radyasyon - Radiation

Üç farklı tipte iyonlaştırıcı radyasyonun katı maddeye nüfuz etme göreceli yeteneklerinin çizimi . Tipik alfa parçacıkları (α) bir kağıt yaprağı tarafından durdurulurken, beta parçacıkları (β) bir alüminyum levha tarafından durdurulur. Gama radyasyonu (γ), kurşuna nüfuz ettiğinde sönümlenir. Bu basitleştirilmiş diyagramla ilgili metindeki uyarılara dikkat edin.

Korumasız insanlar için güvenli olmayan iyonlaştırıcı radyasyon (radyoaktivite) türleri ve seviyeleri için uluslararası sembol . Radyasyon, genel olarak, ışık ve ses gibi doğada bulunur.

Olarak fizik , radyasyon emisyonu veya iletim enerji şeklinde dalgalar ya da parçacıklar uzayda veya bir madde vasıtasıyla. Bu içerir:

• radyo dalgaları , mikrodalgalar , kızılötesi , görünür ışık , ultraviyole , x-ışınları ve gama radyasyonu (γ) gibi elektromanyetik radyasyon
• parçacık ışınımı gibi alfa radyasyonu (α) , beta radyasyonu (β) , proton radyasyon ve nötron radyasyonu (sıfır olmayan kalan enerji tanecikleri)
• ultrason , ses ve sismik dalgalar gibi akustik radyasyon (fiziksel iletim ortamına bağlı olarak )
• yerçekimi radyasyonu , yerçekimi dalgaları şeklini alan radyasyon veya uzay-zamanın eğriliğindeki dalgalanmalar

Radyasyon, yayılan parçacıkların enerjisine bağlı olarak genellikle iyonlaştırıcı veya iyonlaştırıcı olmayan olarak sınıflandırılır . İyonlaştırıcı radyasyon, atomları ve molekülleri iyonize etmek ve kimyasal bağları kırmak için yeterli olan 10 eV'den fazla taşır . Bu, canlı organizmalara zararlılıktaki büyük fark nedeniyle önemli bir ayrımdır. Yaygın bir iyonlaştırıcı radyasyon kaynağı , sırasıyla helyum çekirdekleri , elektronlar veya pozitronlar ve fotonlardan oluşan α, β veya γ radyasyonu yayan radyoaktif malzemelerdir . Diğer kaynaklar , tıbbi radyografi incelemelerinden elde edilen X ışınları ve birincil kozmik ışınların Dünya atmosferi ile etkileşime girmesinden sonra üretilen ikincil kozmik ışınları oluşturan müonlar , mezonlar , pozitronlar, nötronlar ve diğer parçacıkları içerir .

Gama ışınları, X ışınları ve ultraviyole ışığın daha yüksek enerji aralığı elektromanyetik spektrumun iyonlaştırıcı kısmını oluşturur . "İyonize" kelimesi, bu elektromanyetik dalgaların sağladığı nispeten yüksek enerjileri gerektiren bir eylem olan bir veya daha fazla elektronun bir atomdan kopmasını ifade eder. Spektrumun daha aşağısında, alt morötesi spektrumun iyonlaştırıcı olmayan düşük enerjileri atomları iyonize edemez, ancak molekülleri oluşturan atomlar arası bağları bozabilir, böylece atomlardan ziyade molekülleri parçalayabilir; Bu iyi bir örnektir edilir güneş yanığı uzun yol açtığı dalga boyu güneş ultraviyole. Görünür ışık, kızılötesi ve mikrodalga frekanslarında UV'den daha uzun dalga boyuna sahip dalgalar bağları kıramaz ancak bağlarda ısı olarak algılanan titreşimlere neden olabilir . Radyo dalga boyları ve altı genellikle biyolojik sistemlere zararlı olarak kabul edilmez. Bunlar enerjilerin keskin tasvirleri değildir; belirli frekansların etkilerinde bir miktar örtüşme vardır .

Radyasyon kelimesi , bir kaynaktan yayılan (yani, tüm yönlerde dışa doğru hareket eden) dalgalar olgusundan doğar . Bu yön , her tür radyasyona uygulanabilen bir ölçüm sistemi ve fiziksel birimlere yol açar . Bu tür radyasyon uzaydan geçerken genişlediğinden ve enerjisi (vakumda) korunduğundan, bir nokta kaynaktan gelen her tür radyasyonun yoğunluğu, kaynağından uzaklığa göre bir ters kare yasasını izler . Herhangi bir ideal yasa gibi, ters kare yasası, kaynağın geometrik bir noktaya yaklaştığı ölçüde ölçülen bir radyasyon yoğunluğuna yaklaşır.

İyonlaştırıcı radyasyon

Bir bulut odasında bazı iyonlaştırıcı radyasyon türleri tespit edilebilir .

Yeterince yüksek enerjili radyasyon atomları iyonize edebilir ; yani elektronları atomlardan kopararak iyonlar oluşturabilir. İyonizasyon, bir elektron atomun bir elektron kabuğundan sıyrıldığında (veya "döküldüğünde") meydana gelir ve bu da atomu net bir pozitif yük ile bırakır. Canlı hücreler ve daha da önemlisi bu hücrelerdeki DNA bu iyonizasyondan zarar görebileceğinden, iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalmanın kanser riskini artırdığı düşünülmektedir . Böylece "iyonize radyasyon", biyolojik hasar için büyük potansiyeli nedeniyle parçacık radyasyonu ve elektromanyetik radyasyondan bir şekilde yapay olarak ayrılır. Tek bir hücre trilyonlarca atomdan oluşurken , bunların sadece küçük bir kısmı düşük ila orta radyasyon güçlerinde iyonize olacaktır. İyonlaştırıcı radyasyonun kansere neden olma olasılığı, radyasyonun soğurulan dozuna bağlıdır ve radyasyon tipinin zarar verme eğiliminin ( eşdeğer doz ) ve ışınlanan organizma veya dokunun duyarlılığının ( etkili doz ) bir fonksiyonudur.

