Radiații: definiție, tipuri și exemple

Radiațiile ar fi putut obține un rău rap din accidentele nucleare, dar cuvântul „radiație” cuprinde de fapt o gamă largă de fenomene. Radiațiile sunt peste tot și un număr mare de dispozitive electronice de zi cu zi se bazează pe ea. Fără radiații de la soare, viața pe Pământ ar arăta foarte diferit, dacă ar exista deloc.

Definiția de bază a radiației este pur și simplu emisia de energie, sub formă de fotoni sau alte particule subatomice. Indiferent dacă radiațiile sunt sau nu periculoase depinde de câtă energie au particulele respective. Tipurile de radiații se disting prin tipurile de particule implicate și energiile lor.

Radiația electromagnetică este energie emisă sub formă de unde numite unde electromagnetice sau lumină. Conform mecanicii cuantice, lumina este atât o particulă, cât și o undă. Când este considerată o particulă, se numește foton. Când este considerat ca o undă, se numește undă electromagnetică sau undă luminoasă.

Lumina este clasificată în funcție de lungimea de undă, care este invers proporțională cu energia sa: lumina cu lungime de undă lungă are energie mai mică în comparație cu lumina cu lungime de undă scurtă. Spectrul său de lungime de undă este cel mai frecvent împărțit în: unde radio, microunde, infraroșu, lumină vizibilă, radiații ultraviolete, raze X și raze gamma. Când lumina este emisă ca radiație electromagnetică, această radiație este clasificată și în aceste categorii.

Radiația electromagnetică (care, pentru a re-sublinia, este doar ușoară) este omniprezent în univers și aici pe pământ. Becurile radiază lumină vizibilă; microundele radiază microunde. O telecomandă radiază în infraroșu pentru a trimite un semnal către un televizor. Aceste tipuri de radiații sunt cu energie redusă și nu sunt în general dăunătoare în cantitățile la care oamenii sunt expuși în mod normal.

Partea spectrului cu lungimi de undă mai scurte decât lumina vizibilă poate afecta țesutul uman. Lumina ultravioletă, chiar lângă lumina vizibilă din spectru, poate provoca arsuri solare și cancer de piele.

Radiațiile de la capătul energiei superioare ale spectrului ultraviolet, pe lângă razele X și razele gamma, sunt cunoscute ca radiație ionizantă: este suficient de energică pentru a putea elimina electronii din atomi, transformând atomii în ioni. Radiațiile ionizante pot deteriora ADN-ul și pot provoca o multitudine de probleme de sănătate.

Radiația de la stele, supernove și jeturi de gaură neagră este ceea ce permite astronomilor să le vadă. Exploziile de raze gamma, de exemplu, sunt explozii foarte energice, care sunt cele mai strălucitoare evenimente de radiație cunoscute în univers. Radiația detectată de la soarele îndepărtați permite astronomilor să deducă vârsta, dimensiunea și tipul lor.

Spațiul este, de asemenea, plin de raze cosmice: Protonii care se mișcă rapid și nucleele atomice care traversează cosmosul cu aproape viteza luminii care sunt mult, mult mai grele decât fotonii. Datorită masei și vitezei lor, au cantități incredibil de mari de energie.

Pe pământ, pericolul reprezentat de razele cosmice este neglijabil. Energia acestor particule este în mare parte cheltuită rupând legături chimice în atmosferă. Cu toate acestea, razele cosmice sunt o considerație majoră pentru oamenii din spațiu.

Călătoriile pe orbita joasă a Pământului, inclusiv Stația Spațială Internațională, sunt încă protejate de razele cosmice de mai mulți factori. Cu toate acestea, orice misiune cu echipaj pe termen lung dincolo de orbita joasă a Pământului, spre Marte, de exemplu, sau pe Lună pentru o misiune extinsă, trebuie să atenueze pericole pentru sănătate de raze cosmice către astronauții săi.

Nucleii unei substanțe radioactive sau ale unui material radioactiv, cum ar fi uraniul sau radonul, sunt instabile. Pentru a se stabiliza, nucleele vor suferi reacții nucleare, inclusiv spargerea spontană, lăsând energie atunci când o fac. Această energie este emisă sub formă de particule. Particulele emise atunci când substanța se descompune determină ce tip de degradare este. Există trei tipuri principale de radiații provenite din dezintegrarea nucleară: radiația alfa, radiația beta și radiația gamma.

