Radiatsiya - Radiation

Uch xil tipdagi nisbiy qobiliyatlarning tasviri ionlashtiruvchi nurlanish qattiq moddaga kirib borish. Odatda alfa zarralari (a) varaq bilan to'xtatiladi, beta zarralari (g) alyuminiy plastinka bilan to'xtatiladi. Gamma nurlanishi (γ) qo'rg'oshin ichiga kirganda namlanadi. Ushbu soddalashtirilgan diagramma haqida matndagi ogohlantirishlarga e'tibor bering.^{[tushuntirish kerak ]}

Xavfsiz bo'lgan radiatsiya turlari va darajalari uchun xalqaro belgi ekranlanmagan odamlar. Radiatsiya, umuman olganda, yorug'lik va tovush kabi butun tabiatda mavjud.

Yilda fizika, nurlanish ning emissiyasi yoki uzatilishi hisoblanadi energiya shaklida to'lqinlar yoki zarralar kosmik yoki moddiy vosita orqali.^[1][2] Bunga quyidagilar kiradi:

• elektromagnit nurlanish, kabi radio to'lqinlari, mikroto'lqinli pechlar, infraqizil, ko'rinadigan yorug'lik, ultrabinafsha, rentgen nurlari va gamma nurlanishi (γ)
• zarrachalar nurlanishi, kabi alfa nurlanishi (a), beta radiatsiya (β), proton nurlanishi va neytron nurlanishi (nolga teng bo'lmagan tinchlik energiyasining zarralari)
• akustik kabi radiatsiya ultratovush, tovush va seysmik to'lqinlar (jismoniy narsaga bog'liq uzatish vositasi )
• gravitatsion nurlanish, tortishish to'lqinlari yoki bo'shliq egriligidagi to'lqinlar ko'rinishidagi nurlanish.

Radiatsiya ko'pincha ikkiga bo'linadi ionlashtiruvchi yoki ionlashtirmaydigan nurli zarrachalarning energiyasiga bog'liq. Ionlashtiruvchi nurlanish 10 dan oshadi eV, bu etarli ionlashtirmoq atomlari va molekulalari va sinishi kimyoviy aloqalar. Bu tirik organizmlar uchun zararli katta farq tufayli muhim farq. Ionlashtiruvchi nurlanishning keng tarqalgan manbai radioaktiv materiallar a, b, yoki chiqaradigan moddalar γ nurlanish iborat geliy yadrolari, elektronlar yoki pozitronlar va fotonlar navbati bilan. Boshqa manbalarga quyidagilar kiradi X-nurlari tibbiyotdan rentgenografiya imtihonlar va muonlar, mezonlar, pozitronlar, neytronlar va ikkilamchi bo'lgan boshqa zarralar kosmik nurlar birlamchi kosmik nurlar o'zaro ta'sirlashgandan keyin hosil bo'ladi Yer atmosferasi.

Gamma nurlari, rentgen nurlari va ultrabinafsha nurlarining yuqori energiya diapazoni ionning ionlashtiruvchi qismini tashkil etadi elektromagnit spektr. "Ionizatsiya" so'zi bir yoki bir nechta elektronning atomdan uzilishini anglatadi, bu harakat ushbu elektromagnit to'lqinlar beradigan nisbatan yuqori energiyani talab qiladi. Spektrdan pastga qarab, pastki ultrabinafsha spektrning ionlashtirmaydigan pastki energiyalari atomlarni ionlashtira olmaydi, lekin molekulalarni hosil qiladigan atomlararo bog'lanishlarni buzishi va shu bilan atomlarni emas, balki molekulalarni parchalashi mumkin; bunga yaxshi misol quyosh yonishi uzoq sabab bo'lganto'lqin uzunligi quyosh ultrabinafsha. Ko'zga ko'rinadigan yorug'lik, infraqizil va mikroto'lqinli chastotalardagi ultrabinafsha nurlaridan uzunroq to'lqinlar bog'lanishlarni uzolmaydi, lekin bog'lanishlarda tebranishlarni keltirib chiqaradi. issiqlik. Radio to'lqinlarining uzunligi va undan pastligi odatda biologik tizimlar uchun zararli hisoblanadi. Bu energiyalarning keskin chegaralanishi emas; o'ziga xos ta'sirida bir-birining ustiga chiqish bor chastotalar.^[3]

Radiatsiya so'zi to'lqinlar hodisasidan kelib chiqadi nurli (ya'ni tashqi tomonga barcha yo'nalishlarda sayohat qilish) manbadan. Bu jihat tizimiga olib keladi o'lchovlar va jismoniy birliklar nurlanishning barcha turlariga taalluqli. Bunday nurlanish kosmosdan o'tayotganda kengayib boradi va uning energiyasi saqlanib qolganda (vakuumda), nurlanishning barcha turlarining intensivligi nuqta manbai quyidagicha teskari kvadrat qonun uning manbasidan masofaga nisbatan. Har qanday ideal qonun singari, teskari kvadrat qonuni o'lchangan nurlanish intensivligini manba geometrik nuqtaga yaqinlashadigan darajada yaqinlashtiradi.

Ionlashtiruvchi nurlanish

Ba'zi turlari ionlashtiruvchi nurlanishni a bulutli kamera.

Etarli darajada yuqori energiya bilan nurlanish mumkin ionlashtirmoq atomlar; ya'ni uni taqillatishi mumkin elektronlar ionlardan hosil bo'ladigan atomlardan Ionlanish atomni aniq musbat zaryad bilan qoldiradigan atomning elektron qobig'idan elektronni ajratganda (yoki "urib tushirilganda") sodir bo'ladi. Chunki yashash hujayralar va bundan ham muhimi, ushbu ionlash natijasida hujayralardagi DNK buzilishi mumkin, ionlashtiruvchi nurlanish ta'sir qilish xavfini oshiradi saraton. Shunday qilib, "ionlashtiruvchi nurlanish" biologik shikastlanish uchun katta imkoniyatlari tufayli zarracha nurlanishidan va elektromagnit nurlanishdan sun'iy ravishda ajratib olinadi. Shaxsiy hujayradan yasalgan bo'lsa-da trillionlab atomlarning faqat kichik bir qismi past va o'rtacha nurlanish kuchlarida ionlashtiriladi. Ionlashtiruvchi nurlanishning saraton kasalligini keltirib chiqarish ehtimoli bog'liqdir so'rilgan doz nurlanishning zararli tendentsiyasining funktsiyasi (vaekvivalent dozasi ) va nurlangan organizm yoki to'qimalarning sezgirligi (samarali doz ).