İyonlaştırıcı radyasyonun kaynağı radyoaktif bir malzeme veya fisyon veya füzyon gibi bir nükleer süreç ise , dikkate alınması gereken parçacık radyasyonu vardır . Parçacık radyasyonu, nükleer reaksiyonlarla göreli hızlara hızlandırılan atom altı parçacıklardır . Momentaları nedeniyle elektronları ve iyonize edici malzemeleri oldukça nakavt edebilirler, ancak çoğu elektrik yüküne sahip olduğundan, iyonlaştırıcı radyasyonun nüfuz etme gücüne sahip değillerdir. İstisna, nötron parçacıklarıdır; aşağıya bakınız. Bu parçacıkların birkaç farklı türü vardır, ancak çoğunluğu alfa parçacıkları , beta parçacıkları , nötronlar ve protonlardır . Kabaca söylemek gerekirse, enerjileri yaklaşık 10 elektron voltun (eV) üzerinde olan fotonlar ve parçacıklar iyonlaştırıcıdır (bazı otoriteler su için iyonlaşma enerjisi olan 33 eV'yi kullanır). Radyoaktif materyalden veya kozmik ışınlardan gelen parçacık radyasyonu, neredeyse her zaman iyonize olmaya yetecek kadar enerji taşır.

Çoğu iyonlaştırıcı radyasyon, radyoaktif maddelerden ve uzaydan (kozmik ışınlar) kaynaklanır ve çoğu kaya ve toprakta küçük konsantrasyonlarda radyoaktif madde bulunduğundan, çevrede doğal olarak bulunur. Bu radyasyon görünmez olduğundan ve insan duyuları tarafından doğrudan tespit edilemediğinden , varlığını tespit etmek için genellikle Geiger sayaçları gibi araçlar gerekir. Bazı durumlarda, Cherenkov radyasyonu ve radyo-lüminesans durumunda olduğu gibi, madde ile etkileşimi üzerine ikincil görünür ışık emisyonuna yol açabilir .

Radyoaktivite ve tespit edilen iyonlaştırıcı radyasyon arasındaki ilişkileri gösteren grafik

İyonlaştırıcı radyasyonun tıpta, araştırmada ve inşaatta birçok pratik kullanımı vardır, ancak yanlış kullanıldığında sağlık için tehlike arz eder. Radyasyona maruz kalmak canlı dokuya zarar verir; yüksek dozlar cilt yanıkları, saç dökülmesi, iç organ yetmezliği ve ölümle birlikte Akut radyasyon sendromuna (ARS) neden olurken, herhangi bir doz kanser ve genetik hasar olasılığının artmasına neden olabilir ; belirli bir kanser türü olan tiroid kanseri , radyoaktif iyot fisyon ürünü iyodin-131'in biyolojik eğilimleri nedeniyle genellikle nükleer silahlar ve reaktörler radyasyon kaynağı olduğunda ortaya çıkar . Bununla birlikte, iyonlaştırıcı radyasyonun neden olduğu hücrelerde kanser oluşma riskinin ve olasılığının tam olarak hesaplanması hala iyi anlaşılmamıştır ve şu anda tahminler, Hiroşima ve Nagazaki'nin atom bombalamalarından ve reaktör kazalarının takibinden elde edilen nüfusa dayalı verilerle gevşek bir şekilde belirlenmektedir. olarak Çernobil felaketinin . Uluslararası Radyasyondan Korunma Komisyonu Kolektif etkin doz epidemiyolojik risk değerlendirmesi için bir araç olarak tasarlanmamıştır", "Komisyon belirsizlikler farkındadır ve modelleri ve parametre değerlerinin hassas yoksun" olduğunu belirtmektedir ve kullanmak için uygun değildir risk projeksiyonları" ve "özellikle, önemsiz bireysel dozlardan toplu etkili dozlara dayalı kanser ölümlerinin sayısının hesaplanmasından kaçınılmalıdır."

Morötesi radyasyon

10 nm'den 125 nm'ye kadar dalga boylarına sahip olan ultraviyole, hava moleküllerini iyonize ederek hava ve özellikle ozon (O ₃ ) tarafından güçlü bir şekilde emilmesine neden olur . İyonlaştırıcı UV bu nedenle Dünya atmosferine önemli ölçüde nüfuz etmez ve bazen vakum ultraviyole olarak adlandırılır . Uzayda mevcut olmasına rağmen, UV spektrumunun bu kısmı biyolojik öneme sahip değildir, çünkü Dünya'daki canlı organizmalara ulaşmaz.

Ozonun iyonlaştırıcı olmayan ancak tehlikeli UV-C ve UV-B'nin yaklaşık %98'ini emdiği bir atmosfer bölgesi vardır. Bu sözde ozon tabakası yaklaşık 32 km'de başlar ve yukarı doğru uzanır. Yere ulaşan morötesi spektrumun bir kısmı iyonlaştırıcı değildir, ancak bu enerjinin tek fotonlarının biyolojik moleküllerde elektronik uyarıma neden olma ve dolayısıyla istenmeyen reaksiyonlar yoluyla onlara zarar verme yeteneği nedeniyle hala biyolojik olarak tehlikelidir. Bir örnek, iyonlaşma enerjisinin oldukça altında olan, 365 nm'nin (3.4 eV) altındaki dalga boylarında başlayan DNA'daki pirimidin dimerlerinin oluşumudur . Bu özellik, ultraviyole spektrumuna, gerçek iyonlaşma meydana gelmeden biyolojik sistemlerde iyonlaştırıcı radyasyonun bazı tehlikelerini verir. Buna karşılık, kızılötesi, mikrodalgalar ve radyo dalgaları gibi görünür ışık ve daha uzun dalga boylu elektromanyetik radyasyon, zararlı moleküler uyarıma neden olmak için çok az enerjiye sahip fotonlardan oluşur ve bu nedenle bu radyasyon, enerji birimi başına çok daha az tehlikelidir.

