Джерела випромінювання фізика. Що таке випромінювання у фізиці? Визначення, особливості, застосування випромінювання у фізиці. Що таке теплове випромінювання в фізиці. Водень і фотографія

Сьогодні поговоримо про те, що таке випромінювання у фізиці. Розповімо про природу електронних переходів і наведемо електромагнітну шкалу.

Божество і атом

Будова речовини стало предметом інтересу вчених більше двох тисяч років тому. Давньогрецькі філософи ставили собі питання, чим повітря відрізняється від вогню, а земля від води, чому мармур білий, а вугілля чорний. Вони створювали складні системи взаємозалежних компонентів, спростовували або підтримували один одного. А самі незрозумілі явища, наприклад, удар блискавки або схід сонця приписували дії богів.

Одного разу, довгі роки спостерігаючи за ступенями храму, один вчений зауважив: кожна нога, встає на камінь, забирає крихітну частинку речовини. Згодом мармур міняв форму, прогинався посередині. Ім'я цього вченого - Левкіпп, і він назвав найдрібніші частинки атомами, неподільними. З цього почався шлях до вивчення того, що таке випромінювання у фізиці.

Великдень і світло

Потім настали темні часи, науку закинули. Всіх, хто намагався вивчати сили природи, охрестили відьмами і чаклунами. Але, як не дивно, саме релігія дала поштовх до подальшого розвитку науки. Дослідження про те, що таке випромінювання у фізиці, почалося з астрономії.

Час святкування Пасхи обчислювалося в ті часи кожен раз по-різному. Складна система взаємовідносин між днем ​​весняного рівнодення, 26-денним місячним циклом і 7-денний тижнем не дозволяла складати таблиці дат для святкування Пасхи більше ніж на пару років. Але церкви треба було все планувати заздалегідь. Тому Папа Римський Лев X замовив складання більш точних таблиць. Це зажадало ретельно спостереження за рухом Місяця, зірок і Сонця. І врешті-решт Микола Коперник зрозумів: Земля не плоска і не центр всесвіту. Планета - куля, що обертається навколо Сонця. А Місяць - сфера на орбіті Землі. Звичайно, можна запитати: «Яке відношення все це має до того, що таке випромінювання у фізиці?» Зараз розкриємо.

Овал і промінь

Пізніше Кеплер доповнив систему Коперника, встановивши, що планети рухаються по овальним орбітах, і рух це нерівномірний. Але саме той перший крок прищепив людству інтерес до астрономії. А там недалеко було й до питань: «Що таке зірка?», «Чому люди бачать її промені?» і «Чим одне світило відрізняється від іншого?». Але спочатку доведеться перейти від величезних об'єктів до найменших. І потім підійдемо до випромінювання, поняття у фізиці.

Атом і родзинки

В кінці дев'ятнадцятого століття накопичилося достатньо знань про найменших хімічних одиницях речовини - атомах. Було відомо, що вони електронейтральні, але містять як позитивно, так і негативно заряджені елементи.

Припущень висувалося безліч: і що позитивні заряди розподілені в негативному полі, як родзинки в булці, і що атом - це крапля з різнорідно заряджених рідких частин. Але все прояснив досвід Резерфорда. Він довів, що в центрі атома знаходиться позитивне важке ядро, а навколо нього розташовуються легкі негативні електрони. І конфігурація оболонок для кожного атома своя. Тут-то і криються особливості випромінювання у фізиці електронних переходів.

Бор і орбіта

Коли вчені з'ясували, що легкі негативні частини атома - це електрони, постало інше питання - чому вони не падають на ядро. Адже, відповідно до теорії Максвелла, будь-який рухомий заряд випромінює, отже, втрачає енергію. Але атоми існували стільки ж, скільки всесвіт, і не збиралися аннигилировать. На виручку прийшов Бор. Він постулював, що електрони перебувають на деяких стаціонарних орбітах навколо атомного ядра, і перебувати можуть тільки на них. Перехід електрона між орбітами здійснюється ривком з поглинанням або випусканням енергії. Цією енергією може бути, наприклад, квант світла. По суті, ми зараз виклали визначення випромінювання у фізиці елементарних частинок.

Водень і фотографія

Спочатку технологія фотографії була придумана як комерційний проект. Люди хотіли залишитися в століттях, але замовити портрет у художника було не кожному по кишені. А фотографії були дешевими і не вимагали таких великих вкладень. Потім мистецтво скла і нітрату срібла поставило собі на службу військову справу. А потім і наука стала користуватися перевагами світлочутливих матеріалів.

В першу чергу фотографувати стали спектри. Вже давно було відомо, що гарячий водень випускає конкретні лінії. Відстань між ними підпорядковувалося певним законом. Але ось спектр гелію був більш складним: він містив той же набір ліній, що і водень, і ще один. Друга серія вже не підкорялася закону, виведеним для першої серії. Тут на допомогу прийшла теорія Бора.

З'ясувалося, що електрон в атомі водню один, і він може переходити з усіх вищих збуджених орбіт на одну нижню. Це і була перша серія ліній. Більш важкі атоми влаштовані складніше.