Agar ionlashtiruvchi nurlanish manbai radioaktiv material yoki shunga o'xshash yadro jarayoni bo'lsa bo'linish yoki birlashma, u yerda zarrachalar nurlanishi ko'rib chiqish. Zarrachalar nurlanishi subatomik zarracha ga tezlashdi relyativistik tezliklar yadroviy reaktsiyalar bilan. Ular tufayli momenta ular elektronlarni va ionlashtiruvchi materiallarni urib tushirishga qodir, ammo ko'plari elektr zaryadiga ega bo'lgani uchun, ular ionlashtiruvchi nurlanishning kirish kuchiga ega emaslar. Istisno neytron zarralari; pastga qarang. Bu zarrachalarning bir necha xil turlari mavjud, ammo ularning aksariyati alfa zarralari, beta-zarralar, neytronlar va protonlar. Taxminan aytganda, energiyasi 10 dan yuqori bo'lgan fotonlar va zarralar elektron volt (eV) ionlashtiruvchi (ba'zi vakillar suv uchun ionlanish energiyasidan 33 ev, foydalanadi). Radioaktiv moddadan yoki kosmik nurlardan zarracha nurlanishi deyarli har doim ionlashtiruvchi energiya oladi.

Ionlashtiruvchi nurlanishning aksariyati radioaktiv materiallar va kosmosdan (kosmik nurlar) kelib chiqadi va tabiiy ravishda tabiiy ravishda mavjud, chunki ko'pgina toshlar va tuproqlarda radioaktiv materiallar oz miqdordagi konsentratsiyaga ega. Ushbu nurlanish ko'zga ko'rinmas va inson sezgi organlari tomonidan bevosita aniqlanmagani uchun, masalan, asboblar Geyger taymerlari uning mavjudligini aniqlash uchun odatda talab qilinadi. Ba'zi hollarda, masalan, uning materiya bilan o'zaro ta'sirida ko'rinadigan yorug'likning ikkilamchi emissiyasini keltirib chiqarishi mumkin Cherenkov nurlanishi va radio-luminesans.

Radioaktivlik va aniqlangan ionlashtiruvchi nurlanish o'rtasidagi munosabatlarni aks ettiruvchi grafik

Ionlashtiruvchi nurlanish tibbiyotda, tadqiqotlarda va qurilishda ko'plab amaliy qo'llanmalarga ega, ammo noto'g'ri ishlatilsa sog'liq uchun xavfli. Radiatsiya ta'sirida tirik to'qimalarga zarar yetadi; yuqori dozalar kelib chiqadi O'tkir nurlanish sindromi (ARS), terining kuyishi, soch to'kilishi, ichki organlar etishmovchiligi va o'lim bilan, har qanday dozada saraton kasalligi ehtimoli oshishi mumkin genetik zarar; saratonning ma'lum bir shakli, qalqonsimon bez saratoni, ko'pincha yadro qurollari va reaktorlari radioaktiv yod bo'linish mahsulotining biologik ko'payishi tufayli nurlanish manbai bo'lganida, yod-131.^[4] Biroq, ionlashtiruvchi nurlanish natijasida hujayralarda saraton paydo bo'lishining aniq xavfi va ehtimolini hisoblash hali ham yaxshi tushunilmagan va hozirgi vaqtda hisob-kitoblar aholi soniga asoslangan ma'lumotlar tomonidan aniqlangan Xirosima va Nagasakining atom bombalari va shunga o'xshash reaktorlarning baxtsiz hodisalarini kuzatishdan Chernobil fojiasi. The Radiologik himoya bo'yicha xalqaro komissiya "Komissiya noaniqliklar va modellar va parametrlar qiymatlarining aniqligi yo'qligini biladi", "Kollektiv samarali doz epidemiologik xatarlarni baholash vositasi sifatida mo'ljallanmaganligi va undan xavf proektsiyalarida foydalanish noo'rin" va " Xususan, ahamiyatsiz individual dozalardan kollektiv samarali dozalar asosida saraton kasalligidan o'lish sonini hisoblashdan qochish kerak. "^[5]

Ultraviyole nurlanish

10 nm dan 125 nm gacha bo'lgan to'lqin uzunlikdagi ultrabinafsha havo molekulalarini ionlashtiradi va uni havo va ozon (O) bilan kuchli singdiradi.₃) jumladan. Shuning uchun ionlashtiruvchi ultrabinafsha nurlari Yer atmosferasiga sezilarli darajada kirmaydi va ba'zan shunday deyiladi vakuum ultrabinafsha. Garchi kosmosda mavjud bo'lsa-da, UV spektrining bu qismi biologik ahamiyatga ega emas, chunki u Yerdagi tirik organizmlarga etib bormaydi.

Atmosfera zonasi mavjud bo'lib, u erda ozon ionlashtirmaydigan, ammo xavfli UV-C va UV-B 98% ni yutadi. Bu shunday deb nomlangan ozon qatlami taxminan 32 mildan boshlanadi va yuqoriga qarab cho'ziladi. Erga etib boradigan ultrabinafsha spektrlarning bir qismi ionlashtirmaydi, ammo bu energiyaning bitta fotonlari biologik molekulalarda elektron qo'zg'alishni keltirib chiqarishi va shu bilan ularni istalmagan reaktsiyalar yordamida buzish qobiliyati tufayli biologik xavfli hisoblanadi. Masalan, shakllanishi pirimidin dimerlari 365 nm (3,4 ev) dan past bo'lgan to'lqin uzunliklarida boshlanadigan DNKda, ionlashish energiyasidan ancha past. Ushbu xususiyat ultrabinafsha spektrga biologik tizimlarda haqiqiy ionlashuvsiz ionlashtiruvchi nurlanish xavfining bir qismini beradi. Buning aksincha, infraqizil, mikroto'lqinli va radio to'lqinlar kabi ko'rinadigan yorug'lik va uzunroq to'lqin uzunlikdagi elektromagnit nurlanish, zararli molekulyar qo'zg'alishni keltirib chiqaradigan juda kam energiyaga ega fotonlardan iborat va shuning uchun bu nurlanish energiya birligi uchun juda kam xavfli.

