Radiācija, iespējams, ir ieguvusi sliktu repu no kodolavārijām, taču vārds "radiācija" faktiski aptver lielu parādību loku. Radiācija ir visur, un uz to paļaujas liels skaits ikdienas elektronisko ierīču. Bez saules starojuma dzīve uz Zemes izskatītos pavisam citāda, ja tā vispār pastāvētu.
Radiācijas pamatdefinīcija ir vienkārši enerģijas emisija, fotonu vai citu subatomisko daļiņu formā. Tas, vai starojums ir bīstams, ir atkarīgs no tā, cik daudz enerģijas ir šīm daļiņām. Radiācijas veidus izšķir pēc iesaistīto daļiņu veidiem un to enerģijām.
Elektromagnētiskā radiācija
Elektromagnētiskais starojums izstaro enerģiju viļņu formā, ko sauc par elektromagnētiskajiem viļņiem jeb gaismu. Saskaņā ar kvantu mehāniku gaisma ir gan daļiņa, gan vilnis. Kad to uzskata par daļiņu, to sauc par fotonu. Ja to uzskata par vilni, to sauc par elektromagnētisko vai gaismas vilni.
Gaisma tiek klasificēta atkarībā no tās viļņa garuma, kas ir apgriezti proporcionāla tās enerģijai: Gara viļņa garuma gaismai ir mazāka enerģija nekā īsā viļņa garumam. Tās viļņa garuma spektru visbiežāk iedala: radioviļņos, mikroviļņu krāsnī, infrasarkanajā, redzamajā gaismā, ultravioletajā starojumā, rentgena un gamma staros. Ja gaisma tiek izstarota kā elektromagnētiskais starojums, šis starojums tiek klasificēts arī pēc šīm kategorijām.
Elektromagnētiskais starojums (kas, lai atkārtoti uzsvērtu, ir taisnīgs gaisma) ir visuresošs Visumā un šeit uz zemes. Spuldzes izstaro redzamo gaismu; mikroviļņu krāsnis izstaro mikroviļņus. Tālvadības pults izstaro infrasarkano staru, lai nosūtītu signālu uz televizoru. Šāda veida starojums ir ar zemu enerģijas patēriņu un parasti nav kaitīgs tādā daudzumā, kādam parasti pakļauti cilvēki.
Spektra daļa ar īsāku viļņu garumu nekā redzamā gaisma var nodarīt kaitējumu cilvēka audiem. Ultravioletā gaisma, tieši blakus redzamajai spektra gaismai, var izraisīt saules apdegumus un ādas vēzi.
Ir zināms arī starojums no ultravioletā spektra augstākās enerģijas gala, papildus rentgenstaru un gamma stariem. kā jonizējošais starojums: Tas ir pietiekami enerģisks, lai varētu izsist elektronus no atomiem, pārvēršot atomus joni. Jonizējošais starojums var sabojāt DNS un izraisīt daudzas veselības problēmas.
Starojums no kosmosa
Zvaigžņu, supernovas un melno caurumu strūklu starojums ļauj astronomiem tos redzēt. Piemēram, gammas staru pārrāvumi ir ļoti enerģiski sprādzieni, kas ir visspilgtākie zināmie Visuma starojuma notikumi. No tālu saulēm konstatētais starojums ļauj astronomiem secināt viņu vecumu, lielumu un veidu.
Kosmoss arī ir pilns ar kosmiskie stari: Ātri kustīgi protoni un atomu kodoli, kas riņķo cauri kosmosam gandrīz ar gaismas ātrumu, kas ir daudz, daudz smagāks par fotoniem. Svara un ātruma dēļ viņiem ir neticami liels enerģijas daudzums.
Uz zemes kosmisko staru radītās briesmas ir nenozīmīgas. Šo daļiņu enerģija galvenokārt tiek iztērēta, sadalot atmosfērā ķīmiskās saites. Tomēr kosmosa stari ir galvenais apsvērums cilvēkiem kosmosā.
Ceļojumus zemas Zemes orbītā, ieskaitot Starptautisko kosmosa staciju, joprojām kosmiskie stari aizsargā vairāki faktori. Tomēr jebkurai ilgstošai komandai ārpus Zemes orbītas, piemēram, uz Marsu vai uz Mēnesi ilgstošai misijai ir jāmaina briesmas veselībai no kosmosa stariem uz saviem astronautiem.
Radioaktīvā sabrukšana
Radioaktīvās vielas vai radioaktīvā materiāla, piemēram, urāna vai radona, kodoli ir nestabili. Lai stabilizētos, kodoliem notiks kodolreakcijas, tostarp spontāni sadalās, izlaižot enerģiju, kad tās notiek. Šī enerģija tiek izstarota daļiņu formā. Daļiņas, kas izdalās, sabrūkot vielai, nosaka, kāda veida sabrukšana tā ir. Ir trīs galvenie kodola sabrukšanas starojuma veidi: alfa starojums, beta starojums un gamma starojums.