Лінза, решітка, спектр

Таким чином було покладено початок застосування випромінювання у фізиці. Спектральний аналіз - один з найпотужніших і надійних способів визначення складу, кількості і структури речовини.

1. Електронний емісійний спектр розповість, що міститься в об'єкті і який відсоток того чи іншого компонента. Цей спосіб використовують абсолютно всі області науки: від біології і медицини до квантової фізики.
2. Спектр поглинання розповість, які іони і на яких позиціях присутні в решітці твердого тіла.
3. Обертальний спектр продемонструє, наскільки далеко знаходяться молекули всередині атома, скільки і яких зв'язків присутній у кожного елемента.

А вже діапазонів застосування електромагнітного випромінювання і не злічити:

• радіохвилі досліджують структуру дуже далеких об'єктів і надра планет;
• теплове випромінюваннярозповість про енергію процесів;
• видиме світло підкаже, в яких напрямках лежать найяскравіші зірки;
• ультрафіолетові промені дадуть зрозуміти, що відбуваються високоенергетичні взаємодії;
• рентгенівський спектр сам по собі дозволяє людям вивчати структуру речовини (в тому числі і людського тіла), а наявність цих променів в космічних об'єктах сповістять вчених, що в фокусі телескопа нейтронна зірка, Спалах наднової або чорна діра.

Абсолютно чорне тіло

Але є особливий розділ, який вивчає, що таке теплове випромінювання в фізиці. На відміну від атомного, теплове випускання світла має безперервний спектр. І найкращим модельним об'єктом для розрахунків є абсолютно чорне тіло. Це такий об'єкт, який «ловить» весь потрапляє на нього світло, але не випускає назад. Як не дивно, абсолютно чорне тіло випромінює, і максимум довжини хвилі буде залежати від температури моделі. У класичній фізиці теплове випромінювання породжувало парадокс Виходило, що будь-яка нагріта річ повинна була випромінювати все більше і більше енергії, поки в ультрафіолетовому діапазоні її енергія не зруйнувала б всесвіт.

Дозволити парадокс зміг Макс Планк. У формулу випромінювання він ввів нову величину, квант. Не надаючи їй особливого фізичного сенсу, Він відкрив цілий світ. Зараз квантування величин - основа сучасної науки. Вчені зрозуміли, що поля і явища складаються з неподільних елементів, квантів. Це призвело до більш глибоким дослідженням матерії. наприклад, сучасний світналежить напівпровідників. Раніше все було просто: метал проводить струм, інші речовини - діелектрики. А речовини типу кремнію і германію (якраз напівпровідники) поводяться незрозуміло по відношенню до електрики. Щоб навчитися управляти їх властивостями, потрібно було створити цілу теорію і розрахувати всі можливості p-nпереходів.

Моноенергетичного іонізуюче випромінювання- іонізуюче випромінювання, що складається з фотонів однакової енергії або частинок одного виду з однаковою кінетичної енергією.

Змішане іонізуюче випромінювання- іонізуюче випромінювання, що складається з частинок різного виду або з частинок і фотонів.

Направлене іонізуюче випромінюванняіонізуюче випромінювання з виділеним напрямком поширення.

Природний фон випромінювання- іонізуюче випромінювання, що створюється космічним випромінюванням і випромінюванням природно розподілених природних радіоактивних речовин (на поверхні Землі, в приземної атмосфері, в продуктах харчування, воді, в організмі людини та ін.).

Фон - іонізуюче випромінювання, що складається з природного фону і іонізуючих випромінювань сторонніх джерел.

космічне випромінювання- іонізуюче випромінювання, яке складається з первинного випромінювання, що надходить з космічного простору, І вторинного випромінювання, що виникає в результаті взаємодії первинного випромінювання з атмосферою.

Вузький пучок випромінювання- така геометрія випромінювання, при якій детектор реєструє тільки нерозсіяних випромінювання джерела.

Широкий пучок випромінювання- така геометрія випромінювання, при якій детектор реєструє нерозсіяних і розсіяне випромінювання джерела.

Поле іонізуючого випромінювання- просторово-часовий розподіл іонізуючого випромінювання в даній середовищі.

Потік іонізуючих частинок (фотонів)- відношення числа іонізуючих частинок (фотонів) dN, що проходять через дану поверхню за інтервал часу dt, до цього інтервалу: F = dN / dt.

Потік енергії частинок- відношення енергії падаючих частинок до інтервалу часу Ψ = d Е / dt.

Щільність потоку іонізуючих частинок (фотонів)- відношення потоку іонізуючих частинок (фотонів) dF

проникаючих в обсяг елементарної сфери, до площі центрального поперечного перерізу dS цієї сфери: φ = dF / dS = d 2 N / dtdS. (Щільність потоку енергії частинок визначається аналогічно).

Флюенсу (перенесення) іонізуючих частинок (фотонів)- відношення числа іонізуючих частинок (фотонів) dN, що проникають в обсяг елементарної сфери, до площі центрального поперечного перерізу dS цієї сфери: Ф = dN / dS.

Енергетичний спектр іонізуючих частинок- розподіл іонізуючих частинок по їх енергії. Ефективна енергія фотонного випромінювання- енергія фотонів такого моноенергетичного фотонного

випромінювання, відносне послаблення якого в поглиначі певного складу і певної товщини те ж саме, що і розглядається немоноенергетіческого фотонного випромінювання.