X-nurlari

X-nurlari - bu to'lqin uzunligi taxminan 10 dan kam bo'lgan elektromagnit to'lqinlar⁻⁹ m (3x10 dan katta)¹⁷ Hz va 1,240 ev). Kichikroq to'lqin uzunligi tenglamaga ko'ra yuqori energiyaga to'g'ri keladi E =h v /λ. ("E" - bu energiya; "h" - Plankning doimiysi, "c" - yorug'lik tezligi; "λ" - to'lqin uzunligi.) Rentgen fotoni atom bilan to'qnashganda, atom fotonning energiyasini o'zlashtirishi mumkin. va elektronni yuqori orbital darajaga ko'tarish yoki foton o'ta baquvvat bo'lsa, u elektronni atomdan butunlay urib yuborishi va atomning ionlanishiga olib kelishi mumkin. Odatda, katta atomlar rentgen fotonini o'zlashtirishi mumkin, chunki ular orbital elektronlar o'rtasida katta energiya farqiga ega. Inson tanasidagi yumshoq to'qimalar suyakni tashkil etadigan kaltsiy atomlaridan kichikroq atomlardan iborat, shuning uchun rentgen nurlarini yutishida kontrast mavjud. Rentgen apparatlari suyak va yumshoq to'qimalar o'rtasidagi singdirish farqidan foydalanish uchun maxsus ishlab chiqilgan bo'lib, shifokorlarga inson tanasidagi tuzilmani tekshirishga imkon beradi.

Shuningdek, rentgen nurlari Yer atmosferasining qalinligidan butunlay so'riladi, natijada quyosh nurlari ultrafiolet nurlanishidan kichikroq, ammo shunga qaramay kuchli bo'lgan quyosh nurlarining yuzaga chiqishiga yo'l qo'ymaydi.

Gamma nurlanishi

An-da aniqlangan gamma nurlanishi izopropanol bulutli kamera.

Gamma (γ) nurlanishi to'lqin uzunligi 3x10 dan kam bo'lgan fotonlardan iborat⁻¹¹ metr (10 dan katta)¹⁹ Hz va 41,4 keV).^[4] Gamma nurlanish emissiyasi - bu beqarorlikdan xalos bo'lish uchun yuzaga keladigan yadro jarayoni yadro ko'pgina yadroviy reaktsiyalardan keyin ortiqcha energiya. Ikkala alfa va beta-zarralar ham elektr zaryadi va massasiga ega va shu sababli ularning yo'lidagi boshqa atomlar bilan o'zaro ta'sir qilish ehtimoli katta. Ammo gamma nurlanishi fotonlardan iborat bo'lib, ular na massa, na elektr zaryadga ega va natijada materiya orqali alfa yoki beta nurlanishiga qaraganda ancha ko'proq kirib boradi.

Gamma nurlari materialning etarlicha qalin yoki zich qatlami bilan to'xtatilishi mumkin, bu erda ma'lum bir maydon uchun materialning to'xtash kuchi asosan (lekin umuman emas) nurlanish yo'lidagi umumiy massaga bog'liq, material yuqori yoki past zichlik. Ammo, xuddi rentgen nurlarida bo'lgani kabi, qo'rg'oshin yoki kabi yuqori atom soniga ega materiallar tugagan uran kamroq zichroq va pastroq atomik og'irlikdagi materiallar (masalan, suv yoki beton) bo'yicha teng miqdordagi (odatda 20% dan 30% gacha) to'xtash kuchini qo'shing. Atmosfera kosmosdan Yerga yaqinlashayotgan barcha gamma nurlarini yutadi. Hatto havo ham gamma nurlarini yutishga qodir, bu kabi to'lqinlarning energiyasini o'rtacha 150 futdan o'tib, ikki baravar kamaytiradi.

Alfa nurlanishi

Alfa zarrachasi ichida aniqlangan izopropanol bulutli kamera

Alfa zarralari geliy-4 yadrolar (ikkita proton va ikkita neytron). Ular zaryadlari va birlashgan massasi tufayli moddalar bilan kuchli ta'sir o'tkazadilar va odatdagi tezlikda bir necha santimetr havo yoki bir necha millimetr past zichlikdagi materialga (masalan, ba'zi Geyger taymer naychalariga maxsus joylashtirilgan ingichka slyuda materiallari) kirib boradilar. alfa zarrachalariga ruxsat berish). Bu shuni anglatadiki, oddiy alfa zarralari alfa yemirilishi o'lik teri hujayralarining tashqi qatlamlariga kirmang va quyida joylashgan tirik to'qimalarga zarar etkazmang. Ba'zi juda yuqori energiyali alfa zarralari taxminan 10% ni tashkil qiladi kosmik nurlar va ular tanaga va hatto ingichka metall plitalarga kirib borishga qodir. Biroq, ular faqat kosmonavtlar uchun xavflidir, chunki ular Yerning magnit maydoni tomonidan burilib, keyin uning atmosferasi tomonidan to'xtatiladi.

Alfa nurlanishi alfa chiqarganda xavfli radioizotoplar yutish yoki nafas olish (nafas olish yoki yutish). Bu radioizotopni alfa nurlanishining hujayralarga zarar etkazishi uchun sezgir tirik to'qimalarga etarlicha yaqinlashtiradi. Energiya birligiga alfa zarrachalar gamma nurlari va rentgen nurlari kabi hujayralarga zarar etkazishda kamida 20 baravar samarali bo'ladi. Qarang nisbiy biologik samaradorlik buni muhokama qilish uchun. Yuqori darajada zaharli alfa-emitentlarning misollari bularning barchasi izotoplari radiy, radon va polonyum, bu parchalanish muddati qisqa bo'lgan moddalarda paydo bo'ladigan parchalanish miqdori tufayli.

