การแผ่รังสีอาจได้รับการลงโทษที่ไม่ดีจากอุบัติเหตุนิวเคลียร์ แต่จริงๆ แล้วคำว่า "การแผ่รังสี" ครอบคลุมปรากฏการณ์ต่างๆ มากมาย การแผ่รังสีมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในชีวิตประจำวันจำนวนมากพึ่งพารังสีนี้ หากไม่มีรังสีจากดวงอาทิตย์ สิ่งมีชีวิตบนโลกจะดูแตกต่างไปจากเดิมมาก ถ้ามันมีอยู่จริง
คำจำกัดความพื้นฐานของการแผ่รังสีคือ การปล่อยพลังงานในรูปของโฟตอนหรืออนุภาคย่อยอื่นๆ การแผ่รังสีจะเป็นอันตรายหรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับว่าอนุภาคเหล่านั้นมีพลังงานมากแค่ไหน ประเภทของรังสีจะจำแนกตามประเภทของอนุภาคที่เกี่ยวข้องและพลังงาน
รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานที่ปล่อยออกมาในรูปของคลื่นที่เรียกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือแสง ตามกลศาสตร์ควอนตัม แสงเป็นทั้งอนุภาคและคลื่น เมื่อพิจารณาเป็นอนุภาคจะเรียกว่าโฟตอน เมื่อพิจารณาเป็นคลื่นจะเรียกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคลื่นแสง
แสงถูกจำแนกตามความยาวคลื่น ซึ่งเป็นสัดส่วนผกผันกับพลังงาน แสงที่มีความยาวคลื่นยาวมีพลังงานต่ำกว่าแสงที่มีความยาวคลื่นสั้น สเปกตรัมความยาวคลื่นของมันถูกแบ่งออกเป็น: คลื่นวิทยุ, ไมโครเวฟ, อินฟราเรด, แสงที่มองเห็นได้, รังสีอัลตราไวโอเลต, รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา เมื่อแสงถูกปล่อยออกมาเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีนี้จะถูกจำแนกตามหมวดหมู่เหล่านี้เช่นกัน
การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (ซึ่งเน้นย้ำอีกครั้งคือ เบา) มีอยู่ทั่วไปในจักรวาลและบนโลกนี้ หลอดไฟเปล่งแสงที่มองเห็นได้ ไมโครเวฟแผ่คลื่นไมโครเวฟ รีโมทคอนโทรลแผ่รังสีอินฟราเรดเพื่อส่งสัญญาณไปยังโทรทัศน์ รังสีประเภทนี้มีพลังงานต่ำและโดยทั่วไปไม่เป็นอันตรายต่อปริมาณที่มนุษย์สัมผัสได้ตามปกติ
ส่วนของสเปกตรัมที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงที่มองเห็นได้สามารถสร้างความเสียหายต่อเนื้อเยื่อของมนุษย์ได้ แสงอัลตราไวโอเลตที่อยู่ติดกับแสงที่มองเห็นได้ในสเปกตรัมสามารถทำให้เกิดผิวไหม้จากแดดและมะเร็งผิวหนังได้
การแผ่รังสีจากปลายสเปกตรัมอัลตราไวโอเลตที่มีพลังงานสูงกว่า นอกเหนือไปจากรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา เป็นรังสีไอออไนซ์: มีพลังงานเพียงพอที่จะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากอะตอม ทำให้อะตอมกลายเป็น ไอออน รังสีไอออไนซ์สามารถทำลาย DNA และก่อให้เกิดปัญหาสุขภาพมากมาย
รังสีจากอวกาศ