Гранична енергія спектраβ-випромінювання - найбільша енергія β-частинок в безперервному енергетичному спектрі β-випромінювання даного радіонукліда.

альбедо випромінювання- відношення числа частинок (фотонів), що відбиваються від кордону розділу двох середовищ, до числа частинок (фотонів), що падають на поверхню розділу.

запізнюється випромінювання: Частки, що випромінюються продуктами розпаду, на відміну від частинок (нейтронів і гамма - променів), що виникають безпосередньо в момент поділу.

Іонізація в газах:відрив від атома або молекули газу одного або декількох електронів. В результаті іонізації в газі виникають вільні носії заряду (електрони і іони) і він набуває здатності проводити електричний струм.

Термін «випромінювання» охоплює діапазон електромагнітних хвиль, Включаючи видимий спектр, інфрачервону і ультрафіолетову області, а також радіохвилі, електричний струм і іонізуюче випромінювання. Вся несхожість цих явищ обумовлена ​​лише частотою (довжиною хвилі) випромінювання. Іонізуюче випромінювання може становити небезпеку для здоров'я людини. І онізірующее випромінювання(Радіація) - вид випромінювання, який змінює фізичний стан атомів або атомних ядер, перетворюючи їх в електрично заряджені іони або продукти ядерних реакцій. При певних обставинах присутність таких іонів або продуктів ядерних реакцій в тканинах організму може змінювати перебіг процесів в клітинах і молекулах, а при накопиченні цих подій може порушити хід біологічних реакцій в організмі, тобто становити небезпеку для здоров'я людей.

2. ВИДИ ВИПРОМІНЮВАНЬ

Розрізняють корпускулярне випромінювання, що складається з частинок з масою відмінною від нуля, і електромагнітне (фотонное) випромінювання.

2.1. корпускулярне випромінювання

До корпускулярного іонізуючого випромінювання відносять альфа-випромінювання, електронне, протонне, нейтронне і мезонне випромінювання. Корпускулярне випромінювання, що складається з потоку заряджених частинок (α-, β-частинок, протонів, електронів), кінетична енергія яких достатня для іонізації атомів при

зіткненні, відноситься до класу безпосередньо іонізуючого випромінювання. Нейтрони та інші елементарні частинки безпосередньо не виробляють іонізацію, але в процесі взаємодії з середовищем вивільняють заряджені частинки (електрони, протони), здатні іонізувати атоми і молекули середовища, через яку проходять.

Відповідно, корпускулярне випромінювання, що складається з потоку незаряджених частинок, називають побічно іонізуючим випромінюванням.

Рис.1. Схема розпаду 212 Bi.

2.1.1 Альфа-випромінювання

Альфа частинки (α - частинки) - ядра атома гелію, що випускаються при α - розпад деякими радіоактивними атомами. α - частка складається з двох протонів і двох нейтронів.

Альфа випромінювання - потік ядер атомів гелію (позитивно заряджених і

щодо важких частинок).

Природне альфа-випромінювання як результат радіоактивного розпаду ядра, характерно для нестійких ядер важких елементів, починаючи з атомного номера більше 83, тобто для природних радіонуклідів рядів урану, і торію, а також, для отриманих штучним шляхом трансуранових елементів.

Типова схема α-розпаду природного радіонукліда представлена ​​на Рис.1, а енергетичний спектр α-частинок, що утворюються при розпаді радіонукліда - на

Рис.2.

Рис.2 Енергетичний спектр α-частинок

Можливість α- розпаду пов'язана з тим, що маса (а, значить, і сумарна енергія іонів) α- радіоактивного ядра більше суми мас α- частинки і утворюється після α- розпаду дочірнього ядра. Надлишок енергії вихідного (материнського) ядра звільняється у формі кінетичної енергії α- частинки і віддачі дочірнього ядра. α- частинки являють собою позитивно заряджені ядра гелію - 2 Не4 і вилітають з ядра зі швидкістю 15-20 тис. км / сек. На своєму шляху вони виробляють сильну іонізацію середовища,

вириваючи електрони з орбіт атомів.

Пробіг α- частинок в повітрі близько 5-8 см, у воді - 30-50 мікрон, в металах - 10-20 мікрон. При іонізації α- променями спостерігаються хімічні зміни речовини, і порушується кристалічна структура твердих тіл. Так як між α- часткою і ядром існує електростатичне відштовхування, ймовірність ядерних реакцій під дією α- частинок природних радіонуклідів (максимальна енергія 8,78 МеВ у 214 Ро) дуже мала, і спостерігається лише на легких ядрах (Li, Ве, В, С , N, Na, Al) з утворенням радіоактивних ізотопів і вільних нейтронів.

2.1.2 Протонне випромінювання

протонне випромінювання- випромінювання, що утворюється в процесі мимовільного розпаду нейтроннодефіцітних атомних ядер або як вихідний пучок іонного прискорювача (наприклад, сінхрофазоторона).