Beta radiatsiya

Elektronlar (beta radiatsiya) an izopropanol bulutli kamera

Beta-minus (β.)⁻) nurlanish energetik elektrondan iborat. U alfa nurlanishiga qaraganda ancha ta'sirchan, ammo gammadan kam. Beta nurlanish radioaktiv parchalanish bir necha santimetr plastmassa yoki bir necha millimetr metall bilan to'xtatilishi mumkin. Bu neytron yadrodagi protonga parchalanib, beta-zarrachani va an-ni chiqarganda paydo bo'ladi antineutrino. Beta nurlanish zig'ir tezlatgichlar tabiiy beta nurlanishiga qaraganda ancha baquvvat va ta'sirchanroqdir. Ba'zida terapevtik sifatida ishlatiladi radioterapiya yuzaki shishlarni davolash uchun.

Beta-plyus (β⁺) nurlanish - bu emissiya pozitronlar, qaysi antimadda elektronlarning shakli. Pozitron materialdagi elektronlarga o'xshash tezlikni sekinlashtirganda, pozitron elektronni yo'q qiladi va bu jarayonda 511 keV bo'lgan ikkita gamma fotonni chiqaradi. Ushbu ikkita gamma foton (taxminan) qarama-qarshi yo'nalishda harakatlanadi. Pozitronlarni yo'q qilish natijasida hosil bo'lgan gamma nurlanish yuqori energiyali fotonlardan iborat bo'lib, ionlashtiruvchi xususiyatga ega.

Neytron nurlanishi

Neytronlar tezligi / energiyasiga qarab turkumlanadi. Neytron nurlanishi quyidagilardan iborat erkin neytronlar. Ushbu neytronlar o'z-o'zidan yoki induktsiyalangan yadroviy bo'linish paytida chiqarilishi mumkin. Neytronlar noyob nurlanish zarralari; ular ko'p miqdorda faqat qaerda ishlab chiqariladi zanjir reaktsiyasi bo'linish yoki termoyadroviy reaktsiyalar faol; bu termoyadro portlashida yoki ishlayotgan yadro reaktori ichida doimiy ravishda 10 mikrosaniyada sodir bo'ladi; neytronlarning ishlab chiqarilishi deyarli muhim emas, reaktorda to'xtaydi.

Neytronlar boshqa narsalarni yoki materialni radioaktiv qilishi mumkin. Ushbu jarayon deyiladi neytron faollashishi, tibbiy, ilmiy va sanoat dasturlarida foydalanish uchun radioaktiv manbalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan asosiy usuldir. Hatto nisbatan past tezlik termal neytronlar neytron faollashishiga olib keladi (aslida ular uni samaraliroq bo'lishiga olib keladi). Neytronlar atomlarni ionlashtirmaydi, xuddi proton va elektron kabi zaryadlangan zarrachalar (elektronning qo'zg'alishi bilan) xuddi shunday, chunki neytronlarda zaryad bo'lmaydi. Aynan ularning yadrolarga singib ketishi natijasida beqaror bo'lib, ular ionlanishni keltirib chiqaradi. Demak, neytronlar "bilvosita ionlashtiruvchi" deyiladi. Hatto muhim kinetik energiyasiga ega bo'lmagan neytronlar ham bilvosita ionlashtiruvchi xususiyatga ega va shu sababli radiatsiya uchun juda xavfli. Barcha materiallar neytronlarni faollashtirishga qodir emas; Masalan, suvda mavjud bo'lgan ikki turdagi atomlarning eng keng tarqalgan izotoplari (vodorod va kislorod) neytronlarni ushlaydi va og'irlashadi, ammo bu atomlarning barqaror shakllari bo'lib qoladi. Faqatgina bir nechta neytronning yutilishi, statistik jihatdan kamdan-kam uchraydigan hodisa, vodorod atomini faollashtirishi mumkin, kislorod esa ikkita qo'shimcha yutishni talab qiladi. Shunday qilib, suv juda zaif darajada faollashadi. Boshqa tomondan, tuz tarkibidagi natriy (dengiz suvida bo'lgani kabi), beta-parchalanishning juda kuchli manbai bo'lgan va yarim yemirilish davri 15 soat bo'lgan Na-24 ga aylanish uchun faqat bitta neytronni yutishi kerak.

Bundan tashqari, yuqori energiyali (yuqori tezlikda) neytronlar atomlarni bevosita ionlash qobiliyatiga ega. Yuqori energiyali neytronlar atomlarni ionlashtiradigan mexanizmlardan biri bu atom yadrosini urish va atomni molekuladan chiqarib tashlash, orqada bir yoki bir nechta elektronni qoldirib kimyoviy bog'lanish singan. Bu kimyoviy ishlab chiqarishga olib keladi erkin radikallar. Bundan tashqari, juda yuqori energiyali neytronlar ionlashtiruvchi nurlanishni "neytronlar tarqalishi" yoki nokautga olib kelishi mumkin, bunda neytronlar zarba berish natijasida atom yadrolaridan (ayniqsa, vodorod yadrolaridan) yuqori energiyali protonlarni chiqarishga olib keladi. Oxirgi jarayon neytron energiyasining katta qismini protonga beradi, xuddi shunga o'xshash billiard to'pi boshqasini urish. Bunday reaktsiyalar natijasida zaryadlangan protonlar va boshqa mahsulotlar bevosita ionlashtiruvchi xususiyatga ega.

Yuqori energiyali neytronlar juda ta'sirchan bo'lib, havodagi katta masofalarni (yuzlab va hatto minglab metrlarni) va oddiy qattiq jismlarda o'rtacha masofalarni (bir necha metr) bosib o'tishlari mumkin. Odatda ular bir metrdan kam masofada ularni to'sib qo'yish uchun beton yoki suv kabi vodorodga boy ekranlashni talab qiladi. Neytron nurlanishining umumiy manbai a ichida paydo bo'ladi yadro reaktori, bu erda samarali himoya sifatida metr qalinlikdagi suv qatlami ishlatiladi.

Kosmik nurlanish

Kosmosdan Yer atmosferasiga kiradigan yuqori energiya zarralarining ikkita manbasi mavjud: quyosh va chuqur kosmik. Quyosh doimiy ravishda quyosh shamolidan zarralarni, birinchi navbatda erkin protonlarni chiqaradi va vaqti-vaqti bilan oqimni ko'paytiradi toj massasini chiqarib tashlash (CME).