röntgen

X-ışınları, dalga boyu yaklaşık 10 ⁻⁹ m'den küçük (3x10 ¹⁷ Hz ve 1.240 eV'den büyük) elektromanyetik dalgalardır . Daha küçük bir dalga boyu, E = h c / λ denklemine göre daha yüksek bir enerjiye karşılık gelir . ("E" Enerjidir; "h" Planck sabitidir; "c" ışık hızıdır; "λ" dalga boyudur.) Bir X-ışını fotonu bir atomla çarpıştığında, atom fotonun enerjisini emebilir. ve bir elektronu daha yüksek bir yörünge seviyesine yükseltir veya foton aşırı derecede enerjikse, atomdan bir elektronu tamamen vurarak atomun iyonlaşmasına neden olabilir. Genel olarak, daha büyük atomların, yörünge elektronları arasında daha büyük enerji farklılıklarına sahip olduklarından, bir X-ışını fotonu emmesi daha olasıdır. İnsan vücudundaki yumuşak doku, kemiği oluşturan kalsiyum atomlarından daha küçük atomlardan oluşur, dolayısıyla X-ışınlarının absorpsiyonunda bir zıtlık vardır. X-ray cihazları, kemik ve yumuşak doku arasındaki absorpsiyon farkından yararlanmak için özel olarak tasarlanmıştır ve doktorların insan vücudundaki yapıyı incelemesine olanak tanır.

X-ışınları ayrıca dünya atmosferinin kalınlığı tarafından tamamen emilir, bu da güneşin UV'den daha küçük ama yine de güçlü olan X-ışını çıkışının yüzeye ulaşmasını engeller.

gama radyasyonu

Bir izopropanol bulut odasında tespit edilen gama radyasyonu .

Gama (γ) radyasyonu, dalga boyu 3x10 ^-11 metreden küçük (10 ¹⁹ Hz ve 41.4 keV'den büyük) fotonlardan oluşur . Gama radyasyonu emisyonu, çoğu nükleer reaksiyondan sonra kararsız bir fazla enerji çekirdeğinden kurtulmak için meydana gelen bir nükleer süreçtir . Hem alfa hem de beta parçacıklarının bir elektrik yükü ve kütlesi vardır ve bu nedenle yollarındaki diğer atomlarla etkileşime girme olasılıkları oldukça yüksektir. Ancak gama radyasyonu, kütlesi veya elektrik yükü olmayan fotonlardan oluşur ve sonuç olarak maddeye alfa veya beta radyasyonundan çok daha fazla nüfuz eder.

Gama ışınları yeterince kalın veya yoğun bir malzeme tabakası tarafından durdurulabilir, burada belirli bir alan başına malzemenin durdurma gücü, malzemenin yüksek veya düşük yoğunluk. Bununla birlikte, X-ışınlarında olduğu gibi, kurşun veya tükenmiş uranyum gibi yüksek atom numarasına sahip malzemeler , daha az yoğun ve daha düşük atom ağırlıklı malzemelerin eşit bir kütlesi üzerinde mütevazı (tipik olarak %20 ila %30) bir durdurma gücü ekler. (su veya beton gibi). Atmosfer, uzaydan Dünya'ya yaklaşan tüm gama ışınlarını emer. Hava bile gama ışınlarını emebilir ve ortalama olarak 150 m'lik bir mesafeyi geçerek bu tür dalgaların enerjisini yarıya indirebilir.

alfa radyasyonu

Bir izopropanol bulut odasında tespit edilen alfa parçacığı

Alfa parçacıkları helyum-4 çekirdeğidir (iki proton ve iki nötron). Yükleri ve birleşik kütleleri nedeniyle madde ile güçlü bir şekilde etkileşime girerler ve olağan hızlarında sadece birkaç santimetre havaya veya birkaç milimetre düşük yoğunluklu malzemeye (bazı Geiger sayaç tüplerine özel olarak yerleştirilmiş ince mika malzemesi gibi) nüfuz ederler. alfa parçacıklarının içeri girmesine izin vermek için). Bu, sıradan alfa bozunmasından kaynaklanan alfa parçacıklarının ölü deri hücrelerinin dış katmanlarına nüfuz etmediği ve alttaki canlı dokulara zarar vermediği anlamına gelir . Bazı çok yüksek enerjili alfa parçacıkları, kozmik ışınların yaklaşık %10'unu oluşturur ve bunlar vücuda ve hatta ince metal plakalara nüfuz edebilir. Bununla birlikte, Dünya'nın manyetik alanı tarafından saptırıldıkları ve daha sonra atmosferi tarafından durduruldukları için yalnızca astronotlar için tehlikelidirler.

Alfa radyasyonu, alfa yayan radyoizotoplar yutulduğunda veya solunduğunda (solunduğunda veya yutulduğunda) tehlikelidir. Bu, alfa radyasyonunun hücrelere zarar vermesi için radyoizotopu hassas canlı dokuya yeterince yaklaştırıyor. Enerji birimi başına, alfa parçacıkları hücre hasarında gama ışınları ve X ışınlarından en az 20 kat daha etkilidir. Bununla ilgili bir tartışma için göreli biyolojik etkinliğe bakın . Yüksek derecede zehirli alfa yayıcıların örnekleri, bu kısa yarı ömürlü malzemelerde meydana gelen bozunma miktarından dolayı radyum , radon ve polonyum izotoplarıdır .

beta radyasyonu

Bir izopropanol bulut odasında tespit edilen elektronlar (beta radyasyonu)

Beta-eksi (β ^- ) radyasyonu enerjik bir elektrondan oluşur. Alfa radyasyonundan daha fazla nüfuz eder, ancak gamadan daha az nüfuz eder. Radyoaktif bozunmadan kaynaklanan beta radyasyonu, birkaç santimetre plastik veya birkaç milimetre metal ile durdurulabilir. Bir nötron, bir çekirdekte bir protona bozunarak beta parçacığını ve bir antinötrinoyu serbest bıraktığında meydana gelir . Linac hızlandırıcılardan gelen beta radyasyonu, doğal beta radyasyonundan çok daha enerjik ve nüfuz edicidir . Bazen yüzeysel tümörleri tedavi etmek için radyoterapide terapötik olarak kullanılır .