2.1.3 Нейтронне випромінювання

Нейтронне випромінювання -потік нейтронів, які перетворять свою енергію в пружних і непружних взаємодіях з ядрами атомів. При непружних взаємодіях виникає вторинне випромінювання, яке може складатися як із заряджених частинок, так і з гамма-квантів (гамма-випромінювання). При пружних взаємодіях можлива звичайна іонізація речовини.

Джерелами нейтронного випромінювання є: спонтанно діляться радіонукліди; спеціально виготовлені радіонуклідні джерела нейтронів; прискорювачі електронів, протонів, іонів; ядерні реактори; космічне випромінювання.

З точки зору біологічногоНейтрони утворюються в ядерних реакціях (в ядерних реакторах і в інших промислових і лабораторних установках, а також при ядерних вибухах).

Нейтрони не володіють електричним зарядом. Умовно нейтрони в залежності від кінетичної енергії поділяються на швидкі (до 10 МеВ), надшвидкі, проміжні, повільні і теплові. Нейтронне випромінювання має велику проникаючу здатність. Повільні і теплові нейтрони вступають в ядерні реакції, в результаті можуть утворюватися стабільні або радіоактивні ізотопи.

Вільний нейтрон - це нестабільна, електрично нейтральна частинка з наступними

властивостями:

	Заряд (e - заряд електрона)			qn = (-0,4 ± 1,1) · 10-21 е
					939,56533 ± 0,00004 МеВ,
	в атомних одиницях			+1,00866491578 ± +0,00000000055 а.е.м.
	Різниця мас нейтрона і протона			mn - mp = 1,2933318 ± 0,0000005 МеВ,
	в атомних одиницях			+0,0013884489 ± +0,0000000006 а.е.м.
	Час життя			tn = 885,4 ± 0,9stat ± 0,4syst з
	магнітний момент			mn = -1,9130427 ± 0,0000005 mN
	Електричний дипольний момент			dn< 0,63·10-25 e ·см (CL=90%)
	електрична поляризованість
				an = (	) · 10-3 Фм 3

Ці властивості нейтрона дозволяють використовувати його, з одного боку, як об'єкт, який вивчається і, з іншого боку, як інструмент, за допомогою якого ведуться дослідження. У першому випадку досліджуються унікальні властивості нейтрона, що є актуальним і дає можливість найбільш надійно і точно визначити фундаментальні параметри електрослабкої взаємодії і, тим самим або підтвердити, або спростувати Стандартну модель. Наявність магнітного моменту у нейтрона вже свідчить про його складну структуру, тобто його "Неелементарні". У другому випадку взаємодія неполяризована і поляризованих нейтронів різних енергій з ядрами дозволяє їх використовувати в фізиці ядра і елементарних частинок. Вивчення ефектів порушення просторової парності і інваріантності щодо звернення часу в різних процесах - від нейтронної оптики до поділу ядер нейтронами - це далеко не повний перелік найбільш актуальних зараз напрямків досліджень.

Той факт, що реакторні нейтрони теплових енергій мають довжини хвиль, які можна порівняти з міжатомними відстанями в речовині, робить їх незамінним інструментом для дослідження конденсованих середовищ. Взаємодія нейтронів з атомами є порівняно слабким, що дозволяє нейтронам досить глибоко проникати в речовину - в цьому їх суттєва перевага в порівнянні з рентгенівськими і γ - променями, а також пучками заряджених частинок. через наявність маси нейтрони при тому ж імпульсі (отже, при тій же довжині хвилі) мають значно меншою енергією, ніж рентгенівські і γ - промені, і ця енергія виявляється порівнянної з енергією теплових коливань атомів і молекул в речовині, що дає можливість вивчати не тільки усереднену статичну атомну структуру речовини, а й динамічні процеси, що в ньому відбуваються. Наявність магнітного моменту у нейтронів дозволяє використовувати їх для вивчення магнітної структури і магнітних збуджень речовини, що дуже важливо для розуміння властивостей і природи магнетизму матеріалів.

Розсіювання нейтронів атомами обумовлено, в основному, ядерними силами, Отже перетину їх когерентного розсіювання ніяк не пов'язані з атомним номером (на відміну від рентгенівських і γ-променів). Тому опромінення матеріалів нейтронами дозволяє розрізняти положення атомів легких (водень, кисень і ін.) Елементів, ідентифікація яких майже неможлива з використанням рентгенівських і γ - променів. З цієї причини нейтрони успішно застосовуються при вивченні біологічних об'єктів, в матеріалознавстві, в медицині та ін. Областях. Крім того, відмінність в перетинах розсіювання нейтронів у різних ізотопів дозволяє не тільки відрізняти в матеріалі елементи з близькими атомними номерами, а й досліджувати їх ізотопний склад. Наявність ізотопів з негативною амплітудою когерентного розсіювання дає унікальну можливість контрастування досліджуваних середовищ, що також дуже часто використовують в біології та медицині.

когерентне розсіювання- розсіювання випромінювання зі збереженням частоти і з фазою, що відрізняється на π від фази первинного випромінювання. Розсіяна хвиля може интерферировать з падаючою хвилею або іншими когерентно розсіяними хвилями.