Chuqur kosmosdagi zarralar (galaktikalararo va galaktikadan tashqari) juda kam uchraydi, lekin energiyalari ancha yuqori. Ushbu zarrachalar asosan protonlardan iborat bo'lib, ularning aksariyati gelionlardan (alfa zarralar) iborat. Og'irroq elementlarning bir nechta to'liq ionlashgan yadrolari mavjud. Ushbu galaktik kosmik nurlarning kelib chiqishi hali yaxshi tushunilmagan, ammo ular qoldiqlarga o'xshaydi supernovalar va ayniqsa gamma-nurli portlashlar (GRB), bu magnit maydonlarni ushbu zarrachalardan o'lchangan ulkan tezlashishga qodir. Ular, shuningdek, tomonidan yaratilishi mumkin kvazarlar ular galaktika miqyosidagi reaktiv hodisalar bo'lib, ular GRB-larga o'xshash, ammo ularning kattaligi kattaroqligi bilan tanilgan va koinotning dastlabki tarixining zo'ravon qismidir.

Ionlashtirmaydigan nurlanish

The elektromagnit spektr

Ionlashtirmaydigan nurlanish zarrachalarining kinetik energiyasi moddadan o'tayotganda zaryadlangan ionlarni hosil qilish uchun juda kichikdir. Ionlashtirmaydigan elektromagnit nurlanish uchun (quyida keltirilgan turlarga qarang) bog'langan zarralar (fotonlar) molekulalar va atomlarning aylanish, tebranish yoki elektron valentlik konfiguratsiyasini o'zgartirish uchun etarli energiyaga ega. Ionlashtirmaydigan nurlanish shakllarining tirik to'qimalarga ta'siri yaqinda o'rganilgan. Shunga qaramay, ionlashtirmaydigan nurlanishning har xil turlari uchun har xil biologik ta'sirlar kuzatiladi.^[4][6]

Hatto "ionlashtirmaydigan" nurlanish ham haroratni ionlashish energiyasiga ko'tarish uchun etarli miqdorda issiqlik to'plasa, termal-ionlanishni keltirib chiqarishi mumkin. Ushbu reaktsiyalar ionlanish nurlanishiga qaraganda ancha yuqori energiyalarda sodir bo'ladi, buning uchun faqat bitta zarrachalar ionlanishni keltirib chiqaradi. Termal ionlanishning taniqli misoli - bu umumiy yong'inning alangali ionlashtirilishi va jigarrang infraqizil nurlanish ta'sirida odatdagi oziq-ovqat mahsulotidagi reaktsiyalar, broyler usulida pishirish paytida.

The elektromagnit spektr barcha mumkin bo'lgan elektromagnit nurlanish chastotalarining diapazoni.^[4] Ob'ektning elektromagnit spektri (odatda shunchaki spektri) - bu ma'lum bir ob'ekt tomonidan chiqariladigan yoki yutadigan elektromagnit nurlanishning xarakterli taqsimoti.

Elektromagnit nurlanishning ionlashtirmaydigan qismi elektromagnit to'lqinlardan iborat (individual kvantlar yoki zarralar sifatida qarang foton ) atomlarni yoki molekulalardan elektronlarni ajratish uchun etarli darajada baquvvat emas va shuning uchun ularning ionlanishiga olib keladi. Bunga radioto'lqinlar, mikroto'lqinli pechlar, infraqizil va (ba'zan) ko'rinadigan yorug'lik kiradi. Ultraviyole nurlarining pastki chastotalari kimyoviy o'zgarishlarga va ionizatsiyaga o'xshash molekulyar ziyonga olib kelishi mumkin, ammo texnik jihatdan ionlashtirmaydi. Ultraviyole nurlarning eng yuqori chastotalari, shuningdek barcha rentgen va gamma nurlari ionlashtiruvchi xususiyatga ega.

Ionlanishning paydo bo'lishi ularning soniga emas, balki alohida zarralar yoki to'lqinlarning energiyasiga bog'liq. Agar zarrachalar yoki to'lqinlarning kuchli toshqini, agar bu zarralar yoki to'lqinlar ionlashtiradigan energiya yetarli bo'lmasa, ular tanadagi haroratni atomlar yoki molekulalarning kichik qismlarini ionlashadigan darajada yuqori darajaga ko'tarmasa, ionlashishga olib kelmaydi. termal-ionizatsiya (ammo bu nisbatan yuqori nurlanish intensivligini talab qiladi).

Ultraviyole nur

Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, ultrabinafsha spektrining yumshoq ultrabinafsha deb nomlangan pastki qismi, 3 eV dan 10 eV gacha, ionlashtirmaydi. Biroq, ionlashtirmaydigan ultrabinafsha nurlarining kimyoviy ta'sirga ta'siri va unga ta'sir qiladigan biologik tizimlarning shikastlanishi (oksidlanish, mutatsiya va saratonni o'z ichiga olgan holda) shu tarzda, hatto ultrabinafsha nurlarining bu qismi ham ko'pincha ionlashtiruvchi nurlanish bilan taqqoslanadi.

Ko'rinadigan yorug'lik

Yorug'lik yoki ko'rinadigan yorug'lik - bu inson ko'ziga ko'rinadigan to'lqin uzunlikdagi juda tor elektromagnit nurlanish diapazoni yoki mos ravishda 790 dan 400 THz chastota diapazoniga teng bo'lgan 380-750 nm.^[4] Kengroq qilib aytganda, fiziklar "yorug'lik" atamasini ko'rinadigan yoki ko'rinmasligidan qat'iy nazar barcha to'lqin uzunlikdagi elektromagnit nurlanishni anglatadi.

