تابش الکترومغناطیسی،

1) در الکترودینامیک کلاسیک - فرآیند تشکیل یک میدان الکترومغناطیسی آزاد که در طول تعامل ذرات باردار الکتریکی (یا سیستم های آنها) رخ می دهد. در نظریه کوانتومی - فرآیند ایجاد (گسیل) فوتون ها هنگام تغییر وضعیت یک سیستم کوانتومی.

2) میدان الکترومغناطیسی آزاد - امواج الکترومغناطیسی.

پایه های نظریه کلاسیک تابش - الکترودینامیک - در نیمه اول قرن نوزدهم در آثار M. Faraday و J. C. Maxwell که ایده های فارادی را توسعه دادند و به قوانین تابش شکل ریاضی دقیقی دادند، گذاشته شد. از معادلات ماکسول نتیجه گرفت که امواج الکترومغناطیسی در خلاء در هر چارچوب مرجع با سرعت یکسان منتشر می شوند - سرعت نور c = 3·10 8 m/s. نظریه ماکسول بسیاری را توضیح داد پدیده های فیزیکی، ترکیبی نوری، الکتریکی و پدیده های مغناطیسی، اساس مهندسی برق و مهندسی رادیو شد، اما تعدادی از پدیده ها (به عنوان مثال، طیف اتم ها و مولکول ها) تنها پس از ایجاد نظریه کوانتومی تشعشع توضیح داده شدند که پایه های آن توسط M. Plath گذاشته شد. ، A. Einstein، N. Bohr، P. Dirac و دیگران توجیه کامل نظریه تابش در الکترودینامیک کوانتومی توسعه یافت که در دهه 1950 در آثار R. F. Feynman، J. Schwinger، F. Dyson و دیگران تکمیل شد.

ویژگی های فرآیند تابش و میدان الکترومغناطیسی آزاد (شدت تابش، طیف تابش، توزیع انرژی در آن، چگالی شار انرژی تابش و غیره) به خواص ذره باردار تابشی (یا سیستم ذرات) و شرایط آن بستگی دارد. تعامل با برق و/یا میدانهای مغناطیسی، منجر به تشعشع می شود. بنابراین، هنگامی که یک ذره باردار در اثر برهمکنش با اتم های آن ماده از یک ماده عبور می کند، سرعت ذره تغییر می کند و به اصطلاح bremsstrahlung ساطع می کند (به زیر مراجعه کنید). میدان الکترومغناطیسی آزاد، بسته به محدوده طول موج λ، تابش رادیویی (به امواج رادیویی)، تابش مادون قرمز، تابش نوری، تابش فرابنفش، تابش اشعه ایکس، تابش گاما نامیده می شود.

میدان الکترومغناطیسی یک ذره باردار که به طور یکنواخت و مستقیم در خلاء در فواصل دور از آن حرکت می کند ناچیز است و می توان گفت میدانی که با خود حمل می کند با همان سرعت با آن حرکت می کند. خواص چنین خود میدانی ذره باردار به بزرگی و جهت سرعت آن بستگی دارد و اگر ثابت باشد تغییر نمی کند. چنین ذره ای تشعشع نمی کند. اگر سرعت یک ذره باردار تغییر کرده باشد (مثلاً هنگام برخورد با ذره دیگر)، میدان خود قبل و بعد از تغییر سرعت متفاوت است - وقتی سرعت تغییر می کند، میدان خود دوباره مرتب می شود به طوری که بخشی از آن می شکند. خاموش است و دیگر با ذره باردار مرتبط نیست - به یک میدان آزاد تبدیل می شود. بنابراین، تشکیل امواج الکترومغناطیسی زمانی اتفاق می افتد که سرعت یک ذره باردار تغییر می کند. دلایل تغییر سرعت متفاوت است، بر این اساس، انواع مختلفتابش (bremsstrahlung، bremsstrahlung مغناطیسی و غیره). انتشار یک سیستم ذرات به ساختار آن بستگی دارد. می تواند شبیه تابش یک ذره باشد، یا نشان دهنده تابش دوقطبی (تابش دوقطبی) یا چند قطبی (تابش چند قطبی) باشد.