Іонізуюче випромінювання (далі - ІІ) - це випромінювання, взаємодія якого з речовиною призводить до іонізації атомів і молекул, тобто це взаємодія призводить до порушення атома і відриву окремих електронів (негативно заряджених частинок) з атомних оболонок. В результаті, позбавлений одного чи декількох електронів, атом перетворюється в позитивно заряджений іон - відбувається первинна іонізація. До ІІ відносять електромагнітне випромінювання (гамма-випромінювання) і потоки заряджених і нейтральних частинок - корпускулярне випромінювання (альфа-випромінювання, бета-випромінювання, а також нейтронне випромінювання).

Альфа-випромінюваннявідноситься до корпускулярним випромінюванням. Це потік важких позитивно заряджених а-частинок (ядер атомів гелію), що виникає в результаті розпаду атомів важких елементів, таких як уран, радій і торій. Оскільки частки важкі, то пробіг альфа-частинок в речовині (тобто шлях, на якому вони виробляють іонізацію) виявляється дуже коротким: соті частки міліметра в біологічних середовищах, 2,5-8 см в повітрі. Таким чином, затримати ці частинки здатний звичайний аркуш паперу або зовнішній омертвів шар шкіри.

Однак речовини, що випускають альфа-частинки, є довгоживучими. В результаті попадання таких речовин всередину організму з їжею, повітрям або через поранення, вони розносяться по тілу потоком крові, депонуються в органах, які відповідають за обмін речовин і захист організму (наприклад, селезінка або лімфатичні вузли), викликаючи, таким чином, внутрішнє опромінення організму . Небезпека такого внутрішнього опромінення організму висока, тому що ці альфа-частинки створюють дуже велику кількість іонів (до декількох тисяч пар іонів на 1 мікрон шляху в тканинах). Іонізація, в свою чергу, обумовлює ряд особливостей тих хімічних реакцій, Які протікають в речовині, зокрема, в живій тканині (утворення сильних окислювачів, вільного водню і кисню та ін.).

Бета-випромінювання(Бета-промені, або потік бета-частинок) також відноситься до корпускулярного типу випромінювання. Це потік електронів (β - випромінювання, або, найчастіше, просто β-випромінювання) або позитронів (β +-випромінювання), що випускаються при радіоактивному бета-розпад ядер деяких атомів. Електрони або позитрони утворюються в ядрі при перетворенні нейтрона в протон або протона в нейтрон відповідно.

Електрони значно менше альфа-частинок і можуть проникати вглиб речовини (тіла) на 10-15 сантиметрів (пор. З сотими частками міліметра у а-частинок). При проходженні через речовину бета-випромінювання взаємодіє з електронами і ядрами його атомів, витрачаючи на це свою енергію і сповільнюючи рух аж до повної зупинки. Завдяки таким властивостям для захисту від бета-випромінювання досить мати відповідної товщини екран з органічного скла. На цих же властивостях грунтується застосування бета-випромінювання в медицині для поверхневої, внутритканевой і внутрішньопорожнинної променевої терапії.

нейтронне випромінювання- ще один вид корпускулярного типу випромінювань. Нейтронне випромінювання являє собою потік нейтронів (елементарних частинок, які не мають електричного заряду). Нейтрони не мають іонізуючого дії, проте вельми значний іонізуючий ефект відбувається за рахунок пружного і непружного розсіювання на ядрах речовини.

Опромінювані нейтронами речовини можуть набувати радіоактивні властивості, тобто отримувати так звану наведену радіоактивність. Нейтронне випромінювання утворюється при роботі прискорювачів елементарних частинок, в ядерних реакторах, промислових і лабораторних установках, при ядерних вибухах і т. Д. Нейтронне випромінювання володіє найбільшою проникаючою здатністю. Кращими для захисту від нейтронного випромінювання є водородсодержащие матеріали.

Гамма випромінювання і рентгенівське випромінюваннявідносяться до електромагнітних випромінювань.

Принципова різниця між двома цими видами випромінювання полягає в механізмі їх виникнення. Рентгенівське випромінювання - внеядерная походження, гамма випромінювання - продукт розпаду ядер.

Рентгенівське випромінювання, відкрито в 1895 році фізиком Рентгеном. Це невидиме випромінювання, здатне проникати, хоча і в різному ступені, в усі речовини. Являє собою електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі порядку від - від 10 -12 до 10 -7. Джерело рентгенівських променів - рентгенівська трубка, деякі радіонукліди (наприклад, бета-випромінювачі), прискорювачі і накопичувачі електронів (синхротронне випромінювання).

У рентгенівській трубці є два електроди - катод і анод (негативний і позитивний електроди відповідно). При нагріванні катода відбувається електронна емісія (явище випускання електронів поверхнею твердого тіла або рідини). Електрони, що вилітають з катода, прискорюються електричним полем і вдаряються об поверхню анода, де відбувається їх різке гальмування, внаслідок чого виникає рентгенівське випромінювання. Як і видиме світло, рентгенівське випромінювання викликає почорніння фотоплівки. Це одне його з властивостей, основне для медицини - то, що воно є проникаючим випромінюванням і відповідно пацієнта можна просвічувати з його допомогою, а тому різні по щільності тканини по-різному поглинають рентгенівське випромінювання - то ми можемо діагностувати на ранній стадії багато видів захворювань внутрішніх органів.