การแผ่รังสีจากดาวฤกษ์ ซุปเปอร์โนวา และเจ็ตหลุมดำเป็นสิ่งที่ช่วยให้นักดาราศาสตร์มองเห็นได้ ตัวอย่างเช่น การปะทุของรังสีแกมมา เป็นการระเบิดที่มีพลังมาก ซึ่งเป็นเหตุการณ์การแผ่รังสีที่สว่างที่สุดที่ทราบว่าเกิดขึ้นในจักรวาล การแผ่รังสีที่ตรวจพบจากดวงอาทิตย์ที่อยู่ห่างไกลทำให้นักดาราศาสตร์สามารถอนุมานอายุ ขนาด และประเภทได้
พื้นที่ยังเต็มไปด้วย รังสีคอสมิก: โปรตอนเคลื่อนที่เร็วและนิวเคลียสของอะตอมที่เคลื่อนตัวผ่านจักรวาลด้วยความเร็วเกือบเท่าแสงที่หนักกว่าโฟตอนมาก เนื่องจากมวลและความเร็วของพวกมัน พวกมันจึงมีพลังงานจำนวนมากอย่างไม่น่าเชื่อ
บนโลกนี้ อันตรายที่เกิดจากรังสีคอสมิกมีน้อยมาก พลังงานของอนุภาคเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้ไปในการทำลายพันธะเคมีในชั้นบรรยากาศ อย่างไรก็ตาม รังสีคอสมิกเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับมนุษย์ในอวกาศ
การเดินทางในโคจรรอบโลกต่ำ รวมทั้งสถานีอวกาศนานาชาติ ยังคงได้รับการปกป้องจากรังสีคอสมิกจากปัจจัยหลายประการ อย่างไรก็ตาม ภารกิจลูกเรือระยะยาวใดๆ นอกวงโคจรโลกต่ำ ไปยังดาวอังคาร ตัวอย่างเช่น หรือไปยังดวงจันทร์สำหรับภารกิจที่ขยายออกไป จะต้องบรรเทา อันตรายต่อสุขภาพ ของรังสีคอสมิกต่อนักบินอวกาศ
การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี
นิวเคลียสของสารกัมมันตภาพรังสีหรือสารกัมมันตภาพรังสี เช่น ยูเรเนียมหรือเรดอน ไม่เสถียร เพื่อทำให้เสถียร นิวเคลียสจะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ รวมถึงการแตกตัวตามธรรมชาติ ปล่อยพลังงานออกมาเมื่อทำปฏิกิริยา พลังงานนี้ถูกปล่อยออกมาในรูปของอนุภาค อนุภาคที่ปล่อยออกมาเมื่อสารสลายตัวเป็นตัวกำหนดประเภทของการสลายตัว รังสีจากการสลายตัวของนิวเคลียร์มีสามประเภทหลัก: รังสีอัลฟา รังสีบีตา และรังสีแกมมา
รังสีแกมมาเป็นวิธีที่ง่ายที่สุด เนื่องจากเป็นโฟตอนพลังงานสูงที่ปล่อยออกมาจากอะตอมกัมมันตภาพรังสีที่มีความยาวคลื่นในส่วนแกมมาของสเปกตรัม
การแผ่รังสีบีตาเป็นการแปรเปลี่ยนของโปรตอนไปเป็นนิวตรอน ซึ่งอำนวยความสะดวกโดยการปล่อยอิเล็กตรอน กระบวนการนี้สามารถเกิดขึ้นย้อนกลับได้ (เปลี่ยนนิวตรอนเป็นโปรตอน) โดยการปล่อยโพซิตรอน ซึ่งเป็นคู่ปฏิสสารที่มีประจุบวกของอิเล็กตรอน อนุภาคเหล่านี้เรียกว่าอนุภาคเบต้าแม้ว่าจะมีชื่ออื่นด้วย
รังสีอัลฟาคือการแผ่รังสีของ "อนุภาคอัลฟา" ซึ่งประกอบด้วยนิวตรอน 2 ตัวและโปรตอน 2 ตัว นี่เป็นนิวเคลียสฮีเลียมมาตรฐานด้วย หลังจากการสลายนี้ อะตอมเดิมมีเลขอะตอมลดลง 2 การเปลี่ยนแปลงเอกลักษณ์ของธาตุ และน้ำหนักอะตอมลดลง 4 รังสีสลายทั้งสามชนิดคือ แตกตัวเป็นไอออน.
การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีมีประโยชน์หลายอย่าง เช่น การฉายรังสี การนัดหมายด้วยเรดิโอคาร์บอน และอื่นๆ
การถ่ายเทความร้อนด้วยรังสี
พลังงานความร้อนสามารถถ่ายโอนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งผ่านการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า นี่คือวิธีที่ความร้อนมาถึงโลกผ่านสุญญากาศของอวกาศจากดวงอาทิตย์
สีของวัตถุมีผลต่อการดูดซับความร้อนได้ดีเพียงใด สีขาวสะท้อนความยาวคลื่นส่วนใหญ่ ในขณะที่สีดำดูดซับ วัตถุสีเงินและแวววาวก็สะท้อนเช่นกัน ยิ่งสิ่งที่สะท้อนแสงมากเท่าไหร่ พลังงานการแผ่รังสีก็จะยิ่งดูดซับน้อยลง และความร้อนก็จะยิ่งน้อยลงเมื่อสัมผัสกับรังสี ด้วยเหตุนี้วัตถุสีดำจึงร้อนกว่าดวงอาทิตย์มากกว่าวัตถุสีขาว
ตัวดูดซับแสงที่ดี เช่น วัตถุสีดำ เป็นตัวปล่อยที่ดีเช่นกันเมื่อวัตถุนั้นอุ่นกว่าสิ่งรอบตัว
ภาวะโลกร้อน
หากการแผ่รังสีผ่านวัสดุโปร่งใสหรือกึ่งโปร่งแสงเข้าไปในบริเวณที่ปิด รังสีนั้นอาจถูกดักจับเมื่อถูกดูดกลืนและปล่อยออกอีกครั้งในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ
นี่จึงเป็นสาเหตุว่าทำไมรถของคุณถึงร้อนจัดแม้อยู่กลางแจ้งเพียง 70 คัน พื้นผิวภายในรถของคุณดูดซับรังสีจากดวงอาทิตย์ แต่ปล่อยรังสีออกมาใหม่เป็นความร้อนที่ความยาวคลื่นที่ยาวเกินกว่าจะทะลุกระจกหน้าต่างได้ ดังนั้นพลังงานความร้อนจึงติดอยู่ภายในรถแทน
สิ่งนี้เกิดขึ้นกับชั้นบรรยากาศของโลกด้วย โลกและมหาสมุทรที่อุ่นจากแสงแดดจะปล่อยความร้อนที่ถูกดูดซับออกมาอีกครั้งในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างจากแสงแดดในตอนแรก ซึ่งจะทำให้ความร้อนไม่สามารถย้อนกลับสู่ชั้นบรรยากาศได้ ทำให้กักเก็บความร้อนไว้ใกล้กับโลกมากขึ้น
การแผ่รังสีร่างกายดำ
ตัวดำคือ ทฤษฎี, วัตถุในอุดมคติที่ดูดซับความยาวคลื่นของแสงทั้งหมดและปล่อยความยาวคลื่นของแสงทั้งหมด อย่างไรก็ตาม มันปล่อยแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันที่ความเข้มต่างกัน
ความเข้มของแสงหรือฟลักซ์สามารถอธิบายได้ว่าเป็นจำนวนโฟตอนต่อหน่วยพื้นที่ที่ปล่อยออกมาจากวัตถุสีดำ สเปกตรัมของวัตถุสีดำที่มีความยาวคลื่นบนแกน x และฟลักซ์บนแกน y จะแสดงจุดสูงสุดที่ความยาวคลื่นหนึ่งเสมอ โฟตอนจะถูกปล่อยออกมาด้วยพลังงานนี้มากกว่าค่าพลังงานอื่นๆ
จุดสูงสุดนี้เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิของวัตถุสีดำตามกฎการเคลื่อนที่ของ Wien: จุดสูงสุดจะลดลงตามความยาวคลื่นเป็นเส้นตรงเมื่ออุณหภูมิของวัตถุสีดำเพิ่มขึ้น
เมื่อทราบความสัมพันธ์นี้ นักดาราศาสตร์มักจะจำลองดาวฤกษ์ว่าเป็นร่างดำที่สมบูรณ์แบบ แม้ว่านี่จะเป็นค่าประมาณ แต่ก็ให้ค่าประมาณที่ดีสำหรับอุณหภูมิของดาวฤกษ์ ซึ่งสามารถบอกพวกเขาได้ว่าดาวดวงนั้นอยู่ที่ใดในวงจรชีวิตของมัน
ความสัมพันธ์ระหว่างคนผิวดำที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือกฎของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์ ซึ่งกล่าวว่าพลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากวัตถุสีดำนั้นแปรผันตามอุณหภูมิที่นำมาเป็นกำลังที่สี่: E ∝ T4.