در طی نابودی یک الکترون و یک پوزیترون (به نابودی و تولید جفت مراجعه کنید)، یک میدان الکترومغناطیسی آزاد (فوتون) نیز تشکیل می‌شود. انرژی و تکانه ذرات نابود کننده حفظ می شوند، یعنی به میدان الکترومغناطیسی منتقل می شوند. این بدان معنی است که میدان تابشی همیشه دارای انرژی و تکانه است.

امواج الکترومغناطیسی تولید شده در طی فرآیند تابش، جریانی از انرژی را تشکیل می‌دهند که از منبع خارج می‌شود، چگالی آن S(r,t) (بردار Poynting انرژی جاری در واحد زمان از سطح واحد عمود بر جریان) در زمان t در فاصله r از ذره باردار تابشی متناسب است محصول برداریقدرت میدان های مغناطیسی H(r,t) و الکتریکی E(r,t):

کل انرژی W از دست رفته توسط یک ذره باردار در واحد زمان در طول فرآیند تابش را می توان با محاسبه شار انرژی در یک کره با شعاع بی نهایت بزرگ r بدست آورد.

جایی که dΩ. - عنصر زاویه جامد، n - بردار واحد در جهت انتشار تابش میدان ذاتی یک سیستم بارها در فواصل طولانی با فاصله بیشتر از 1/r کاهش می یابد و میدان تابش در فواصل زیاد از منبع به اندازه 1/ کاهش می یابد. r

انسجام ساطع کننده هاچگالی شار تابشی که از دو منبع یکسان به نقطه معینی در فضا می رسد با حاصل ضرب برداری مجموع شدت های الکتریکی E 1 (r, t) و E2 (r, t) و H 1 مغناطیسی متناسب است. میدان های r، t) و H2 (r، t) امواج الکترومغناطیسی از منابع 1 و 2:

نتیجه اضافه کردن دو موج صفحه سینوسی بستگی به فازهایی دارد که آنها به یک نقطه معین می رسند. اگر فازها یکسان باشند، میدان های E و H دو برابر می شوند و انرژی میدان در یک نقطه معین نسبت به انرژی میدان یک منبع 4 برابر افزایش می یابد. در مورد زمانی که امواج از دو منابع مختلفبه آشکارساز با فازهای مخالف، محصولات متقاطع میدان ها و [E 2 (r,t)H 1 (r,t)]در (3) صفر می شوند. در نتیجه انرژی دو تابنده به یک نقطه داده شده دو برابر یک تابنده می رسد. در مورد ساطع کننده های N، امواجی که از آنها به نقطه معینی در همان فاز می رسند، انرژی N 2 برابر افزایش می یابد. چنین تابشگرهایی منسجم نامیده می شوند. اگر فازهای امواجی که از هر ساطع کننده به آشکارساز می رسند تصادفی باشند، پس از اضافه شدن در نقطه مشاهده، میدان های تابشگرهای مختلف تا حدی لغو می شوند. سپس از منابع N آشکارساز انرژی N برابر بیشتر از یک منبع را ثبت می کند. چنین منابعی (و انتشار آنها) نامنسجم نامیده می شوند. اینها تقریباً همه منابع نور معمولی (شعله شمع، لامپ های رشته ای، لامپ های فلورسنت و غیره) را شامل می شود. در آنها، لحظات زمان انتشار هر اتم یا مولکول (و بر این اساس، فازهایی که در آن امواج تابش آنها به نقطه خاصی می رسد) تصادفی هستند. منابع تشعشعی منسجم لیزرهایی هستند که در آن شرایط برای روشن شدن همزمان همه اتم های ماده کار ایجاد می شود.

