadi proton) dengan memancarkan positron, yang merupakan pasangan antimateri elektron yang bermuatan positif. Partikel-partikel ini disebut sebagai partikel beta meskipun juga memiliki nama lain.
Radiasi alfa adalah emisi "partikel alfa", yang terbuat dari dua neutron dan dua proton. Ini juga merupakan inti helium standar. Setelah peluruhan ini, atom asli mengalami penurunan nomor atom sebesar 2, mengubah identitas unsurnya, dan berat atomnya berkurang 4. Ketiga jenis radiasi peluruhan adalah Ionisasi.
Peluruhan radioaktif memiliki banyak kegunaan, termasuk terapi radiasi, penanggalan radiokarbon, dan sebagainya.
Perpindahan Panas Radiatif
Energi panas dapat ditransfer dari satu lokasi ke lokasi lain melalui radiasi elektromagnetik. Ini adalah bagaimana panas mencapai Bumi melalui ruang hampa dari Matahari.
Warna suatu benda mempengaruhi seberapa baik benda itu dapat menyerap panas. Putih memantulkan sebagian besar panjang gelombang, sedangkan hitam menyerap. Benda-benda perak dan mengkilap juga memantulkan. Semakin reflektif sesuatu, semakin sedikit energi radiasi yang diserapnya, dan semakin sedikit panasnya saat terkena radiasi. Inilah sebabnya mengapa benda hitam menjadi lebih panas di bawah sinar matahari daripada benda putih.
Penyerap cahaya yang baik, seperti benda hitam, juga merupakan pemancar yang baik ketika lebih hangat dari lingkungannya.
Efek rumah kaca
Jika radiasi melewati bahan transparan atau semi-transparan ke daerah tertutup, radiasi dapat terperangkap ketika diserap dan dipancarkan kembali pada panjang gelombang yang berbeda.
Inilah sebabnya mengapa mobil Anda menjadi sangat panas di bawah sinar matahari meskipun hanya 70 di luar; permukaan di dalam mobil Anda menyerap radiasi dari matahari, tetapi memancarkannya kembali sebagai panas pada panjang gelombang yang terlalu panjang untuk menembus kaca jendela. Jadi, sebaliknya, energi panas tetap terperangkap di dalam mobil.
Hal ini juga terjadi dengan atmosfer bumi. Bumi dan lautan yang dihangatkan matahari akan memancarkan kembali beberapa panas yang diserap pada panjang gelombang yang berbeda dari yang semula dimiliki sinar matahari. Ini akan membuat panas tidak mungkin kembali melalui atmosfer, membuatnya terperangkap lebih dekat ke Bumi.
Radiasi benda hitam
Benda hitam adalah teoretis, benda ideal yang menyerap semua panjang gelombang cahaya dan memancarkan semua panjang gelombang cahaya. Namun, ia memancarkan cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda pada intensitas yang berbeda.
Intensitas cahaya, atau fluks, dapat digambarkan sebagai jumlah foton per satuan luas yang dipancarkan dari benda hitam. Spektrum benda hitam, dengan panjang gelombang pada sumbu x dan fluks pada sumbu y, akan selalu menunjukkan puncak pada panjang gelombang tertentu; lebih banyak foton yang dipancarkan dengan energi ini daripada nilai energi lainnya.
Puncak ini berubah tergantung pada suhu benda hitam menurut Hukum Perpindahan Wien: Puncak akan berkurang secara linier dalam panjang gelombang seiring dengan meningkatnya suhu benda hitam.
Mengetahui hubungan ini, para astronom sering memodelkan bintang sebagai benda hitam sempurna. Meskipun ini adalah perkiraan, ini memberi mereka perkiraan yang baik untuk suhu bintang, yang dapat memberi tahu mereka tentang di mana ia berada dalam siklus hidupnya.
Hubungan benda hitam penting lainnya adalah Hukum Stefan-Boltzmann, yang menyatakan bahwa energi total yang diradiasikan oleh benda hitam sebanding dengan suhunya dengan pangkat empat: E T4.