Infraqizil

Infraqizil (IQ) nur - to'lqin uzunligi 0,7 dan 300 mikrometrgacha bo'lgan elektromagnit nurlanish, bu mos ravishda 430 va 1 THz chastota diapazoniga to'g'ri keladi. IQ to'lqin uzunliklari ko'rinadigan yorug'liknikidan uzunroq, ammo mikroto'lqinli to'lqinlardan qisqa. Infraqizil nurlanayotgan narsalardan uzoqlikda "his qilish" orqali aniqlanishi mumkin. Infraqizil sezgir ilonlar "kovaklar" deb nomlangan pinhole ob'ektividan foydalanib, infraqizilni aniqlay oladi va fokuslay oladi. Yorqin quyosh nuri dengiz sathida har kvadrat metr uchun 1 kilovattdan sal ko'proq nurlanishni ta'minlaydi. Ushbu energiyaning 53% infraqizil nurlanish, 44% ko'rinadigan yorug'lik va 3% ultrabinafsha nurlanishidir.^[4]

Mikroto'lqinli pech

Elektromagnit nurlanishda (masalan, antennadan mikroto'lqinli pechlar) "nurlanish" atamasi faqat elektromagnit maydon cheksiz kosmosga tarqaladigan va intensivligining an kamayganligi teskari kvadrat qonun sharsimon yuzasi antennadan qancha uzoqlashmasin, tasavvur qilingan sferik sirt orqali o'tadigan umumiy radiatsiya energiyasi bir xil bo'lishi uchun quvvat. Elektromagnit nurlanish o'z ichiga oladi uzoq maydon transmitter atrofidagi elektromagnit maydonning bir qismi. Transmitterga yaqin bo'lgan "yaqin maydon" ning bir qismi o'zgaruvchan elektromagnit maydonning bir qismidir, ammo elektromagnit nurlanish hisoblanmaydi.

Mikroto'lqinlar - bir millimetrdan bir metrgacha bo'lgan to'lqin uzunliklariga ega bo'lgan elektromagnit to'lqinlar, bu 300 MGts dan 300 GGs chastota diapazoniga teng. Ushbu keng ta'rif UHF va EHF (millimetr to'lqinlari) ni ham o'z ichiga oladi, ammo har xil manbalar boshqa har xil chegaralardan foydalanadi.^[4] Barcha holatlarda mikroto'lqinli pechlar eng yuqori chastotali diapazonni (3 dan 30 gigagertsgacha yoki 10 dan 1 sm gacha) o'z ichiga oladi, chastotali muhandislik ko'pincha pastki chegarani 1 gigagerts (30 sm) ga, yuqori qismi esa 100 gigagerts atrofida ( 3 mm).

Radio to'lqinlari

Radio to'lqinlari - bu elektromagnit spektrdagi to'lqin uzunliklari infraqizil nuridan uzunroq bo'lgan elektromagnit nurlanish turi. Boshqa barcha elektromagnit to'lqinlar singari ular ham yorug'lik tezligida harakat qiladilar. Tabiiy ravishda paydo bo'lgan radio to'lqinlar chaqmoq yoki ba'zi bir astronomik ob'ektlar tomonidan amalga oshiriladi. Sun'iy ravishda ishlab chiqarilgan radioto'lqinlar sobit va mobil radioaloqa, radioeshittirish, radiolokatsion radioeshittirish va boshqa navigatsiya tizimlari, sun'iy yo'ldosh aloqasi, kompyuter tarmoqlari va boshqa son-sanoqsiz qo'llanmalar uchun ishlatiladi. Bundan tashqari, o'zgaruvchan tokni o'tkazadigan deyarli har qanday sim energiyaning bir qismini radio to'lqinlari sifatida tarqatadi; bu asosan aralashuv deb ataladi. Radio to'lqinlarining turli chastotalari Yer atmosferasida turli xil tarqalish xususiyatlariga ega; uzun to'lqinlar Yerning egrilik tezligi bo'yicha egilib, Yerning bir qismini juda doimiy ravishda qoplashi mumkin, qisqaroq to'lqinlar ionosfera va Yerdan ko'p marta aks ettirish orqali butun dunyo bo'ylab tarqaladi. Qisqa to'lqin uzunliklari juda kam egilib yoki aks ettiradi va ko'rish chizig'i bo'ylab harakatlanadi.

Juda past chastota

Juda past chastota (VLF) mos ravishda 100000 dan 10.000 metrgacha bo'lgan to'lqin uzunliklariga mos keladigan 30 Hz dan 3 kHz gacha bo'lgan chastota diapazonini anglatadi. Ushbu radio spektrda tarmoqli kengligi juda ko'p bo'lmaganligi sababli, faqat eng oddiy signallarni uzatish mumkin, masalan, radio-navigatsiya uchun. Shuningdek, myriametr to'lqin uzunliklari o'ndan bir myriametrgacha (eskirgan metrik birlik 10 kilometrga teng) bo'lgani uchun tarmoqli yoki myriametr to'lqini.

Juda past chastota

Juda past chastotali (ELF) - bu 3 dan 30 Gts gacha bo'lgan nurlanish chastotalari (10)⁸ 10 ga⁷ metrga teng). Atmosfera fanida odatda 3 Hz dan 3 kHz gacha alternativ ta'rif beriladi.^[4] Tegishli magnetosfera fanida pastki chastotali elektromagnit tebranishlar (~ 3 Hz dan past bo'lgan pulsatsiyalar) ULF diapazonida yotadi, bu esa XEI radiokanallaridan farq qiladi. Michigan shtatidagi ulkan harbiy ELF antennasi, boshqacha qilib bo'lmaydigan qabul qiluvchilarga, masalan, suv osti kemalariga juda sekin xabar tarqatadi.

Termal nurlanish (issiqlik)

Termal nurlanish - bu Yerda tez-tez uchraydigan haroratlarda ob'ektlar chiqaradigan infraqizil nurlanishning keng tarqalgan sinonimi. Issiqlik nurlanishi nafaqat radiatsiyaning o'zi, balki ob'ekt yuzasi uning nurlanish jarayonini ham anglatadi issiqlik energiyasi qora tanadagi nurlanish shaklida. Oddiy uy radiatoridan yoki elektr isitgichdan infraqizil yoki qizil nurlanish, ishlaydigan akkor lampochkaning chiqaradigan issiqligi kabi, termal nurlanishning namunasidir. Atomlar ichidagi zaryadlangan zarrachalar harakatidan energiya elektromagnit nurlanishga aylantirilganda issiqlik nurlanishi hosil bo'ladi.

Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, hatto past chastotali termal nurlanish ham haroratni etarlicha yuqori darajaga ko'tarish uchun etarli miqdorda issiqlik energiyasini to'plaganda harorat-ionlanishiga olib kelishi mumkin. Bunga odatiy alangalarda ko'rilgan ionlanish (plazma) va molekulyar o'zgarishlarjigarrang "oziq-ovqat pishirish paytida, bu ionlanishning katta tarkibiy qismidan boshlanadigan kimyoviy jarayon.