واکنش تشعشع.یک ذره باردار تابشی انرژی خود را از دست می دهد، به طوری که در فرآیند تابش نیرویی بر ذره ایجاد می شود که سرعت آن را کاهش می دهد و به آن نیروی واکنش تشعشع یا نیروی اصطکاک تشعشع می گویند. در سرعت های غیر نسبیتی ذرات باردار، نیروی واکنش تشعشع همیشه کوچک است، اما در سرعت های نزدیک به سرعت نور، می تواند نقش اصلی را ایفا کند. بنابراین، در میدان مغناطیسی زمین، تلفات انرژی ناشی از تابش الکترون های پرتوهای کیهانی، که انرژی بالایی دارند، به حدی است که الکترون ها نمی توانند به سطح زمین برسند. ذرات پرتوهای کیهانی با انرژی یکسان و جرم بیشتر نسبت به الکترون ها در اثر تابش انرژی کمتری از دست می دهند و به سطح زمین می رسند. نتیجه این است که ترکیب پرتوهای کیهانی ثبت شده در سطح زمین و از ماهواره ها ممکن است متفاوت باشد.

طول پیوستگی تابشفرآیندهای تابش در سرعت ذرات باردار غیر نسبیتی و فوق نسبیتی در اندازه منطقه ای از فضا که میدان تشعشع در آن شکل می گیرد متفاوت است. در حالت غیر نسبیتی (زمانی که سرعت v ذره کوچک است)، میدان تابش با سرعت نور از بار دور می‌شود و فرآیند تابش به سرعت پایان می‌یابد، اندازه ناحیه تشکیل تشعشع (طول پیوستگی) L بسیار کمتر از طول موج تابش λ، L~λv/s است. اگر سرعت ذره نزدیک به سرعت نور باشد (در سرعت‌های نسبیتی)، میدان تابشی حاصل و ذره‌ای که آن را ایجاد کرده است، برای مدت طولانی نزدیک به هم حرکت می‌کنند و با طی مسافت نسبتاً طولانی، از هم جدا می‌شوند. تشکیل میدان تابشی بسیار طولانی‌تر ادامه می‌یابد و طول L بسیار بیشتر از طول موج L~λγ است (که γ=-1/2 ضریب لورنتس ذره است).

Bremsstrahlungزمانی اتفاق می افتد که یک ذره باردار روی اتم های یک ماده پراکنده شود. اگر زمانی Δt که طی آن یک ذره با بار e در حین پراکندگی سرعت خود را از v 1 به v 2 تغییر می دهد، بسیار کمتر از زمان تشکیل تابش L/v باشد، آنگاه می توان تغییر در سرعت یک ذره باردار را آنی در نظر گرفت. سپس توزیع انرژی تابش بر روی زوایا و فرکانس های دایره ای ω به شکل زیر است:

با ضرب این عبارت در احتمال تغییر در سرعت ذرات در حین پراکندگی از v 1 به v 2 و ادغام عبارت حاصل در تمام v 2، می توان توزیع انرژی bremsstrahlung را در فرکانس ها و زوایا (مستقل از فرکانس) بدست آورد. ذرات سبک تر هنگام برهم کنش با اتم راحت تر منحرف می شوند، بنابراین شدت bremsstrahlung با مجذور جرم ذره سریع نسبت معکوس دارد. Bremsstrahlung علت اصلی اتلاف انرژی الکترونهای نسبیتی در ماده در مواردی است که انرژی الکترون از یک انرژی بحرانی معین بیشتر باشد که برای هوا 83 مگا ولت، Al 47 مگا الکترون ولت و برای سرب 59 مگا ولت است.

تابش Magnetobremsstrahlungزمانی اتفاق می افتد که یک ذره باردار در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند که مسیر حرکت آن را خم می کند. در یک میدان مغناطیسی ثابت و یکنواخت، مسیر یک ذره باردار با جرم m به صورت مارپیچی است، یعنی از حرکت یکنواخت در جهت میدان و چرخش به دور آن با فرکانس ωH = eH/γmс تشکیل شده است.