Beta-plus (β ⁺ ) radyasyonu, elektronların antimadde formu olan pozitronların emisyonudur . Bir pozitron, malzemedeki elektronlarınkine benzer hızlara yavaşladığında, pozitron bir elektronu yok edecek ve süreçte 511 keV'lik iki gama fotonunu serbest bırakacaktır. Bu iki gama fotonu (yaklaşık olarak) zıt yönde hareket edecekler. Pozitron yok edilmesinden kaynaklanan gama radyasyonu, yüksek enerjili fotonlardan oluşur ve aynı zamanda iyonlaştırıcıdır.

nötron radyasyonu

Nötronlar hızlarına/enerjilerine göre sınıflandırılır. Nötron radyasyonu serbest nötronlardan oluşur . Bu nötronlar, kendiliğinden veya uyarılmış nükleer fisyon sırasında yayılabilir. Nötronlar nadir bulunan radyasyon parçacıklarıdır; sadece zincirleme reaksiyon fisyon veya füzyon reaksiyonlarının aktif olduğu yerlerde çok sayıda üretilirler ; bu, termonükleer bir patlamada yaklaşık 10 mikrosaniye boyunca veya sürekli olarak çalışan bir nükleer reaktör içinde gerçekleşir; nötron üretimi kritik olmayan duruma geçtiğinde reaktörde neredeyse anında durur.

Nötronlar diğer nesneleri veya malzemeleri radyoaktif hale getirebilir. Nötron aktivasyonu adı verilen bu süreç, tıbbi, akademik ve endüstriyel uygulamalarda kullanılmak üzere radyoaktif kaynaklar üretmek için kullanılan birincil yöntemdir. Nispeten düşük hızlı termal nötronlar bile nötron aktivasyonuna neden olur (aslında daha verimli bir şekilde neden olurlar). Nötronlar, protonlar ve elektronlar gibi yüklü parçacıkların yaptığı gibi (bir elektronun uyarılmasıyla) atomları iyonize etmezler, çünkü nötronların yükü yoktur. Daha sonra kararsız hale gelen çekirdekler tarafından absorpsiyonları sayesinde iyonlaşmaya neden olurlar. Bu nedenle, nötronların "dolaylı olarak iyonlaştırıcı" oldukları söylenir. Önemli kinetik enerjisi olmayan nötronlar bile dolaylı olarak iyonlaştırıcıdır ve bu nedenle önemli bir radyasyon tehlikesidir. Tüm materyaller nötron aktivasyonunu gerçekleştiremez; örneğin suda, her iki tür atomun (hidrojen ve oksijen) en yaygın izotopları, nötronları yakalar ve ağırlaşır, ancak bu atomların kararlı formları olarak kalır. Yalnızca istatistiksel olarak nadir bir olay olan birden fazla nötronun absorpsiyonu bir hidrojen atomunu aktive edebilir, oksijen ise iki ek absorpsiyon gerektirir. Bu nedenle su, aktivasyon için sadece çok zayıf bir kapasiteye sahiptir. Tuzdaki sodyum (deniz suyunda olduğu gibi), diğer yandan, 15 saatlik yarı ömrü ile çok yoğun bir beta bozunma kaynağı olan Na-24 olmak için yalnızca tek bir nötron emmeye ihtiyaç duyar.

Ek olarak, yüksek enerjili (yüksek hızlı) nötronlar, atomları doğrudan iyonize etme yeteneğine sahiptir. Yüksek enerjili nötronların atomları iyonize ettiği mekanizmalardan biri, bir atomun çekirdeğine çarpmak ve atomu bir molekülden dışarı atmak, kimyasal bağ kırılırken bir veya daha fazla elektronu geride bırakmaktır . Bu kimyasal serbest radikallerin üretimine yol açar . Ek olarak, çok yüksek enerjili nötronlar, "nötron parçalanması" veya nakavt yoluyla iyonlaştırıcı radyasyona neden olabilir; buradaki nötronlar, çarpma anında atom çekirdeğinden (özellikle hidrojen çekirdeklerinden) yüksek enerjili protonların emisyonuna neden olur. Son süreç, bir bilardo topunun diğerine çarpması gibi, nötron enerjisinin çoğunu protona aktarır . Yüklü protonlar ve bu tür reaksiyonlardan kaynaklanan diğer ürünler doğrudan iyonlaştırıcıdır.

Yüksek enerjili nötronlar çok nüfuz edicidir ve havada büyük mesafeler (yüzlerce hatta binlerce metre) ve sıradan katılarda orta mesafeler (birkaç metre) kat edebilir. Tipik olarak, bir metreden daha kısa mesafelerde onları engellemek için beton veya su gibi hidrojen açısından zengin koruma gerektirirler. Yaygın bir nötron radyasyonu kaynağı, etkili koruma olarak metre kalınlığında bir su tabakasının kullanıldığı bir nükleer reaktörün içinde meydana gelir .

Kozmik radyasyon

Dünya atmosferine uzaydan giren yüksek enerjili parçacıkların iki kaynağı vardır: güneş ve derin uzay. Güneş, güneş rüzgarında sürekli olarak parçacıklar, özellikle de serbest protonlar yayar ve zaman zaman koronal kütle püskürmeleri (CME) ile akışı büyük ölçüde artırır .