Qora tanadagi nurlanish

Qora tanasi nurlanish bir xil haroratda bo'lgan tanadan chiqadigan idealizatsiya qilingan nurlanish spektri. Spektrning shakli va tanadan chiqadigan energiyaning umumiy miqdori shu jismning absolyut haroratiga bog'liqdir. Chiqaradigan nurlanish butun elektromagnit spektrni qamrab oladi va berilgan chastotadagi nurlanish intensivligi (quvvat / birlik-maydon) quyidagicha tavsiflanadi. Plank qonuni nurlanish. Qora jismning ma'lum bir harorati uchun ma'lum bir chastota mavjud bo'lib, unda nurlanish maksimal zichlikda bo'ladi. Ushbu maksimal nurlanish chastotasi tananing harorati oshishi bilan yuqori chastotalarga qarab harakatlanadi. Qora tanadagi nurlanish maksimal bo'lgan chastota tomonidan berilgan Vienning ko'chish qonuni va bu tananing mutlaq haroratiga bog'liqdir. Qora tan - bu istalgan haroratda har qanday to'lqin uzunligida maksimal miqdordagi nurlanishni chiqaradigan jismdir. Qora tanada har qanday to'lqin uzunligida mumkin bo'lgan maksimal nurlanish nurlari singib ketadi. Xona haroratida yoki undan past bo'lgan haroratga ega bo'lgan qora tan mutlaqo qora bo'lib ko'rinadi, chunki u hech qanday tushayotgan yorug'likni aks ettirmaydi va ko'zimiz aniqlay oladigan ko'rinadigan to'lqin uzunliklarida etarlicha radiatsiya chiqarmaydi. Nazariy jihatdan, qora tanada butun spektrda elektromagnit nurlanish juda past chastotali radioto'lqinlardan rentgen nurlariga qadar tarqalib, doimiy nurlanish hosil bo'ladi.

Yorituvchi qora tananing rangi uning nurlanish yuzasining haroratini bildiradi. Bu rang uchun javobgardir yulduzlar infraqizildan qizil ranggacha (2500K), sariq rangga (5800K), oq va ko'k-oq rangga (15000K) o'zgarib turadi, chunki eng yuqori nurlanish ko'rinadigan spektrdagi nuqtalardan o'tadi. Tepalik ko'zga ko'rinadigan spektrdan past bo'lsa, tanasi qora, tanasi yuqorisida esa ko'k-oq rangga ega bo'ladi, chunki barcha ko'rinadigan ranglar ko'kdan qizilgacha pasayadi.

Kashfiyot

Ko'rinadigan yorug'likdan tashqari to'lqin uzunliklarining elektromagnit nurlanishi 19-asrning boshlarida kashf etilgan. Infraqizil nurlanishning kashfiyotiga tegishli Uilyam Xersel, astronom. Herschel 1800 yilda uning natijalarini e'lon qildi London Qirollik jamiyati. Herschel, xuddi Ritter kabi, a dan foydalangan prizma ga sinish yorug'lik Quyosh va infraqizilni aniqladi (tashqarida qizil spektrning bir qismi), a tomonidan qayd etilgan haroratning oshishi orqali termometr.

1801 yilda nemis fizigi Johann Wilhelm Ritter prizmadan tushgan nurlar qorayganligini ta'kidlab, ultrabinafsha kashfiyotini amalga oshirdi kumush xlorid binafsha nurga qaraganda preparatlar tezroq. Ritterning tajribalari fotosuratga aylanadigan narsalarning dastlabki kashfiyotchisi edi. Ritter ultrabinafsha nurlar kimyoviy reaktsiyalarni keltirib chiqarishi mumkinligini ta'kidladi.

Aniqlangan birinchi radio to'lqinlar tabiiy manbadan emas, balki nemis olimi tomonidan ataylab va sun'iy ravishda ishlab chiqarilgan Geynrix Xertz 1887 yilda, radiochastota diapazonida tebranishlarni hosil qilish uchun hisoblangan elektr zanjirlaridan foydalanib, Jeyms Klerk Maksvell.

Vilgelm Rentgen topilgan va nomlangan X-nurlari. 1895 yil 8-noyabrda evakuatsiya qilingan naychaga tatbiq etilgan yuqori kuchlanish bilan tajriba o'tkazayotganda, u yaqin atrofdagi qoplamali oynadagi plastinkada lyuminestsentsiyani sezdi. Bir oy ichida u shu kungacha biz tushunadigan rentgen nurlarining asosiy xususiyatlarini kashf etdi.

1896 yilda, Anri Bekerel ba'zi bir minerallardan chiqadigan nurlar qora qog'ozga singib ketganligi va ochilmagan fotografiya plitasining tumanlanishiga sabab bo'lganligini aniqladi. Uning doktoranti Mari Kyuri faqat ba'zi kimyoviy elementlar ushbu energiya nurlarini chiqarganligini aniqladilar. U bu xatti-harakatni nomladi radioaktivlik.

Alfa nurlari (alfa zarralari) va beta nurlari (beta-zarralar ) tomonidan farqlandi Ernest Rezerford 1899 yilda oddiy tajribalar yordamida. Rezerford umumiy pitchblende radioaktiv manbasini ishlatgan va manba tomonidan hosil bo'lgan nurlarning materiallarga har xil ta'sir o'tkazishini aniqlagan. Ulardan biri Ruterford nomlagan qisqa penetratsiyali (u qog'oz bilan to'xtatilgan) va musbat zaryadga ega edi alfa nurlari. Ikkinchisi ko'proq ta'sirchan edi (qog'ozga plyonkani ta'sir qilishi mumkin edi, lekin metall emas) va manfiy zaryadga ega edi va bu turdagi Rezerford nomini oldi beta-versiya. Bu birinchi bo'lib Bekerel tomonidan uran tuzlaridan aniqlangan nurlanish edi. 1900 yilda frantsuz olimi Pol Villard Radiydan neytral zaryadlangan va ayniqsa penetratsion nurlanishning uchinchi turini kashf etdi va u ta'riflagandan so'ng, Rezerford bu 1903 yilda Rezerford deb nomlangan uchinchi nurlanish turi bo'lishi kerakligini tushundi. gamma nurlari.

Anri Bekerelning o'zi beta nurlarning tezkor elektron ekanligini isbotlagan, Rezerford va Tomas Royds alfa zarralari ionlashgan geliy ekanligini 1909 yilda isbotladi. Rezerford va Edvard Andrade 1914 yilda gamma nurlari rentgen nurlariga o'xshashligini, ammo to'lqin uzunliklari qisqaroq ekanligini isbotladi.