تناوب حرکت ذره به این واقعیت منجر می شود که امواجی که از خود ساطع می کند دارای فرکانس هایی مضرب ω H هستند: ω = Mω H، که در آن N = 1،2،3 ... . تابش ذرات فرانسبیتی در یک میدان مغناطیسی تابش سنکروترون نامیده می شود. این دارد طیف گسترده ایفرکانس هایی با حداکثر ω از مرتبه ω H γ 3 و سهم اصلی انرژی ساطع شده در محدوده فرکانس ω » ω H قرار دارد. فواصل بین فرکانس های مجاور در این مورد بسیار کمتر از فرکانس است، بنابراین فرکانس توزیع در طیف تابش سنکروترون را می توان تقریباً پیوسته در نظر گرفت. در محدوده فرکانس ω «ω Н γ 3 شدت تابش با فرکانس ω 2/3 افزایش می یابد و در محدوده فرکانس ω «ω Н γ 3 شدت تابش به صورت تصاعدی با افزایش فرکانس کاهش می یابد. تابش سینکروترون دارای واگرایی زاویه ای کوچکی است (در حد l/γ) و درجه بالاقطبش در صفحه مدار ذره تابش Magnetobremsstrahlung در سرعت های غیر نسبیتی ذرات باردار، تابش سیکلوترون نامیده می شود، فرکانس آن ω = ω H.

تشعشعات موج ساززمانی اتفاق می‌افتد که یک ذره باردار فرانسبیتی با انحرافات متناوب عرضی کوچک حرکت می‌کند، برای مثال، هنگام پرواز در یک تغییر دوره‌ای میدان الکتریکی(چنین میدانی به عنوان مثال در دستگاه های خاص - موج شکن ها تشکیل می شود). فرکانس ω تابش موج ساز با فرکانس نوسانات عرضی ω 0 ذره با رابطه مرتبط است.

که در آن θ زاویه بین سرعت ذره v و جهت انتشار تابش موج‌دار است. یک آنالوگ این نوع تابش تابشی است که در طول کانال‌کشی ذرات باردار در تک بلورها رخ می‌دهد، زمانی که ذره‌ای که بین صفحات گرافیکی کریستالی مجاور حرکت می‌کند، ارتعاشات عرضی را به دلیل تعامل با میدان درون کریستالی تجربه می‌کند.

تشعشعات واویلف-چرنکوفمشاهده شده است حرکت یکنواختیک ذره باردار در یک محیط با سرعتی بیشتر از سرعت فاز نور c/ε 1/2 در محیط (ε ثابت دی الکتریک محیط است). در این حالت، بخشی از میدان خود ذره از آن عقب می ماند و امواج الکترومغناطیسی را تشکیل می دهد که در زاویه ای نسبت به جهت حرکت ذره منتشر می شوند (به تابش واویلوف-چرنکوف مراجعه کنید)، که توسط برابری cos θ = c/vε 1 تعیین می شود. /2. برای کشف و توضیح این نوع اساساً جدید تابش، یافت شد کاربرد گستردهبرای اندازه گیری سرعت ذرات باردار، I. E. Tamm، I. M. Frank و P. A. Cherenkov جایزه گرفتند. جایزه نوبل (1958).

تابش انتقالی(پیش بینی شده توسط V.L. Ginzburg و I.M. Frank در سال 1946) با یونیفرم بوجود می آید حرکت مستقیمذره باردار در فضا با خواص دی الکتریک ناهمگن. اغلب، زمانی که یک ذره از سطح مشترک بین دو محیط با ثابت های دی الکتریک متفاوت عبور می کند، تشکیل می شود (اغلب این تابش انتقالی در نظر گرفته می شود؛ تابش انتقال را ببینید). میدان مناسب ذره ای که با سرعت ثابت در حرکت است محیط های مختلفمتفاوت است، به طوری که در سطح مشترک بین رسانه ها، بازسازی میدان خود رخ می دهد که منجر به تشعشع می شود. تابش انتقالی به جرم یک ذره سریع بستگی ندارد؛ شدت آن به سرعت ذره بستگی ندارد، بلکه به انرژی آن بستگی دارد، که این امکان را ایجاد می کند که روش های دقیق منحصر به فردی برای ثبت ذرات با انرژی فوق العاده بالا بر اساس آن ایجاد شود.

