Spinduliavimas: apibrėžimas, tipai ir pavyzdžiai

Spinduliavimas galėjo būti blogas repas dėl branduolinių avarijų, tačiau žodis „radiacija“ iš tikrųjų apima daugybę reiškinių. Radiacija yra visur, ir ja pasitiki daugybė kasdienių elektroninių prietaisų. Be saulės radiacijos gyvybė Žemėje atrodytų visai kitaip, jei ji apskritai egzistuotų.

Pagrindinis radiacijos apibrėžimas yra tiesiog energijos emisija, fotonų ar kitų subatominių dalelių pavidalu. Ar radiacija yra pavojinga, priklauso nuo to, kiek energijos turi tos dalelės. Spinduliuotės rūšys skiriamos pagal dalyvaujančių dalelių tipus ir jų energiją.

Elektromagnetinė spinduliuotė yra skleidžiama energija bangų, vadinamų elektromagnetinėmis bangomis, arba šviesos pavidalu. Pagal kvantinę mechaniką, šviesa yra ir dalelė, ir banga. Kai jis laikomas dalele, jis vadinamas fotonu. Kai tai laikoma banga, ji vadinama elektromagnetine banga arba šviesos banga.

Šviesa klasifikuojama atsižvelgiant į jos bangos ilgį, kuris yra atvirkščiai proporcingas jos energijai: ilgo bangos šviesos energija yra mažesnė, palyginti su trumpo bangos ilgio šviesa. Jo bangos ilgio spektras dažniausiai skirstomas į: radijo bangas, mikrobangas, infraraudonuosius spindulius, matomą šviesą, ultravioletinę spinduliuotę, rentgeno ir gama spindulius. Kai šviesa skleidžiama kaip elektromagnetinė spinduliuotė, ši spinduliuotė taip pat klasifikuojama pagal šias kategorijas.

Elektromagnetinė spinduliuotė (kuri, norint dar kartą pabrėžti, yra teisinga lengvas) yra visur visatoje ir čia, žemėje. Lemputės skleidžia matomą šviesą; mikrobangos skleidžia mikrobangas. Nuotolinio valdymo pultas spinduliuoja infraraudonųjų spindulių ryšiu, kad galėtų siųsti signalą į televizorių. Šios rūšies radiacija yra mažai energijos naudojanti ir paprastai nėra kenksminga tokiais kiekiais, kokius paprastai veikia žmonės.

Spektro dalis, kurios bangos ilgis trumpesnis nei matomos šviesos, gali pakenkti žmogaus audiniui. Ultravioletinė šviesa, esanti šalia matomos šviesos spektro, gali sukelti saulės nudegimus ir odos vėžį.

Be rentgeno ir gama spindulių, žinomas ir ultravioletinių spindulių spindulių galinis spinduliavimas. kaip jonizuojančioji spinduliuotė: ji yra pakankamai energinga, kad galėtų atmušti elektronus nuo atomų, paversdama atomus jonai. Jonizuojančioji spinduliuotė gali pakenkti DNR ir sukelti daugybę sveikatos problemų.

Žvaigždžių, supernovų ir juodųjų skylių čiurkšlių spinduliavimas yra tai, kas astronomams leidžia juos pamatyti. Pavyzdžiui, gama spindulių pliūpsniai yra labai energingi sprogimai, kurie yra ryškiausi radiacijos įvykiai, kurie, žinoma, įvyksta visatoje. Iš tolimų saulių aptikta radiacija leidžia astronomams išsiaiškinti jų amžių, dydį ir tipą.

Erdvė taip pat pilna kosminiai spinduliai: Greitai judantys protonai ir atomų branduoliai, kurie prasiskverbia pro kosmosą beveik šviesos greičiu, kuris yra daug, daug sunkesnis už fotonus. Dėl savo masės ir greičio jie turi nepaprastai daug energijos.

Žemėje kosminių spindulių keliamas pavojus yra nereikšmingas. Šių dalelių energija daugiausia praleidžiama skaidant atmosferoje esančius cheminius ryšius. Tačiau kosminiai spinduliai yra pagrindinis dėmesys žmonėms kosmose.

Keliones žemos Žemės orbitoje, įskaitant Tarptautinę kosminę stotį, nuo kosminių spindulių vis dar saugo keli veiksniai. Tačiau bet kokia ilgalaikė įgulos misija už žemos Žemės orbitos, pavyzdžiui, į Marsą arba į Mėnulį, jei reikia ilgesnės misijos, turi sušvelninti pavojų sveikatai kosminių spindulių savo astronautams.