Erni kosmosdan urgan kosmik nurlanishlar nihoyat 1912 yilda olim sifatida aniq tan olindi va borligi isbotlandi Viktor Xess olib borilgan elektrometr erkin balon parvozida turli balandliklarga. Ushbu nurlanishlarning mohiyati keyingi yillarda faqat asta-sekin anglandi.

Neytron nurlanishini 1932 yilda Chadvik neytron bilan kashf etgan. Pozitron kabi boshqa bir qator yuqori energiyali zarracha nurlanishlar, muonlar va pionlar Ko'p o'tmay kosmik nurlanish reaktsiyalarining bulutli kamerasi tekshiruvi natijasida topilgan va zarracha nurlanishining boshqa turlari sun'iy ravishda ishlab chiqarilgan zarracha tezlatgichlari, yigirmanchi asrning so'nggi yarmi orqali.

Ilovalar

Dori

Radiatsiya va radioaktiv moddalar diagnostika, davolash va tadqiqot uchun ishlatiladi. Masalan, rentgen nurlari mushaklar va boshqa yumshoq to'qimalardan o'tadi, ammo zich materiallar tomonidan to'xtatiladi. Rentgen nurlarining bu xususiyati shifokorlarga singan suyaklarni topishga va tanada o'sib borishi mumkin bo'lgan saraton kasalliklarini topishga yordam beradi.^[7] Shifokorlar, shuningdek, radioaktiv moddalarni in'ektsiya qilish va moddalar tanada harakatlanayotganda berilgan nurlanishni kuzatish orqali ba'zi kasalliklarni topadilar.^[8] Saraton kasalligini davolash uchun ishlatiladigan nurlanish ionlashtiruvchi nurlanish deb ataladi, chunki u to'qimalarni hujayralarida ionlarni hosil qiladi, chunki u elektronlarni atomlardan chiqarib yuboradi. Bu hujayralarni o'ldirishi yoki genlarni o'zgartirishi mumkin, shuning uchun hujayralar o'smaydi. Radio to'lqinlari, mikroto'lqinli to'lqinlar va yorug'lik to'lqinlari kabi boshqa nurlanish shakllari ionlashtirmaydigan deb nomlanadi. Ularda shunchalik energiya yo'q, shuning uchun hujayralarni ionlashtira olmaydi.

Aloqa

Barcha zamonaviy aloqa tizimlarida elektromagnit nurlanish shakllari qo'llaniladi. Radiatsiya intensivligining o'zgarishi tovush, rasm yoki boshqa ma'lumotlarning o'zgarishini aks ettiradi. Masalan, odamning ovozi radio to'lqinlari yoki mikroto'lqinli pech sifatida yuborilishi mumkin, bu to'lqinni ovozning mos keladigan o'zgarishiga qarab o'zgarishi mumkin. Musiqachilar, shuningdek, ovoz va musiqa yaratish uchun gamma nurlarini sonifikatsiya qilish yoki yadroviy nurlanish yordamida tajribalar o'tkazdilar.^[9]

Ilm-fan

Tadqiqotchilar bir vaqtlar tirik organizmning bir qismi bo'lgan materiallarning yoshini aniqlash uchun radioaktiv atomlardan foydalanadilar. Bunday materiallarning yoshini, ular deb nomlangan jarayonda radioaktiv uglerod miqdorini o'lchash orqali aniqlash mumkin radiokarbonli uchrashuv. Xuddi shu tarzda, boshqa radioaktiv elementlardan foydalangan holda, tog 'jinslarining yoshi va boshqa geologik xususiyatlarini (hatto ba'zi sun'iy ob'ektlarni) aniqlash mumkin; bu deyiladi Radiometrik tanishuv. Atrof-muhit bo'yicha olimlar ma'lum bo'lgan radioaktiv atomlardan foydalanadilar izlovchi atomlar, ifloslantiruvchi moddalar tomonidan atrof-muhit orqali o'tadigan yo'llarni aniqlash.

Radiatsiya deb nomlangan jarayonda materiallar tarkibini aniqlash uchun ishlatiladi neytron aktivatsiyasini tahlil qilish. Ushbu jarayonda olimlar moddaning namunasini neytron deb nomlangan zarralar bilan bombardimon qiladilar. Namuna tarkibidagi ba'zi atomlar neytronlarni yutadi va radioaktiv bo'ladi. Olimlar chiqarilgan nurlanishni o'rganish orqali namunadagi elementlarni aniqlashlari mumkin.

Radiatsiyaning ayrim turlaridan sog'liq va atrof muhitga mumkin bo'lgan zarar

Ionlashtiruvchi nurlanish ma'lum sharoitlarda tirik organizmlarga zarar etkazishi, saraton yoki genetik zarar etkazishi mumkin.^[4]

Ionlashtirmaydigan nurlanish ma'lum sharoitlarda ham tirik organizmlarga zarar etkazishi mumkin, masalan kuyish. 2011 yilda Xalqaro saraton tadqiqotlari agentligi Ning (IARC) ning Jahon Sog'liqni saqlash tashkiloti (JSST) radiochastota elektromagnit maydonlarini (shu jumladan mikroto'lqinli va millimetr to'lqinlarini) odamlarga kanserogen bo'lishi mumkin bo'lgan narsalar ro'yxatiga qo'shgan bayonotni e'lon qildi.^[10]

RWTH Axen Universitetining EMF-Portal veb-sayti uning ta'siri haqidagi eng katta ma'lumotlar bazasidan birini taqdim etadi Elektromagnit nurlanish. 2019 yil 12 iyul holatiga ko'ra uning 28 547 ta nashrlari va 6 369 ta elektromagnit maydonlarning ta'siri bo'yicha individual ilmiy tadqiqotlarning xulosalari mavjud.^[11]

Shuningdek qarang

Izohlar va ma'lumotnomalar

Tashqi havolalar

• Radiatsiya kuni Bizning vaqtimizda da BBC
• Health Physics Society Public Education Website
• Ionizing Radiation and Radon from World Health Organization
• Q&A: Health effects of radiation exposure, BBC yangiliklari, 2011 yil 21-iyul.