تابش پراشزمانی اتفاق می افتد که یک ذره باردار در خلاء نزدیک سطح یک ماده پرواز می کند، زمانی که میدان خود ذره به دلیل برهمکنش آن با ناهمگنی های سطح تغییر می کند. تابش پراش با موفقیت برای مطالعه خواص سطحی ماده مورد استفاده قرار گرفته است.

تابش از سیستم های ذرات باردار.

ساده ترین سیستمی که می تواند تابش کند یک دوقطبی الکتریکی با گشتاور دوقطبی متغیر است - سیستمی متشکل از دو ذره در حال نوسان با بار مخالف. هنگامی که میدان دوقطبی تغییر می کند، برای مثال، هنگامی که ذرات در امتداد خط مستقیمی که آنها را به یکدیگر متصل می کند (محور دوقطبی) نوسان می کنند، بخشی از میدان شکسته می شود و امواج الکترومغناطیسی تشکیل می شود. چنین تابشی غیر همسانگرد است، انرژی آن در جهات مختلف یکسان نیست: در جهت عمود بر محور نوسان ذرات حداکثر است و در جهت عمود وجود ندارد؛ برای جهات میانی شدت آن متناسب با sinθ 2 است (θ برابر است با زاویه بین جهت تابش و محور نوسان ذرات). ساطع کننده های واقعی، به عنوان یک قاعده، شامل تعداد زیادیذرات باردار مخالف، اما اغلب با در نظر گرفتن مکان و جزئیات حرکت آنها در فاصله دور از سیستم، اهمیتی ندارند. در این حالت، می توان توزیع واقعی را با "کشیدن" بارهای همنام به برخی از مراکز توزیع بار ساده کرد. اگر سیستم به عنوان یک کل از نظر الکتریکی خنثی باشد، تابش آن را می توان تقریباً تابش یک دوقطبی الکتریکی در نظر گرفت.

اگر تابش دوقطبی از سیستم وجود نداشته باشد، می توان آن را به صورت چهار قطبی یا بیشتر نشان داد سیستم پیچیده- چند قطبی هنگامی که بارها در آن حرکت می کنند، تابش چهار قطبی یا چند قطبی الکتریکی ایجاد می شود. منابع تابش همچنین می توانند سیستم هایی باشند که دوقطبی های مغناطیسی (مثلاً مداری با جریان) یا چند قطبی مغناطیسی را نشان می دهند. شدت تابش دوقطبی مغناطیسی، به طور معمول، (v/s) 2 برابر کمتر از شدت تابش دوقطبی الکتریکی است و به همان ترتیب قدر تابش چهار قطبی الکتریکی است.

نظریه کوانتومی تابش.الکترودینامیک کوانتومی فرآیندهای تابش توسط سیستم‌های کوانتومی (اتم‌ها، مولکول‌ها، هسته‌های اتمی و غیره) را در نظر می‌گیرد که رفتار آنها از قوانین مکانیک کوانتومی پیروی می‌کند. در این مورد، میدان الکترومغناطیسی آزاد به عنوان مجموعه ای از کوانتوم های این میدان - فوتون ها نشان داده می شود. انرژی فوتون E متناسب با فرکانس v است (v = ω/2π)، یعنی E = hv (h ثابت پلانک است)، و تکانه p متناسب با بردار موج k است: p = hk. انتشار یک فوتون با انتقال کوانتومی سیستم از حالت با انرژی E 1 به حالت با انرژی کمتر E 2 = E 1 - hv (از سطح انرژی E 1 به سطح E 2) همراه است. انرژی یک سیستم کوانتومی محدود (مثلاً یک اتم) کوانتیزه می شود، یعنی فقط مقادیر گسسته می گیرد. فرکانس تابش چنین سیستمی نیز گسسته است. بنابراین، تابش یک سیستم کوانتومی شامل خطوط طیفی منفرد با فرکانس‌های معین است، یعنی دارای یک طیف گسسته است. یک طیف تابشی پیوسته (جامد) زمانی به دست می آید که یکی (یا هر دو) از توالی مقادیر انرژی های اولیه و نهایی سیستمی که در آن گذار کوانتومی رخ می دهد، پیوسته باشد (مثلاً در حین ترکیب مجدد یک الکترون آزاد). و یک یون).