Radiația gamma este cea mai simplă, deoarece este un foton de mare energie emis de atomul radioactiv cu o lungime de undă în partea gamma a spectrului.

Radiația beta este transmutația unui proton într-un neutron, facilitată de emisia unui electron. Acest proces se poate întâmpla și invers (transformând un neutron într-un proton) prin emiterea unui pozitron, care este omologul cu antimaterie încărcat pozitiv al unui electron. Aceste particule sunt denumite particule beta, deși au și alte denumiri.

Radiația alfa este emisia unei „particule alfa”, care este formată din doi neutroni și doi protoni. Acesta este, de asemenea, un nucleu de heliu standard. După această descompunere, atomul original are numărul său atomic scăzut cu 2, schimbându-și identitatea elementară, iar greutatea sa atomică a scăzut cu 4. Toate cele trei tipuri de radiații de descompunere sunt ionizant.

Dezintegrarea radioactivă are multe utilizări, inclusiv radioterapia, datarea cu radiocarbon și așa mai departe.

Energia termică poate fi transferată dintr-o locație în alta prin radiație electromagnetică. Acesta este modul în care căldura ajunge pe Pământ prin vidul spațiului de la Soare.

Culoarea unui obiect afectează cât de bine poate absorbi căldura. Albul reflectă majoritatea lungimilor de undă, în timp ce negrul absoarbe. Obiectele argintii și strălucitoare reflectă, de asemenea. Cu cât este ceva mai reflectorizant, cu atât va absorbi mai puțină energie radiativă și se va încălzi mai puțin atunci când este expus la radiații. Acesta este motivul pentru care obiectele negre devin mai fierbinți la soare decât obiectele albe.

Absorbații de lumină buni, cum ar fi obiectele negre, sunt, de asemenea, buni emițători atunci când sunt mai calzi decât mediul înconjurător.

Dacă radiația trece printr-un material transparent sau semitransparent într-o regiune închisă, aceasta poate deveni prinsă atunci când este absorbită și reemisă la diferite lungimi de undă.

Acesta este motivul pentru care mașina dvs. se încălzește atât de mult la soare, chiar dacă afară este doar 70; suprafețele din interiorul mașinii absorb radiația de la soare, dar o retransmite sub formă de căldură la lungimi de undă prea lungi pentru a pătrunde în geamul ferestrei. Deci, în schimb, energia termică rămâne blocată în mașină.

Acest lucru se întâmplă și cu atmosfera Pământului. Pământul și oceanul încălzit de soare vor emite din nou o anumită căldură absorbită la diferite lungimi de undă decât lumina solară inițial. Acest lucru va face imposibilă revenirea căldurii prin atmosferă, menținând-o prinsă mai aproape de Pământ.

Un corp negru este un teoretic, obiect ideal care absoarbe toate lungimile de undă ale luminii și emite toate lungimile de undă ale luminii. Cu toate acestea, emite lumină de diferite lungimi de undă la intensități diferite.

Intensitatea luminii sau a fluxului poate fi descrisă ca numărul de fotoni pe unitatea de suprafață emisă de corpul negru. Un spectru de corp negru, cu lungimea de undă pe axa x și fluxul pe axa y, va arăta întotdeauna un vârf la o anumită lungime de undă; cu această energie se emit mai mulți fotoni decât orice altă valoare a energiei.

Acest vârf se schimbă în funcție de temperatura corpului negru în conformitate cu legea deplasării Wien: vârful va scădea liniar în lungimea de undă pe măsură ce temperatura corpului negru crește.

Cunoscând această relație, astronomii modelează adesea stelele ca fiind niște corpuri negre perfecte. Deși aceasta este o aproximare, le oferă o estimare bună a temperaturii stelei, care le poate spune unde se află în ciclul său de viață.

O altă relație importantă a corpului negru este Legea Stefan-Boltzmann, care spune că energia totală radiată de un corp negru este proporțională cu temperatura sa dusă la a patra putere: E ∝ T⁴.