Straling: definitie, typen en voorbeelden

Straling heeft misschien een slechte reputatie gekregen door nucleaire ongevallen, maar het woord 'straling' omvat eigenlijk een groot aantal verschijnselen. Straling is overal en een groot aantal alledaagse elektronische apparaten vertrouwen erop. Zonder straling van de zon zou het leven op aarde er heel anders uitzien, als het al zou bestaan.

De basisdefinitie van straling is gewoon de uitstoot van energie, in de vorm van fotonen of andere subatomaire deeltjes. Of straling al dan niet gevaarlijk is, hangt af van hoeveel energie die deeltjes hebben. De soorten straling worden onderscheiden door de soorten deeltjes die erbij betrokken zijn en hun energieën.

Elektromagnetische straling wordt uitgezonden energie in de vorm van golven die elektromagnetische golven of licht worden genoemd. Volgens de kwantummechanica is licht zowel een deeltje als een golf. Wanneer het als een deeltje wordt beschouwd, wordt het een foton genoemd. Wanneer het als een golf wordt beschouwd, wordt het een elektromagnetische golf of een lichtgolf genoemd.

Licht wordt geclassificeerd op basis van zijn golflengte, die omgekeerd evenredig is met zijn energie: licht met een lange golflengte heeft een lagere energie in vergelijking met licht met een korte golflengte. Het golflengtespectrum wordt meestal onderverdeeld in: radiogolven, microgolven, infrarood, zichtbaar licht, ultraviolette straling, röntgenstralen en gammastralen. Wanneer licht wordt uitgezonden als elektromagnetische straling, wordt deze straling ook ingedeeld in deze categorieën.

Elektromagnetische straling (wat, om nogmaals te benadrukken, gewoon is) licht) is alomtegenwoordig in het universum en hier op aarde. Gloeilampen stralen zichtbaar licht uit; microgolven stralen microgolven uit. Een afstandsbediening straalt infrarood uit om een ​​signaal naar een televisie te sturen. Deze soorten straling zijn energiezuinig en zijn over het algemeen niet schadelijk in de hoeveelheden waaraan mensen normaal worden blootgesteld.

Het deel van het spectrum met kortere golflengten dan zichtbaar licht kan menselijk weefsel beschadigen. Ultraviolet licht, direct naast zichtbaar licht in het spectrum, kan zonnebrand en huidkanker veroorzaken.

Straling van het hogere energetische uiteinde van het ultraviolette spectrum, naast röntgenstralen en gammastralen, is bekend als ioniserende straling: het is energetisch genoeg om elektronen van atomen te kunnen afslaan, waardoor de atomen in ionen. Ioniserende straling kan DNA beschadigen en tal van gezondheidsproblemen veroorzaken.

Dankzij de straling van sterren, supernova's en zwarte-gatstralen kunnen astronomen ze zien. Gammastraaluitbarstingen zijn bijvoorbeeld zeer energetische explosies die de helderste stralingsgebeurtenissen zijn waarvan bekend is dat ze in het universum plaatsvinden. De straling die wordt gedetecteerd van verre zonnen stelt astronomen in staat om hun leeftijd, grootte en type af te leiden.

De ruimte is ook vol kosmische stralen: Snel bewegende protonen en atoomkernen die met bijna de lichtsnelheid door de kosmos ritselen en die veel, veel zwaarder zijn dan fotonen. Vanwege hun massa en snelheid hebben ze ongelooflijk veel energie.

Op aarde is het gevaar van kosmische straling verwaarloosbaar. De energie van deze deeltjes wordt meestal besteed aan het verbreken van chemische bindingen in de atmosfeer. Kosmische straling is echter een belangrijke overweging voor mensen in de ruimte.

Reizen in een lage baan om de aarde, inclusief het internationale ruimtestation, worden nog steeds door verschillende factoren beschermd tegen kosmische straling. Elke langdurige bemande missie voorbij een lage baan om de aarde, bijvoorbeeld naar Mars of naar de maan voor een langere missie, moet de gezondheidsrisico's van kosmische straling naar zijn astronauten.

De kernen van een radioactieve stof of radioactief materiaal, zoals uranium of radon, zijn instabiel. Om te stabiliseren, zullen de kernen kernreacties ondergaan, waaronder spontaan uiteenvallen en energie afgeven wanneer ze dat doen. Deze energie wordt uitgezonden in de vorm van deeltjes. De deeltjes die vrijkomen bij het verval van de stof bepalen welk type verval het is. Er zijn drie hoofdtypen straling van nucleair verval: alfastraling, bètastraling en gammastraling.