Radioaktyviosios medžiagos ar radioaktyviosios medžiagos, tokios kaip uranas ar radonas, branduoliai yra nestabilūs. Norint stabilizuotis, branduoliai patirs branduolines reakcijas, įskaitant spontanišką išsiskyrimą, išleisdami energiją. Ši energija skleidžiama dalelių pavidalu. Medžiagos skilimo metu išsiskiriančios dalelės lemia, kokio tipo skilimas yra. Yra trys pagrindinės branduolio skilimo spinduliuotės rūšys: alfa, beta ir gama.

Gama spinduliuotė yra paprasčiausia, nes tai yra didelės energijos fotonas, kurį skleidžia radioaktyvusis atomas, kurio bangos ilgis yra gama spektro dalyje.

Beta spinduliuotė yra protono pavertimas neutronu, kurį palengvina elektrono emisija. Šis procesas taip pat gali vykti atvirkščiai (transformuojant neutroną į protoną), skleidžiant pozitroną, kuris yra teigiamai įkrautas antimaterijos atitikmuo elektronui. Šios dalelės vadinamos beta dalelėmis, nepaisant to, kad turi ir kitus pavadinimus.

Alfa spinduliuotė yra „alfa dalelės“ emisija, kurią sudaro du neutronai ir du protonai. Tai taip pat yra standartinis helio branduolys. Po šio skilimo pradinio atomo atomo skaičius sumažėja 2, pakeičiant elemento tapatumą, o jo atomo svoris sumažėja 4. Visos trys skilimo spinduliuotės rūšys yra jonizuojantis.

Radioaktyvus skilimas turi daugybę paskirčių, įskaitant spindulinę terapiją, radionuklio datavimą ir kt.

Šilumos energija gali būti perduodama iš vienos vietos į kitą per elektromagnetinę spinduliuotę. Taip šiluma Žemę pasiekia per kosmoso vakuumą iš Saulės.

Objekto spalva turi įtakos tam, kaip jis gali sugerti šilumą. Balta spalva atspindi daugumą bangos ilgių, o juoda sugeria. Taip pat atspindi sidabriniai ir blizgantys daiktai. Kuo kažkas yra labiau atspindintis, tuo mažiau spindulinės energijos jis sugers ir tuo mažiau jis sušils veikiamas radiacijos. Štai kodėl juodi daiktai saulėje tampa karštesni nei balti daiktai.

Geri šviesos sugėrėjai, pavyzdžiui, juodi daiktai, taip pat yra geri, jei jie yra šiltesni už aplinką.

Jei spinduliuotė praeina per skaidrią ar pusiau skaidrią medžiagą į uždarą sritį, ji gali įstrigti, kai absorbuojama ir vėl išleidžiama skirtingais bangos ilgiais.

Štai kodėl jūsų automobilis taip įkaista saulėje, net jei lauke yra tik 70; jūsų automobilio viduje esantys paviršiai sugeria saulės spinduliuotę, tačiau ją vėl išskiria kaip šilumą esant tokiems bangų ilgiams, kurie per ilgi prasiskverbia pro lango stiklą. Taigi, vietoj to, šilumos energija lieka įstrigusi automobilyje.

Tai atsitinka ir su Žemės atmosfera. Saulės pašildyta žemė ir vandenynas vėl skleis absorbuotą šilumą skirtingais bangos ilgiais, nei iš pradžių turėjo saulės spinduliai. Tai neleis šilumai grįžti per atmosferą, todėl ji bus įstrigusi arčiau Žemės.

Juodasis kūnas yra a teorinis, idealus objektas, sugeriantis visus šviesos bangos ilgius ir skleidžiantis visus šviesos bangos ilgius. Tačiau jis skleidžia skirtingo bangos ilgio skirtingo intensyvumo šviesą.

Šviesos intensyvumas arba srautas gali būti apibūdinamas kaip fotonų skaičius ploto vienete, kurį išskiria juodas kūnas. Juodojo kūno spektras, kurio bangos ilgis yra x ašyje, o srautas - y ašyje, visada parodys smailę tam tikru bangos ilgiu; su šia energija išsiskiria daugiau fotonų nei bet kuri kita energijos vertė.

Šis pikas keičiasi priklausomai nuo juodojo kūno temperatūros pagal Wieno poslinkio dėsnį. Didėjant juodojo kūno temperatūrai, smailė sumažės tiesiškai bangos ilgiu.

Žinodami šį ryšį, astronomai dažnai modeliuoja žvaigždes kaip tobulus juoduosius kūnus. Nors tai yra apytikslis įvertinimas, tai suteikia jiems gerą žvaigždės temperatūros įvertinimą, kuris gali jiems pasakyti apie jos gyvenimo ciklą.

Kitas svarbus juodojo kūno ryšys yra Stefano-Boltzmanno dėsnis, sakantis, kad visa juodojo kūno skleidžiama energija yra proporcinga jo temperatūrai, paimtai iki ketvirtosios galios: E ∝ T⁴.