الکترودینامیک کوانتومی امکان محاسبه شدت تابش سیستم های مختلف، در نظر گرفتن احتمالات انتقال غیر تابشی، فرآیندهای انتقال تابش، محاسبه به اصطلاح اصلاحات تابش و سایر ویژگی های تابش سیستم های کوانتومی را فراهم می کند.

همه حالات اتم به جز حالت پایه (حالت هایی با حداقل انرژی) که برانگیخته نامیده می شود، ناپایدار هستند. با قرار گرفتن در آنها، اتم پس از مدت زمان معینی (حدود 10-8 ثانیه) به طور خود به خود یک فوتون ساطع می کند. چنین تشعشعی خود به خود یا خود به خود نامیده می شود. ویژگی های تابش خود به خودی اتم - جهت انتشار، شدت، قطبش - به شرایط خارجی. مجموعه طول موج تابش برای هر اتم مجزا است عنصر شیمیاییو طیف اتمی آن را نشان می دهد. تشعشع اصلی یک اتم تابش دوقطبی است، که فقط می تواند در طول گذارهای کوانتومی که توسط قوانین انتخاب برای انتقال دوقطبی الکتریکی مجاز است رخ دهد، یعنی تحت روابط معینی بین ویژگی ها (اعداد کوانتومی) حالت های اولیه و نهایی اتم. تابش چند قطبی یک اتم (به اصطلاح خطوط ممنوعه) نیز می تواند تحت شرایط خاصی ایجاد شود، اما احتمال انتقالی که در طی آن رخ می دهد کم است و شدت آن معمولاً کم است. تابش - تشعشع هسته های اتمیدر طول انتقال کوانتومی بین سطوح انرژی هسته ای رخ می دهد و توسط قوانین انتخاب مربوطه تعیین می شود.

تابش مولکول های مختلف، که در آن حرکات ارتعاشی و چرخشی ذرات باردار تشکیل دهنده آنها رخ می دهد، دارای طیف های پیچیده ای است که ساختار چرخشی-ارتعاشی- الکترونیکی دارند (به طیف های مولکولی مراجعه کنید).

احتمال گسیل یک فوتون با تکانه hk و انرژی hv با (nk + 1) متناسب است، که در آن n k تعداد فوتون های دقیقاً مشابه در سیستم قبل از لحظه گسیل است. هنگامی که n k = 0، انتشار خود به خودی رخ می دهد؛ اگر n k ≠ 0، انتشار تحریک شده نیز ظاهر می شود. یک فوتون تابش تحریک شده، بر خلاف فوتون خود به خود، دارای جهت انتشار، فرکانس و قطبش یکسان با فوتون تابش خارجی است. شدت انتشار تحریک شده متناسب با تعداد فوتون های تابش خارجی است. وجود انتشار تحریک شده در سال 1916 توسط A. Einstein فرض شد که احتمال انتشار تحریک شده را محاسبه کرد (به ضرایب اینشتین مراجعه کنید). در شرایط عادی، احتمال (و بنابراین شدت) انتشار تحریک شده کم است، با این حال، در ژنراتورهای کوانتومی (لیزرها)، برای افزایش n k، ماده فعال (امیتر) در تشدیدگرهای نوری قرار می گیرد که فوتون های تشعشع خارجی را نزدیک نگه می دارد. آی تی. هر فوتون ساطع شده توسط یک ماده nk را افزایش می دهد، بنابراین شدت تابش با k معین در شدت کم تابش فوتون ها با همه k های دیگر به سرعت افزایش می یابد. در نتیجه، ژنراتور کوانتومی منبع تابش تحریک شده با باند بسیار باریکی از مقادیر v و k است - تابش منسجم. میدان چنین تشعشعی بسیار شدید است، می تواند از نظر قدر با میدان های درون مولکولی قابل مقایسه باشد و برهمکنش تابش یک ژنراتور کوانتومی (تابش لیزر) با ماده غیرخطی می شود (نگاه کنید به اپتیک غیرخطی).