Гамма випромінювання має внутрішньоядерні походження. Воно виникає при розпаді радіоактивних ядер, переході ядер із збудженого стану в основний, при взаємодії швидких заряджених частинок з речовиною, анігіляції електронно-позитронних пар і т.д.

Висока проникаюча здатність гамма-випромінювання пояснюється малою довжиною хвилі. Для ослаблення потоку гамма-випромінювання використовуються речовини, що відрізняються значним масовим числом (свинець, вольфрам, уран і ін.) І всілякі склади високої щільності (різні бетони з наповнювачами з металу).

Раніше люди, щоб пояснити те, що вони не розуміють, придумували різні фантастичні речі - міфи, богів, релігію, чарівних істот. І хоча в ці забобони все ще вірить велика кількість людей, зараз нам відомо, що у всього є своє пояснення. Однією з найбільш цікавих, таємничих і дивовижних тим є випромінювання. Що воно собою являє? Які його види існують? Що таке випромінювання у фізиці? Як воно поглинається? Чи можна захиститися від випромінювання?

Загальна інформація

Отже, виділяють наступні види випромінювань: хвильовий рух середовища, корпускулярне і електромагнітне. Найбільшу увагу буде приділено останньому. Щодо хвильового руху середовища можна сказати, що воно виникає як результат механічного руху певного об'єкта, що викликає послідовне розрідження або стиснення середовища. Як приклад можна привести інфразвук або ультразвук. Корпускулярне випромінювання - це потік атомних частинок, таких як електрони, позитрони, протони, нейтрони, альфа, що супроводжується природним і штучним розпадом ядер. Про ці два поки і поговоримо.

вплив

Розглянемо сонячне випромінювання. Це потужний оздоровчий і профілактичний чинник. Сукупність супутніх фізіологічних і біохімічних реакцій, що протікають за участю світла, назвали фотобіологічні процесами. Вони беруть участь в синтезі біологічно важливих сполук, служать для отримання інформації та орієнтації в просторі (зір), а також можуть викликати шкідливі наслідки, як то поява шкідливих мутацій, руйнування вітамінів, ферментів, білків.

Про електромагнітне випромінювання

Надалі стаття буде присвячена виключно нього. Що таке випромінювання у фізиці робить, як впливає на нас? ЕМІ представляє собою електромагнітні хвилі, що випускаються зарядженими молекулами, атомами, частками. Як крупні джерел можуть виступати антени або інші випромінюють системи. Довжина хвилі випромінювання (частота коливання) разом з джерел надає вирішальне значення. Так, в залежності від цих параметрів виділяють гамма, рентгенівське, оптичне випромінювання. Останнє ділиться на цілий ряд інших підвидів. Так, це інфрачервоне, ультрафіолетове, радіовипромінювання, а також світло. Діапазон знаходиться в межах до 10 -13. Гамма-випромінювання генерують порушені атомні ядра. Рентгенівські промені можна отримати при гальмуванні прискорених електронів, а також при їх переході не вільні рівні. Радіохвилі залишають свій слід під час руху по провідникам випромінюючих систем (наприклад, антен) змінних електричних струмів.

Про ультрафіолетовому випромінюванні

У біологічному відношенні найбільш активними є УФ-промені. При попаданні на шкіру вони можуть викликати місцеві зміни тканинних і клітинних білків. Крім цього, фіксується вплив на рецептори шкіри. Воно рефлекторним шляхом впливає на весь організм. Оскільки це неспецифічний стимулятор фізіологічних функцій, то він сприятливо впливає на імунну систему організму, а також на мінеральний, білковий, вуглеводний і жировий обмін. Все це проявляється у вигляді загальнооздоровчого, тонізуючого і профілактичної дії сонячного випромінювання. Слід згадати і про окремі специфічні властивості, що є у певного діапазону хвиль. Так, вплив випромінювань на людину при довжині від 320 до 400 нанометрів сприяє Еритемний-загарного дії. При діапазоні від 275 до 320 нм фіксуються слабо бактерицидний і антирахітичний ефекти. А ось ультрафіолетове випромінювання від 180 до 275 нм пошкоджує біологічну тканину. Тому, слід дотримуватися обережності. Тривале пряме сонячне випромінювання навіть в безпечному діапазоні може призвести до вираженої еритеми з набряками шкірного покриву і суттєвого погіршення стану здоров'я. Аж до підвищення ймовірності розвитку раку шкіри.

Реакція на сонячне світло

В першу чергу слід згадати інфрачервоне випромінювання. На організм воно надає тепловий вплив, що залежить від ступеня поглинання променів шкірою. Для характеристики його впливу використовується слово «опік». Видимий спектр впливає на зоровий аналізатор та функціональний стан центральної нервової системи. А за допомогою ЦНС і на всі системи і органи людини. Слід зазначити, що на нас впливає не тільки ступінь освітленості, але і колірна гамма сонячного світла, тобто, весь спектр випромінювання. Так, від довжини хвилі залежить кольоровідчуття і виявляється вплив на нашу емоційну діяльність, а також функціонування різних систем організму.