Derin uzaydan (galaktikler arası ve galaksiler arası) gelen parçacıklar çok daha az sıklıkta ama çok daha yüksek enerjilerde. Bu parçacıklar aynı zamanda çoğunlukla protonlardır ve geri kalanının çoğu helionlardan (alfa parçacıkları) oluşur. Daha ağır elementlerin birkaç tamamen iyonize çekirdeği mevcuttur. Bu galaktik kozmik ışınların kökeni henüz tam olarak anlaşılamamıştır, ancak süpernova kalıntıları ve özellikle bu parçacıklardan ölçülen devasa ivmeleri sağlayabilen manyetik alanlara sahip gama ışını patlamaları (GRB) gibi görünmektedir . Ayrıca, GRB'lere benzer galaksi çapında jet fenomenleri olan ancak çok daha büyük boyutlarıyla bilinen ve evrenin erken tarihinin şiddetli bir parçası gibi görünen kuasarlar tarafından da üretilebilirler .

İyonlaştırmayan radyasyon

elektromanyetik spektrum

İyonlaştırıcı olmayan radyasyon parçacıklarının kinetik enerjisi, maddeden geçerken yüklü iyonlar üretemeyecek kadar küçüktür. İyonlaştırıcı olmayan elektromanyetik radyasyon için (aşağıdaki türlere bakın), ilişkili parçacıklar (fotonlar), moleküllerin ve atomların dönme, titreşim veya elektronik değerlik konfigürasyonlarını değiştirmek için yalnızca yeterli enerjiye sahiptir. İyonlaştırıcı olmayan radyasyon formlarının canlı doku üzerindeki etkisi sadece son zamanlarda incelenmiştir. Bununla birlikte, farklı iyonlaştırıcı olmayan radyasyon türleri için farklı biyolojik etkiler gözlenir.

"İyonlaştırıcı olmayan" radyasyon bile, sıcaklıkları iyonlaşma enerjilerine yükseltmek için yeterli ısı biriktirirse, termal iyonlaşmaya neden olabilir. Bu reaksiyonlar, iyonizasyona neden olmak için yalnızca tek parçacıklar gerektiren iyonizasyon radyasyonundan çok daha yüksek enerjilerde meydana gelir. Bilinen bir termal iyonizasyon örneği, yaygın bir yangının alevle iyonlaşması ve kızartma tipi pişirme sırasında yaygın gıda maddelerinde kızılötesi radyasyon tarafından indüklenen esmerleşme reaksiyonlarıdır.

Elektromanyetik spektrum tüm olası elektromanyetik radyasyon frekans aralığıdır. Bir nesnenin elektromanyetik spektrumu (genellikle sadece spektrum), o nesne tarafından yayılan veya emilen elektromanyetik radyasyonun karakteristik dağılımıdır.

Elektromanyetik radyasyonun iyonlaştırıcı olmayan kısmı, elektronları atomlardan veya moleküllerden ayıracak ve dolayısıyla iyonlaşmalarına neden olacak kadar enerjik olmayan (bireysel kuanta veya parçacıklar olarak, bkz. foton ) elektromanyetik dalgalardan oluşur . Bunlara radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi ve (bazen) görünür ışık dahildir. Ultraviyole ışığının düşük frekansları, iyonlaşmaya benzer kimyasal değişikliklere ve moleküler hasara neden olabilir, ancak teknik olarak iyonlaştırıcı değildir. Tüm X-ışınları ve gama ışınlarının yanı sıra ultraviyole ışığın en yüksek frekansları iyonlaştırıcıdır.

İyonlaşmanın meydana gelmesi, sayılarına değil, tek tek parçacıkların veya dalgaların enerjisine bağlıdır. Yoğun bir parçacık veya dalga akışı, eğer bu parçacıklar veya dalgalar, bir cismin sıcaklığını, atomların veya moleküllerin küçük fraksiyonlarını iyonize edecek kadar yüksek bir noktaya yükseltmedikçe, iyonlaşmaya yetecek kadar enerji taşımazlarsa, iyonlaşmaya neden olmaz. termal iyonizasyon (ancak bu, nispeten aşırı radyasyon yoğunlukları gerektirir).

Morötesi ışık

Yukarıda belirtildiği gibi, 3 eV ila yaklaşık 10 eV arasında yumuşak UV olarak adlandırılan ultraviyole spektrumunun alt kısmı iyonlaştırıcı değildir. Bununla birlikte, iyonlaştırıcı olmayan ultraviyolenin kimya üzerindeki etkileri ve buna maruz kalan biyolojik sistemlerdeki hasar (oksidasyon, mutasyon ve kanser dahil) öyledir ki, ultraviyolenin bu kısmı bile çoğu zaman iyonlaştırıcı radyasyonla karşılaştırılır.

Görülebilir ışık

Işık veya görünür ışık, insan gözüyle görülebilen bir dalga boyunun veya 380-750 nm'nin çok dar bir elektromanyetik radyasyon aralığıdır ve bu, sırasıyla 790 ila 400 THz'lik bir frekans aralığına eşittir. Daha geniş anlamda, fizikçiler "ışık" terimini, görünür olsun ya da olmasın tüm dalga boylarındaki elektromanyetik radyasyonu ifade etmek için kullanırlar.

Kızılötesi

Kızılötesi (IR) ışık, sırasıyla 430 ve 1 THz arasında bir frekans aralığına karşılık gelen, 0,7 ila 300 mikrometre arasında bir dalga boyuna sahip elektromanyetik radyasyondur. IR dalga boyları, görünür ışıktan daha uzun, ancak mikrodalgalardan daha kısadır. Kızılötesi, yayılan nesnelerden uzakta "hissetme" ile algılanabilir. Kızılötesi algılama yılanları , başlarında "çukur" adı verilen bir iğne deliği merceği kullanarak kızılötesini algılayabilir ve odaklayabilir. Parlak güneş ışığı, deniz seviyesinde metrekare başına 1 kilovatın biraz üzerinde bir ışınım sağlar. Bu enerjinin %53'ü kızılötesi radyasyon, %44'ü görünür ışık ve %3'ü ultraviyole radyasyondur.

