Випромінювання: визначення, типи та приклади

Радіація могла отримати поганий результат від ядерних аварій, але слово "радіація" насправді охоплює широкий спектр явищ. Випромінювання є скрізь, і на нього покладається велика кількість повсякденних електронних пристроїв. Без випромінювання сонця життя на Землі виглядало б зовсім інакше, якби воно взагалі існувало.

Основне визначення радіації - просто викид енергії, у вигляді фотонів або інших субатомних частинок. Чи небезпечне випромінювання чи ні, залежить від того, скільки енергії мають ці частинки. Види випромінювання розрізняють за типами задіяних частинок та їх енергіями.

Електромагнітне випромінювання випромінює енергію у вигляді хвиль, які називаються електромагнітними хвилями або світлом. Згідно з квантовою механікою, світло - це і частинка, і хвиля. Коли її розглядають як частинку, її називають фотоном. Коли її розглядають як хвилю, її називають електромагнітною або світловою хвилею.

Світло класифікується залежно від довжини хвилі, яка обернено пропорційна його енергії: Світло з довжиною хвилі має меншу енергію в порівнянні з коротким світлом. Спектр довжини хвилі найчастіше поділяється на: радіохвилі, мікрохвилі, інфрачервоне світло, видиме світло, ультрафіолетове випромінювання, рентгенівські та гамма-промені. Коли світло випромінюється як електромагнітне випромінювання, це випромінювання також класифікується за цими категоріями.

Електромагнітне випромінювання (що, ще раз наголосимо, є справедливим світло) всюдисущий у Всесвіті і тут, на землі. Лампочки випромінюють видиме світло; мікрохвилі випромінюють мікрохвилі. Пульт дистанційного керування випромінює інфрачервоне світло для передачі сигналу на телевізор. Ці види випромінювання є низькоенергетичними і, як правило, не шкідливі в тій кількості, якій зазвичай піддається людина.

Частина спектра з меншою довжиною хвилі, ніж видиме світло, може пошкодити тканини людини. Ультрафіолетове світло, яке знаходиться поруч із видимим світлом у спектрі, може спричинити сонячні опіки та рак шкіри.

Відомо випромінювання з більш енергетичного кінця ультрафіолетового спектра, крім рентгенівських та гамма-променів як іонізуюче випромінювання: воно є достатньо енергійним, щоб мати можливість збивати електрони з атомів, перетворюючи атоми в іони. Іонізуюче випромінювання може пошкодити ДНК і спричинити безліч проблем зі здоров’ям.

Випромінювання зірок, наднових та струменів чорних дір - це те, що дозволяє астрономам бачити їх. Наприклад, сплески гамма-променів - це дуже енергійні вибухи, які є найяскравішими радіаційними подіями, що відомі у Всесвіті. Випромінювання, виявлене від далеких сонць, дозволяє астрономам визначити їх вік, розміри та тип.

Космосу також повно космічні промені: Швидкі протони та атомні ядра, що проходять крізь космос майже зі швидкістю світла, набагато важчі, ніж фотони. Завдяки своїй масі та швидкості вони мають неймовірно велику кількість енергії.

На землі небезпека, яку представляють космічні промені, незначна. Енергія цих частинок в основному витрачається на розрив хімічних зв’язків в атмосфері. Однак космічні промені є головним фактором, що стосується людей у ​​космосі.

Подорожі на низькоземній орбіті, включаючи Міжнародну космічну станцію, все ще захищені від космічних променів кількома факторами. Однак будь-яка довгострокова місія з екіпажем поза орбітою низької Землі, наприклад, до Марса, або до Місяця для тривалої місії, повинна пом'якшити небезпека для здоров'я космічних променів своїм космонавтам.

Ядра радіоактивної речовини або радіоактивного матеріалу, наприклад урану або радону, нестійкі. Для стабілізації ядра зазнають ядерних реакцій, включаючи мимовільне розпадання, виділяючи енергію, коли вони це роблять. Ця енергія виділяється у вигляді частинок. Частинки, що виділяються при розпаді речовини, визначають, про який тип розпаду йдеться. Існує три основних типи випромінювання від ядерного розпаду: альфа-випромінювання, бета-випромінювання та гамма-випромінювання.