Gamma starojums ir vienkāršākais, jo tas ir augstas enerģijas fotons, ko izstaro no radioaktīvā atoma ar viļņa garumu spektra gamma daļā.
Beta starojums ir protona pārveidošana par neitronu, ko veicina elektronu emisija. Šis process var notikt arī pretēji (pārveidojot neitronu par protonu), izstarojot pozitronu, kas ir pozitīvi uzlādēts antimatter līdzinieks elektronam. Šīs daļiņas tiek dēvētas par beta daļiņām, neskatoties uz to, ka tām ir arī citi nosaukumi.
Alfa starojums ir "alfa daļiņas" emisija, ko veido divi neitroni un divi protoni. Tas ir arī standarta hēlija kodols. Pēc šī sabrukšanas sākotnējā atoma atomu skaits ir samazināts par 2, mainot tā elementu identitāti, un atoma svars samazinās par 4. Visi trīs sabrukšanas starojuma veidi ir jonizējošs.
Radioaktīvajai sabrukšanai ir daudz pielietojumu, tostarp staru terapija, radiogļūdeņraža datēšana utt.
Radiatīvā siltuma pārnešana
Siltuma enerģiju var pārnest no vienas vietas uz citu, izmantojot elektromagnētisko starojumu. Tas ir tas, kā siltums sasniedz Zemi caur kosmosa vakuumu no Saules.
Objekta krāsa ietekmē to, cik labi tas var absorbēt siltumu. Balta krāsa atspoguļo lielāko viļņu garumu, bet melnā krāsa absorbē. Atspoguļojas arī sudraba un spīdīgi priekšmeti. Jo vairāk kaut kas ir atstarojošs, jo mazāk starojuma enerģiju tas absorbēs, un jo mazāk tas sasildīsies, pakļaujot starojumam. Tāpēc melnie priekšmeti saulē kļūst karstāki nekā baltie priekšmeti.
Labi gaismas absorbētāji, piemēram, melni priekšmeti, arī ir labi izstarotāji, ja tie ir siltāki par apkārtni.
Siltumnīcas efekts
Ja starojums iet cauri caurspīdīgam vai daļēji caurspīdīgam materiālam slēgtā reģionā, tas var ieslodzīties, kad to absorbē un atkārtoti izstaro dažādos viļņu garumos.
Tāpēc jūsu automašīna tik ļoti sasilst saulē, pat ja ārā ir tikai 70; automašīnas iekšpusē esošās virsmas absorbē saules starojumu, bet atkārtoti izstaro to kā siltumu viļņu garumos, kas ir pārāk ilgi, lai iekļūtu loga stiklā. Tā vietā siltuma enerģija paliek iesprostota automašīnā.
Tas notiek arī ar Zemes atmosfēru. Saules sasildītā zeme un okeāns atkārtoti izstaro absorbētu siltumu ar dažādiem viļņu garumiem, nekā sākotnēji bija saules gaisma. Tas padarīs neiespējamu siltuma atgriešanos caur atmosfēru, saglabājot to ieslodzījumā tuvāk Zemei.
Melnā ķermeņa starojums
Melnādainais ir a teorētiski, ideāls objekts, kas absorbē visus gaismas viļņus un izstaro visus gaismas viļņu garumus. Tomēr tas izstaro dažādu viļņu garumu gaismu ar dažādu intensitāti.
Gaismas intensitāti jeb plūsmu var raksturot kā fotonu skaitu vienā laukuma vienībā, kas izstaro melno ķermeni. Melnā ķermeņa spektrs ar viļņa garumu uz x ass un plūsma uz y ass vienmēr parādīs maksimumu noteiktā viļņa garumā; ar šo enerģiju tiek izstarots vairāk fotonu nekā jebkura cita enerģijas vērtība.
Šis pīķis mainās atkarībā no melnā ķermeņa temperatūras saskaņā ar Vīnes pārvietošanās likumu: Pieaugot melnā ķermeņa temperatūrai, viļņa garumā pīķis samazināsies lineāri.
Zinot šo sakarību, astronomi zvaigznes bieži modelē kā perfektus melnos ķermeņus. Lai gan tas ir aptuvens, tas dod viņiem labu aplēsi par zvaigznes temperatūru, kas viņiem var pateikt par tās dzīves ciklu.
Vēl viena svarīga melnā ķermeņa attiecība ir Stefana-Boltzmana likums, kas saka, ka kopējā melnā ķermeņa izstarotā enerģija ir proporcionāla tā temperatūrai, kas tiek mērīta līdz ceturtajai jaudai: E ∝ T4.