Mikrodalga

Elektromanyetik radyasyonda (burada gösterilen bir antenden gelen mikrodalgalar gibi) "radyasyon" terimi, elektromanyetik alanın yalnızca sonsuz uzaya yayılan ve gücün ters kare yasasıyla yoğunluğu azalan kısımları için geçerlidir, böylece toplam radyasyon Hayali bir küresel yüzeyden geçen enerji, küresel yüzey antenden ne kadar uzağa çizilirse çekilsin aynıdır. Elektromanyetik radyasyon , bir vericinin etrafındaki elektromanyetik alanın uzak alan kısmını içerir. Vericiye yakın "yakın alanın" bir kısmı, değişen elektromanyetik alanın bir parçasıdır, ancak elektromanyetik radyasyon olarak sayılmaz.

Mikrodalgalar, dalga boyları bir milimetreden bir metreye kadar değişen, 300 MHz ila 300 GHz frekans aralığına denk gelen elektromanyetik dalgalardır. Bu geniş tanım, hem UHF hem de EHF'yi (milimetre dalgaları) içerir, ancak çeşitli kaynaklar farklı başka sınırlar kullanır. Her durumda, mikrodalgalar minimumda tüm süper yüksek frekans bandını (3 ila 30 GHz veya 10 ila 1 cm) içerir, RF mühendisliği genellikle alt sınırı 1 GHz'e (30 cm) ve üst sınırı 100 GHz'e koyar ( 3mm).

Radyo dalgaları

Radyo dalgaları, elektromanyetik spektrumda kızılötesi ışıktan daha uzun dalga boylarına sahip bir elektromanyetik radyasyon türüdür. Diğer tüm elektromanyetik dalgalar gibi, ışık hızında hareket ederler. Doğal olarak oluşan radyo dalgaları, yıldırım veya belirli astronomik nesneler tarafından yapılır. Yapay olarak üretilen radyo dalgaları, sabit ve mobil radyo iletişimi, yayıncılık, radar ve diğer navigasyon sistemleri, uydu iletişimi, bilgisayar ağları ve sayısız diğer uygulamalar için kullanılmaktadır. Ayrıca, alternatif akım taşıyan hemen hemen her tel, enerjinin bir kısmını radyo dalgaları olarak yayacaktır; bunlar çoğunlukla girişim olarak adlandırılır. Radyo dalgalarının farklı frekansları, Dünya atmosferinde farklı yayılma özelliklerine sahiptir; uzun dalgalar Dünya'nın eğriliği oranında bükülebilir ve Dünya'nın bir bölümünü çok tutarlı bir şekilde kaplayabilir, daha kısa dalgalar iyonosferden ve Dünya'dan çoklu yansımalarla dünyayı dolaşır. Çok daha kısa dalga boyları çok az bükülür veya çok az yansıtır ve görüş hattı boyunca hareket eder.

Çok düşük frekans

Çok düşük frekans (VLF), sırasıyla 100.000 ila 10.000 metre dalga boylarına karşılık gelen 30 Hz ila 3 kHz frekans aralığını ifade eder. Radyo spektrumunun bu aralığında çok fazla bant genişliği olmadığından, radyo navigasyonu gibi yalnızca en basit sinyaller iletilebilir. Dalga boyları ondan bir miriametreye (10 kilometreye eşit eski bir metrik birim) kadar değiştiğinden , aynı zamanda miriametre bandı veya miriametre dalgası olarak da bilinir .

Son derece düşük frekans

Son derece düşük frekans (ELF), 3 ila 30 Hz ( sırasıyla 10 ⁸ ila ¹⁰⁷ metre) arasındaki radyasyon frekanslarıdır . Atmosfer biliminde genellikle 3 Hz'den 3 kHz'e kadar alternatif bir tanım verilir. İlgili manyetosfer biliminde, düşük frekanslı elektromanyetik salınımların (~3 Hz'nin altında meydana gelen titreşimler) ULF aralığında olduğu kabul edilir ve bu nedenle ITU Radyo Bantlarından da farklı olarak tanımlanır. Michigan'daki devasa bir askeri ELF anteni, batık denizaltılar gibi erişilemeyen alıcılara çok yavaş mesajlar yayar.

Termal radyasyon (ısı)

Termal radyasyon, Dünya'da sıklıkla karşılaşılan sıcaklıklarda nesneler tarafından yayılan kızılötesi radyasyonun ortak bir eş anlamlısıdır. Termal radyasyon sadece radyasyonun kendisini değil, aynı zamanda bir nesnenin yüzeyinin termal enerjisini siyah cisim radyasyonu şeklinde yaydığı süreci de ifade eder . Yaygın bir ev radyatöründen veya elektrikli ısıtıcıdan gelen kızılötesi veya kırmızı radyasyon, çalışan bir akkor ampulün yaydığı ısı gibi termal radyasyona bir örnektir. Atomlar içindeki yüklü parçacıkların hareketinden kaynaklanan enerji elektromanyetik radyasyona dönüştürüldüğünde termal radyasyon üretilir.

Yukarıda belirtildiği gibi, düşük frekanslı termal radyasyon bile, sıcaklıkları yeterince yüksek bir seviyeye yükseltmek için yeterli termal enerji biriktirdiğinde sıcaklık iyonizasyonuna neden olabilir. Bunun yaygın örnekleri, yaygın alevlerde görülen iyonizasyon (plazma) ve büyük bir iyonlaşma bileşeni ile başlayan kimyasal bir süreç olan yemek pişirme sırasında " esmerleşmenin " neden olduğu moleküler değişikliklerdir .