تشعشعات اجسام مختلف حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار، خواص و فرآیندهایی است که در آنها رخ می دهد. مطالعه آن یک راه قدرتمند و اغلب تنها (به عنوان مثال، برای اجرام کیهانی) برای مطالعه آنها است. نظریه تابش نقش ویژه ای در شکل گیری تصویر فیزیکی مدرن از جهان دارد. در فرآیند ساخت این نظریه، نظریه نسبیت و مکانیک کوانتومی به وجود آمد، منابع تابشی جدید ایجاد شد و تعدادی دستاورد در زمینه مهندسی رادیو، الکترونیک و غیره به دست آمد.

متن: Akhiezer A. I.، Berestetsky V. B. الکترودینامیک کوانتومی. ویرایش 4 م.، 1981; Landau L.D., Lifshits E.M. نظریه میدان. ویرایش هشتم م.، 2001; Tamm I.E. مبانی تئوری الکتریسیته. ویرایش یازدهم م.، 2003.

پرتوهای یونیزه کننده تک انرژی- تشعشعات یونیزان، متشکل از فوتون های هم انرژی یا ذرات یک نوع با انرژی جنبشی یکسان.

پرتوهای یونیزان مخلوط- تشعشعات یونیزان، متشکل از ذرات انواع مختلف یا از ذرات و فوتون ها.

تابش یونیزان هدایت شدهتابش یونیزان با جهت انتشار انتخاب شده

پس زمینه تشعشع طبیعی- تشعشعات یونیزه کننده ایجاد شده توسط تشعشعات کیهانی و تابش از مواد رادیواکتیو طبیعی توزیع شده طبیعی (در سطح زمین، در جو سطح، در غذا، آب، در بدن انسان و غیره).

زمینه - تشعشعات یونیزان، متشکل از یک پس زمینه طبیعی و تشعشعات یونیزان از منابع خارجی.

تشعشعات کیهانی- تشعشعات یونیزان که شامل تشعشعات اولیه از فضای بیرونی و تشعشعات ثانویه ناشی از برهمکنش تابش اولیه با جو است.

پرتو باریک تابش- هندسه تشعشعی که در آن آشکارساز فقط تشعشعات پراکنده نشده از منبع را ثبت می کند.

پرتو گسترده تابش- چنین هندسه تابشی که در آن آشکارساز تابش پراکنده و پراکنده از منبع را ثبت می کند.

رشته تابش یونیزه کننده - توزیع فضایی و زمانی پرتوهای یونیزان در محیط مورد بررسی.

شار ذرات یونیزه کننده (فوتون)- نسبت تعداد ذرات یونیزه کننده (فوتون) dN که در یک بازه زمانی dt از یک سطح معین عبور می کنند به این بازه: F = dN/dt.

جریان انرژی ذرات- نسبت انرژی ذرات در حال سقوط به بازه زمانی Ψ=dE/dt.

چگالی شار ذرات یونیزه کننده (فوتون)- نسبت شار ذرات یونیزه کننده (فوتون) dF

نفوذ به حجم یک کره ابتدایی، به سطح مقطع مرکزی dS این کره: φ = dF/dS = d 2 N/dtdS. (چگالی شار انرژی ذرات به طور مشابه تعیین می شود).