Gammastraling is de eenvoudigste, omdat het een hoogenergetisch foton is dat wordt uitgezonden door het radioactieve atoom met een golflengte in het gamma-deel van het spectrum.

Bètastraling is de transmutatie van een proton in een neutron, mogelijk gemaakt door de emissie van een elektron. Dit proces kan ook omgekeerd plaatsvinden (waarbij een neutron wordt omgezet in een proton) door een positron uit te zenden, de positief geladen antimaterie-tegenhanger van een elektron. Deze deeltjes worden bètadeeltjes genoemd, hoewel ze ook andere namen hebben.

Alfastraling is de emissie van een "alfadeeltje", dat is gemaakt van twee neutronen en twee protonen. Dit is ook een standaard heliumkern. Na dit verval is het atoomnummer van het oorspronkelijke atoom met 2 afgenomen, waardoor de elementaire identiteit verandert en het atoomgewicht met 4 is afgenomen. Alle drie soorten vervalstraling zijn: ioniserend.

Radioactief verval heeft vele toepassingen, waaronder bestralingstherapie, koolstofdatering, enzovoort.

Warmte-energie kan via elektromagnetische straling van de ene naar de andere locatie worden overgebracht. Dit is hoe warmte de aarde bereikt door het vacuüm van de ruimte van de zon.

De kleur van een object beïnvloedt hoe goed het warmte kan opnemen. Wit reflecteert de meeste golflengten, terwijl zwart absorbeert. Zilveren en glanzende voorwerpen reflecteren ook. Hoe meer reflecterend iets is, hoe minder stralingsenergie het zal absorberen en hoe minder het zal opwarmen bij blootstelling aan straling. Dit is de reden waarom zwarte objecten heter worden in de zon dan witte objecten.

Goede lichtabsorbers, zoals zwarte voorwerpen, zijn ook goede emitters als ze warmer zijn dan hun omgeving.

Als straling door een transparant of semi-transparant materiaal in een afgesloten gebied gaat, kan het opgesloten raken wanneer het wordt geabsorbeerd en opnieuw wordt uitgezonden bij verschillende golflengten.

Dit is de reden waarom uw auto zo heet wordt in de zon, zelfs als het maar 70 is buiten; de oppervlakken in uw auto absorberen de straling van de zon, maar geven deze weer af als warmte op golflengten die te lang zijn om door de ruit te dringen. Dus in plaats daarvan blijft de warmte-energie opgesloten in de auto.

Dit gebeurt ook met de atmosfeer van de aarde. Door de zon verwarmde aarde en oceaan zullen wat geabsorbeerde warmte opnieuw uitstralen op andere golflengten dan het zonlicht oorspronkelijk had. Dit maakt het onmogelijk voor de warmte om terug te keren door de atmosfeer, waardoor deze dichter bij de aarde blijft.

Een zwart lichaam is een theoretisch, ideaal object dat alle golflengten van licht absorbeert en alle golflengten van licht uitzendt. Het zendt echter licht uit van verschillende golflengten met verschillende intensiteiten.

De intensiteit van het licht, of flux, kan worden omschreven als het aantal fotonen per oppervlakte-eenheid dat door het zwarte lichaam wordt uitgezonden. Een zwartlichaamspectrum, met golflengte op de x-as en flux op de y-as, zal altijd een piek vertonen bij een bepaalde golflengte; met deze energie worden meer fotonen uitgezonden dan enige andere energiewaarde.

Deze piek verandert afhankelijk van de temperatuur van het zwarte lichaam volgens de verplaatsingswet van Wien: de piek zal lineair in golflengte afnemen naarmate de temperatuur van het zwarte lichaam toeneemt.

Omdat ze deze relatie kennen, modelleren astronomen sterren vaak als perfecte zwarte lichamen. Hoewel dit een benadering is, geeft het hen een goede schatting van de temperatuur van de ster, die hen kan vertellen waar deze zich in zijn levenscyclus bevindt.

Een andere belangrijke zwartlichaamrelatie is de Stefan-Boltzmann-wet, die zegt dat de totale energie die wordt uitgestraald door een zwartlichaam evenredig is met de temperatuur tot de vierde macht: E ∝ T⁴.