Siyah vücut radyasyonu

Kara cisim radyasyonu , tek tip sıcaklıktaki bir cisim tarafından yayılan idealize edilmiş bir radyasyon spektrumudur. Spektrumun şekli ve vücut tarafından yayılan toplam enerji miktarı, o cismin mutlak sıcaklığının bir fonksiyonudur. Yayılan radyasyon tüm elektromanyetik spektrumu kapsar ve radyasyonun yoğunluğu (güç/birim-alan) belirli bir frekansta Planck'ın radyasyon yasası ile tanımlanır. Bir kara cismin belirli bir sıcaklığı için, yayılan radyasyonun maksimum yoğunluğunda olduğu belirli bir frekans vardır. Bu maksimum radyasyon frekansı, vücudun sıcaklığı arttıkça daha yüksek frekanslara doğru hareket eder. Kara cisim ışımasının maksimum olduğu frekans, Wien'in yer değiştirme yasası tarafından verilirve cismin mutlak sıcaklığının bir fonksiyonudur. Bir kara cisim, herhangi bir sıcaklıkta herhangi bir dalga boyunda mümkün olan maksimum radyasyon miktarını yayan bir cisimdir. Bir kara cisim ayrıca herhangi bir dalga boyunda olası maksimum gelen radyasyonu emecektir. Oda sıcaklığında veya altında bir sıcaklığa sahip bir siyah cisim, herhangi bir gelen ışığı yansıtmayacağından veya gözlerimizin algılaması için görünür dalga boylarında yeterli radyasyon yaymayacağından kesinlikle siyah görünecektir. Teorik olarak, bir kara cisim, çok düşük frekanslı radyo dalgalarından x-ışınlarına kadar tüm spektrumda elektromanyetik radyasyon yayar ve sürekli bir radyasyon oluşturur.

Yayılan bir siyah cismin rengi, yayılan yüzeyinin sıcaklığını söyler. Bu renk sorumludur yıldızlı tepe parlaklık görülebilir spektrumda bu noktadan geçen beyaza, (5,800K) sarı, kırmızı, (2.500 k) boyunca enfraruj değişir ve (15,000K) mavi-beyaz . Tepe, görünür spektrumun altında olduğunda gövde siyah, gövdenin üzerindeyken mavi-beyazdır, çünkü tüm görünür renkler maviden azalan kırmızıya doğru temsil edilir.

keşif

Görünür ışık dışındaki dalga boylarının elektromanyetik radyasyonu 19. yüzyılın başlarında keşfedildi. Kızılötesi radyasyon keşif atfedilir William Herschel , astronom . Herschel sonuçlarını 1800'de Royal Society of London'dan önce yayınladı . Herschel, Ritter gibi , Güneş'ten gelen ışığı kırmak için bir prizma kullandı ve bir termometre tarafından kaydedilen sıcaklıktaki bir artış yoluyla kızılötesini ( spektrumun kırmızı kısmının ötesinde) tespit etti .

1801'de Alman fizikçi Johann Wilhelm Ritter , bir prizmadan gelen ışınların gümüş klorür preparatlarını mor ışıktan daha hızlı kararttığını belirterek ultraviyole keşfini yaptı . Ritter'in deneyleri, fotoğrafın ne olacağı konusunda erken bir haberciydi. Ritter, UV ışınlarının kimyasal reaksiyonlara neden olabildiğini kaydetti.

Tespit edilen ilk radyo dalgaları doğal bir kaynaktan değil, 1887'de Alman bilim adamı Heinrich Hertz tarafından, James Clerk Maxwell'in denklemleri tarafından önerilen formüller takip edilerek radyo frekansı aralığında salınımlar üretmek için hesaplanan elektrik devreleri kullanılarak kasıtlı ve yapay olarak üretildi. .

Wilhelm Röntgen X-ışınlarını keşfetti ve isimlendirdi . 8 Kasım 1895'te boşaltılmış bir tüpe uygulanan yüksek voltajlarla deneyler yaparken, yakındaki bir kaplamalı cam plaka üzerinde bir floresan fark etti. Bir ay içinde, bugüne kadar anladığımız X-ışınlarının temel özelliklerini keşfetti.

1896'da Henri Becquerel , belirli minerallerden yayılan ışınların siyah kağıda nüfuz ettiğini ve maruz kalmayan bir fotoğraf plakasının buğulanmasına neden olduğunu buldu. Doktora öğrencisi Marie Curie , yalnızca belirli kimyasal elementlerin bu enerji ışınlarını yaydığını keşfetti. Bu davranışa radyoaktivite adını verdi .

Alfa ışınları (alfa parçacıkları) ve beta ışınları ( beta parçacıkları ) 1899'da Ernest Rutherford tarafından basit deneylerle ayırt edildi. Rutherford jenerik bir pitchblende radyoaktif kaynağı kullandı ve kaynak tarafından üretilen ışınların malzemelerde farklı penetrasyonlara sahip olduğunu belirledi. Bir tür kısa penetrasyona (kağıt tarafından durdurulmuştu) ve Rutherford'un alfa ışınları olarak adlandırdığı pozitif bir yüke sahipti . Diğeri daha nüfuz ediciydi (filmi kağıttan geçirebiliyordu ama metalden değil) ve negatif bir yüke sahipti ve bu tür Rutherford beta olarak adlandırıldı . Bu, Becquerel tarafından uranyum tuzlarından ilk kez tespit edilen radyasyondu. 1900'de Fransız bilim adamı Paul Villard, radyumdan gelen üçüncü bir nötr yüklü ve özellikle nüfuz edici radyasyon türü keşfetti ve onu tanımladıktan sonra, Rutherford, 1903'te Rutherford'un gama ışınları olarak adlandırdığı üçüncü bir radyasyon türü olması gerektiğini fark etti .