Гамма-випромінювання є найпростішим, оскільки це фотон високої енергії, випромінюваний від радіоактивного атома з довжиною хвилі в гамма-частині спектра.

Бета-випромінювання - це перетворення протона в нейтрон, що сприяє випромінюванню електрона. Цей процес може відбуватися і в зворотному напрямку (перетворюючи нейтрон в протон), випромінюючи позитрон, який є позитивно зарядженим антиматеріалом-відповідником електрона. Ці частинки називаються бета-частинками, незважаючи на те, що вони також мають інші назви.

Альфа-випромінювання - це випромінювання «альфа-частинки», яка складається з двох нейтронів і двох протонів. Це також стандартне ядро ​​гелію. Після цього розпаду атомний номер вихідного атома зменшився на 2, змінивши ідентичність елемента, а атомна вага зменшилася на 4. Всі три види випромінювання розпадаються іонізуюча.

Радіоактивний розпад має багато застосувань, включаючи променеву терапію, радіовуглецеве датування тощо.

Теплова енергія може передаватися з одного місця в інше за допомогою електромагнітного випромінювання. Так тепло досягає Землі через вакуум космосу від Сонця.

Колір предмета впливає на те, наскільки добре він може поглинати тепло. Білий відображає більшість довжин хвиль, тоді як чорний поглинає. Срібні та блискучі предмети також відображають. Чим більше щось відбиває, тим менше випромінювальної енергії воно поглине, і тим менше воно буде нагріватися під впливом випромінювання. Ось чому чорні предмети стають жарчішими на сонці, ніж білі.

Хороші поглиначі світла, такі як чорні предмети, також є хорошими випромінювачами, коли вони тепліші за оточення.

Якщо випромінювання проходить через прозорий або напівпрозорий матеріал у замкнуту область, воно може потрапити в пастку, коли воно поглинається і повторно випромінюється на різних довжинах хвиль.

Ось чому ваша машина нагрівається на сонці, навіть якщо на вулиці лише 70; поверхні всередині вашого автомобіля поглинають сонячне випромінювання, але випромінюють його у вигляді тепла на довжинах хвиль, які занадто довгі, щоб проникнути у віконне скло. Отже, замість цього теплова енергія залишається в пастці автомобіля.

Це також відбувається з атмосферою Землі. Нагріті сонцем земля і океан будуть випромінювати частину поглиненого тепла на різних довжинах хвиль, ніж сонячне світло спочатку. Це унеможливить повернення тепла через атмосферу, зберігаючи її в пастці ближче до Землі.

Чорне тіло - це теоретичний, ідеальний об'єкт, який поглинає всі довжини хвиль світла і випромінює всі довжини хвиль світла. Однак він випромінює світло різної довжини хвилі з різною інтенсивністю.

Інтенсивність світла або потоку можна описати як кількість фотонів на одиницю площі, що випромінюються з чорного тіла. Спектр чорного тіла з довжиною хвилі на осі x і потоком на осі y завжди буде показувати пік на певній довжині хвилі; з цією енергією випромінюється більше фотонів, ніж будь-яке інше значення енергії.

Цей пік змінюється в залежності від температури чорного тіла згідно із Законом про переміщення Відня: Пік буде зменшуватися лінійно за довжиною хвилі, коли температура чорного тіла збільшується.

Знаючи це відношення, астрономи часто моделюють зірки як ідеальні чорні тіла. Хоча це наближення, воно дає їм хорошу оцінку температури зірки, яка може розповісти їм про те, де вона знаходиться в її життєвому циклі.

Іншим важливим відношенням чорних тіл є Закон Стефана-Больцмана, який говорить, що загальна енергія, яку випромінює чорне тіло, пропорційна його температурі, яка приймається до четвертої потужності: E ∝ T⁴.