Червоний колір збуджує психіку, посилює емоції і дарує відчуття тепла. Але він швидко стомлює, сприяє напрузі мускулатури, почастішання дихання і підвищення артеріального тиску. Помаранчевий колір викликає відчуття благополуччя і веселощів, жовтий піднімає настрій і стимулює нервову системуі зір. Зелений заспокоює, корисний під час безсоння, при перевтомі, підвищує загальний тонус організму. Фіолетовий колір надає розслабляючу вплив на психіку. Блакитний заспокоює нервову систему і підтримує м'язи в тонусі.

невеликий відступ

Чому розглядаючи, що таке випромінювання у фізиці, ми говоримо переважно для ЕМІ? Справа в тому, що саме його в більшості випадків і мають на увазі, коли звертаються до теми. Те ж корпускулярне випромінювання і хвильовий рух середовища є на порядок менш масштабним і відомим. Дуже часто, коли говорять про види випромінювань, то мають на увазі виключно ті, на які ділиться ЕМІ, що в корені не вірно. Адже кажучи про те, що таке випромінювання у фізиці, слід приділяти увагу всім аспектам. Але одночасно робиться наголос саме на найбільш важливих моментах.

Про джерела випромінювання

Продовжуємо розглядати електромагнітне випромінювання. Ми знаємо, що воно собою являє хвилі, що виникають при обуренні електричного або магнітного поля. Цей процес сучасної фізикою трактується з точки зору теорії корпускулярно-хвильового дуалізму. Так визнається, що мінімальна порція ЕМІ - це квант. Але разом з цим вважається, що у нього є і частотно-хвильові властивості, від яких залежать основні характеристики. Для поліпшення можливостей класифікації джерел виділяють різні спектри випромінювання частот ЕМІ. Так це:

1. Жорстке випромінювання (іонізоване);
2. Оптичне (видиме оком);
3. Теплове (воно ж інфрачервоне);
4. Бездротовий.

Частина з них вже була розглянута. Кожен спектр випромінювання володіє своїми унікальними характеристиками.

природа джерел

Залежно від свого походження, електромагнітні хвилі можуть виникати в двох випадках:

1. Коли спостерігається обурення штучного походження.
2. Реєстрація випромінювання, що йде від природного джерела.

Що можна сказати про перші? Штучні джерела найчастіше представляють собою побічне явище, що виникає внаслідок роботи різних електричних приладів і механізмів. Випромінювання природного походження генерує магнітне поле Землі, електропроцесси в атмосфері планети, ядерний синтез в надрах сонця. Від рівня потужності джерела залежить ступінь напруженості електромагнітного поля. Умовно, випромінювання, що реєструється, поділяють на низкоуровневое і високорівневе. В якості перших можна привести:

1. Практично всі пристрої, обладнані ЕПТ дисплеєм (як, приклад, комп'ютер).
2. Різноманітна побутова техніка, починаючи від кліматичних систем і закінчуючи прасками;
3. Інженерні системи, що забезпечують подачу електроенергії до різних об'єктів. Як приклад можна привести кабель електропередач, розетки, електролічильники.

Високорівневим електромагнітним випромінюванням володіють:

1. Лінії електропередач.
2. Весь електротранспорт і його інфраструктура.
3. Радіо- і телевежі, а також станції мобільного і пересувний зв'язку.
4. Ліфти і інше підйомне устаткування, де застосовуються електромеханічні силові установки.
5. Прилади перетворення напруги в мережі (хвилі, які виходять від розподіляє підстанції або трансформатора).

Окремо виділяють спеціальне обладнання, що використовується в медицині і випускає жорстке випромінювання. Як приклад можна привести МРТ, рентгенівські апарати тощо.

Вплив електромагнітних полів на людину

В ході численних досліджень вчені прийшли до сумного висновку - тривалий вплив ЕМВ сприяє справжнього вибуху хвороб. При цьому багато порушення відбуваються на генетичному рівні. Тому актуальною є захист від електромагнітного випромінювання. Це відбувається через те, що ЕМВ має високим рівнембіологічної активності. При цьому результат впливу залежить від:

1. Характеру випромінювання.
2. Тривалості та інтенсивності впливу.

Специфічні моменти впливу

Все залежить від локалізації. Поглинання випромінювання може бути місцевим або загальним. Як приклад другого випадку можна привести ефект, що надають лінії електропередачі. Як приклад місцевого впливу можна привести електромагнітні хвилі, що випускають електронні годинники або мобільний телефон. Слід згадати і про термальне вплив. За рахунок вібрації молекул енергія поля перетворюється в тепло. За цим принципом працюють СВЧ випромінювачі, що використовуються для нагрівання різних речовин. Слід зазначити, що при впливі на людину, термальний ефект завжди є негативним, і навіть згубним. Слід зазначити, що ми постійно опромінюють. На виробництві, вдома, переміщаючись по місту. Згодом негативний ефект тільки посилюється. Тому, все актуальнішою стає захист від електромагнітного випромінювання.

Як же можна убезпечити себе?