Henri Becquerel, beta ışınlarının hızlı elektronlar olduğunu kanıtlarken, Rutherford ve Thomas Royds 1909'da alfa parçacıklarının iyonize helyum olduğunu kanıtladı. Rutherford ve Edward Andrade 1914'te gama ışınlarının X-ışınları gibi olduğunu ancak daha kısa dalga boylarına sahip olduklarını kanıtladılar.

Uzaydan Dünya'ya çarpan kozmik ışın radyasyonları, nihayet 1912'de bilim adamı Victor Hess'in serbest bir balon uçuşunda çeşitli irtifalara bir elektrometre taşımasıyla kesin olarak tanındı ve var olduğu kanıtlandı . Bu radyasyonların doğası ancak sonraki yıllarda yavaş yavaş anlaşılabildi.

Nötron ve nötron radyasyonu tarafından keşfedildi James Chadwick gibi diğer yüksek enerji parçacık ışınlarının 1932 bir dizi pozitronlar , muonlar ve cular parçacık radyasyon tipleri üretilmiştir kısa bir süre sonra kozmik ışın reaksiyonların sis odası incelenmesi ile tespit edildi, ve diğerleri Yapay olarak parçacık hızlandırıcılarda , yirminci yüzyılın son yarısı boyunca.

Uygulamalar

İlaç

Radyasyon ve radyoaktif maddeler teşhis, tedavi ve araştırma için kullanılır. Örneğin X ışınları kaslardan ve diğer yumuşak dokulardan geçer ancak yoğun maddeler tarafından durdurulur. X-ışınlarının bu özelliği, doktorların kırık kemikleri bulmasını ve vücutta büyüyebilecek kanserleri bulmasını sağlar. Doktorlar ayrıca radyoaktif bir madde enjekte ederek ve madde vücutta hareket ederken yayılan radyasyonu izleyerek belirli hastalıkları bulurlar. Kanser tedavisinde kullanılan radyasyona iyonlaştırıcı radyasyon denir çünkü içinden geçtiği dokuların hücrelerinde iyonlar oluşturur ve atomlardan elektron koparır. Bu, hücreleri öldürebilir veya genleri değiştirebilir, böylece hücreler büyüyemez. Radyo dalgaları, mikrodalgalar ve ışık dalgaları gibi diğer radyasyon biçimlerine iyonlaştırıcı olmayan denir. Çok fazla enerjileri olmadığı için hücreleri iyonize edemezler.

İletişim

Tüm modern iletişim sistemleri elektromanyetik radyasyon biçimlerini kullanır. Radyasyonun yoğunluğundaki değişiklikler, iletilen ses, resim veya diğer bilgilerdeki değişiklikleri temsil eder. Örneğin, bir insan sesi, dalganın sesteki karşılık gelen varyasyonlara göre değişmesini sağlayarak bir radyo dalgası veya mikrodalga olarak gönderilebilir. Müzisyenler ayrıca ses ve müzik üretmek için gama ışınları sonifikasyonu veya nükleer radyasyon kullanarak deneyler yaptılar.

Bilim

Araştırmacılar, bir zamanlar canlı bir organizmanın parçası olan malzemelerin yaşını belirlemek için radyoaktif atomları kullanıyor. Bu tür malzemelerin yaşı, radyokarbon tarihleme adı verilen bir işlemde içerdikleri radyoaktif karbon miktarı ölçülerek tahmin edilebilir . Benzer şekilde, diğer radyoaktif elementler kullanılarak, kayaların yaşı ve diğer jeolojik özellikler (hatta bazı insan yapımı nesneler bile) belirlenebilir; buna Radyometrik tarihleme denir . Çevre bilimciler, kirleticilerin çevrede izledikleri yolları belirlemek için izleyici atomlar olarak bilinen radyoaktif atomları kullanırlar .

Radyasyon, nötron aktivasyon analizi adı verilen bir süreçte malzemelerin bileşimini belirlemek için kullanılır . Bu süreçte bilim adamları, nötron adı verilen parçacıklarla bir madde örneğini bombalarlar. Numunedeki bazı atomlar nötronları emer ve radyoaktif hale gelir. Bilim adamları, yayılan radyasyonu inceleyerek numunedeki elementleri tanımlayabilirler.

Belirli radyasyon türlerinin sağlığa ve çevreye olası zararları

İyonlaştırıcı radyasyon belirli koşullarda canlı organizmalara zarar vererek kansere veya genetik hasara neden olabilir.

Belirli koşullarda iyonlaştırıcı olmayan radyasyon, yanıklar gibi canlı organizmalara da zarar verebilir . 2011 yılında , Dünya Sağlık Örgütü'nün (WHO) Uluslararası Kanser Araştırmaları Ajansı (IARC), radyo frekansı elektromanyetik alanları (mikrodalga ve milimetre dalgaları dahil) insanlar için kanserojen olabilecek şeyler listesine ekleyen bir bildiri yayınladı.

RWTH Aachen Üniversitesi'nin EMF-Portal web sitesi Elektromanyetik radyasyonun etkileri hakkında en büyük veri tabanlarından birini sunuyor . 12 Temmuz 2019 itibariyle, elektromanyetik alanların etkilerine ilişkin 28.547 yayın ve 6.369 bireysel bilimsel çalışma özeti bulunmaktadır.

Ayrıca bakınız

Notlar ve referanslar

Dış bağlantılar

• Radyasyon üzerinde In Our Zamanda at BBC
• Sağlık Fiziği Derneği Halk Eğitimi Web Sitesi
• Dünya Sağlık Örgütü'nden İyonize Radyasyon ve Radon
• Soru-Cevap: Radyasyona maruz kalmanın sağlık üzerindeki etkileri , BBC News , 21 Temmuz 2011.
• John Tyndall (1865), Radyasyon Üzerine , Rede Lecture (1. baskı), Londra: Longman , LCCN  05005356 , OCLC  4920745 , Wikidata  Q19086230