Спочатку необхідно знати, з чим доводиться мати справу. У цьому допоможе спеціальний прилад для вимірювання випромінювання. Він дозволить оцінити ситуацію з безпекою. На виробництві для захисту використовуються поглинають екрани. Але, на жаль, на використання в домашніх умовах вони не розраховані. В якості початку можна дотримуватися три рекомендації:

1. Слід перебувати на безпечній відстані від пристроїв. Для ЛЕП, теле- і радіовишек це як мінімум 25 метрів. З ЕПТ моніторами і телевізорами досить тридцяти сантиметрів. Електронний годинник повинні бути не ближче 5 см. А радіо і стільникові телефони не рекомендується підносити ближче, ніж на 2,5 сантиметра. Підібрати місце можна за допомогою спеціального приладу - флюксметра. Допустима доза випромінювання, що фіксується ним, не повинна перевищувати 0,2мкТл.
2. Намагайтеся скоротити час, коли доводиться опромінюватись.
3. Завжди слід вимикати невикористовувані електроприлади. Адже навіть будучи неактивними, вони продовжують випускати ЕМІ.

Про тихому вбивці

І завершимо статтю важливою, хоча і досить слабо відомої в широких колах темою - радіаційним випромінюванням. Протягом всього свого життя, розвитку і існування, людина опромінювався природним природним фоном. Природне радіаційне випромінювання може бути умовно поділено на зовнішнє і внутрішнє опромінення. До першого належать космічне випромінювання, сонячна радіація, вплив земної кориі повітря. Навіть будівельні матеріали, з яких створюються будинки і споруди, генерують певний фон.

Радіаційне випромінювання володіє значною проникаючою силою, тому зупинити його проблематично. Так, щоб повністю ізолювати промені, необхідно сховатися за стіною зі свинцю, товщиною в 80 сантиметрів. Внутрішнє опромінення виникає в тих випадках, коли природні радіоактивні речовини потрапляють всередину організму разом з продуктами харчування, повітрям, водою. У земних надрах можна знайти радон, торону, уран, торій, рубідій, радій. Всі вони поглинаються рослинами, можуть бути у воді - і при вживанні харчових продуктів потрапляють в наш організм.

Випромінювання, в самому Загалом вигляді, Можна уявити собі як виникнення і поширення хвиль, що приводить до обурення поля. Поширення енергії виражається у вигляді електромагнітного, іонізуючого, гравітаційного випромінювань і випромінювання по Хокингу. Електромагнітні хвилі - це обурення електромагнітного поля. Вони бувають радіохвильовими, інфрачервоними (теплове випромінювання), терагерцовий, ультрафіолетовими, рентгенівськими і видимими (оптичними). Електромагнітна хвиля має властивість поширюватися в будь-яких середовищах. Характеристиками електромагнітного випромінювання є частота, поляризація і довжина. Найбільш професійно і глибоко природу електромагнітного випромінювання вивчає наука квантова електродинаміка. Вона дозволила підтвердити ряд теорій, які широко використовуються в різних областяхзнань. Особливості електромагнітних хвиль: взаємна перпендикулярність трьох векторів - хвильового, і напруженості електричного поля і магнітного поля; хвилі є поперечними, а вектора напруженості в них роблять коливання перпендикулярно напрямку її поширення.

Теплове ж випромінювання виникає за рахунок внутрішньої енергії самого тіла. Теплове випромінювання - це випромінювання суцільного спектра, максимум якого відповідає температурі тіла. Якщо випромінювання і речовина термодінамічни, випромінювання - рівноважний. Це описує закон Планка. Але на практиці термодинамічна рівновага порушується. Так більш гарячого тіла властиво остигати, а більш холодному, навпаки, нагріватися. Дане взаємодія визначено в законі Кирхгофа. Таким чином, тіла володіють поглинанням і відображає. Іонізуюче випромінювання - це мікрочастинки і поля, що мають здатність іонізувати речовину. До нього відносять: рентген і радіоактивне випромінювання з альфа, бета і гамма променями. При цьому ренгеновскіх випромінювання і гамма-промені є короткохвильовими. А бета і альфа частинки є потоками частинок. Існують природні і штучні джерела іонізації. У природі це: розпад радіонуклідів, промені космосу, термоядерна реакція на Сонці. Штучні це: випромінювання рентгенівського апарату, ядерні реактори і штучні радіонукліди. У побуті використовуються спеціальні датчики і дозиметри радіоактивного випромінювання. Всім відомий Лічильник Гейгера здатний ідентифікувати коректно тільки гамма-промені. У науці ж використовуються сцинтилятори, які відмінно поділяють промені по енергіях.

Гравітаційним вважається випромінювання, в якому обурення просторово тимчасового поля відбувається зі швидкістю світла. У загальній теорії відносності гравітаційне випромінювання обумовлено рівняннями Ейнштейна. Що характерно, гравітація властива будь-якої матерії, яка рухається прискорено. Але ось велику амплітуду гравітаційної хвилі може надати тільки випромінювати велику масу. Зазвичай же гравітаційні хвилі дуже слабкі. Прилад, здатний їх зареєструвати, - це детектор. Випромінювання Хокінга ж являє собою скоріше гіпотетичну можливість випускати частинки чорною дірою. Ці процеси вивчає квантова фізика. Відповідно до цієї теорії чорна діра тільки поглинає матерію до певного моменту. При обліку квантових моментів виходить, що вона здатна випромінювати елементарні частинки.