جریان (انتقال) ذرات یونیزه کننده (فوتون)- نسبت تعداد ذرات یونیزه کننده (فوتون) dN که به حجم یک کره ابتدایی نفوذ می کنند به سطح مقطع مرکزی dS این کره: Ф = dN/dS.

طیف انرژی ذرات یونیزه کننده- توزیع ذرات یونیزه کننده بر اساس انرژی آنها. انرژی موثر فوتون- انرژی فوتون های چنین فوتون تک انرژی

تشعشعی که تضعیف نسبی آن در یک جاذب با ترکیب معین و ضخامت معین مانند تابش فوتون غیر تک انرژی مورد بررسی است.

انرژی طیف مرزیتابش β - بالاترین انرژی ذرات β در طیف انرژی پیوسته تابش β یک رادیونوکلئید معین.

تابش آلبدو- نسبت تعداد ذرات (فوتون) منعکس شده از رابط بین دو رسانه به تعداد ذرات (فوتون) برخورد شده بر روی رابط.

تابش تاخیری: ذرات ساطع شده از محصولات شکافت، برخلاف ذرات (نوترون ها و پرتوهای گاما) که مستقیماً در لحظه شکافت تولید می شوند.

یونیزاسیون در گازها:حذف یک یا چند الکترون از یک اتم یا مولکول گاز. در نتیجه یونیزاسیون، حامل‌های بار آزاد (الکترون‌ها و یون‌ها) در گاز ظاهر می‌شوند و توانایی هدایت را به دست می‌آورند. برق.

اصطلاح "تابش" طیف وسیعی از امواج الکترومغناطیسی، از جمله طیف مرئی، مناطق مادون قرمز و فرابنفش، و همچنین امواج رادیویی، جریان الکتریکی و تشعشعات یونیزان را در بر می گیرد. تمام عدم تشابه این پدیده ها فقط به دلیل فرکانس (طول موج) تابش است. تشعشعات یونیزان می تواند سلامت انسان را به خطر بیندازد. و تابش یونیزه کننده(تابش) - نوعی تشعشع که تغییر می کند حالت فیزیکیاتم ها یا هسته های اتمی، آنها را به یون های باردار الکتریکی یا محصولات واکنش های هسته ای تبدیل می کند. تحت شرایط خاص، وجود چنین یون ها یا محصولات واکنش های هسته ای در بافت های بدن می تواند روند فرآیندها را در سلول ها و مولکول ها تغییر دهد و با تجمع این رویدادها می تواند روند را مختل کند. واکنش های بیولوژیکیدر بدن، یعنی سلامت انسان را به خطر می اندازد.

2. انواع تشعشعات

بین تابش جسمی متشکل از ذرات با جرم متفاوت از صفر و تابش الکترومغناطیسی (فوتون) تمایز قائل شد.

2.1. تابش کورپوسکولار

تشعشعات یونیزان کورپوسکولار شامل تابش آلفا، الکترون، پروتون، نوترون و تابش مزون است. تابش جسمی متشکل از جریانی از ذرات باردار (ذرات α-، β-ذرات، پروتون ها، الکترون ها) که انرژی جنبشی آن برای یونیزه کردن اتم ها کافی است.

برخورد، متعلق به کلاس پرتوهای یونیزان مستقیم است. نوترون‌ها و سایر ذرات بنیادی مستقیماً یونیزاسیون تولید نمی‌کنند، اما در فرآیند برهمکنش با محیط، ذرات باردار (الکترون‌ها، پروتون‌ها) را آزاد می‌کنند که قادر به یونیزه کردن اتم‌ها و مولکول‌های محیطی هستند که از آن عبور می‌کنند.

بر این اساس، تشعشعات جسمی متشکل از جریانی از ذرات بدون بار را تابش یونیزه کننده غیرمستقیم می نامند.

عکس. 1. طرح زوال 212 Bi.

2.1.1 تابش آلفا

ذرات آلفا (ذرات α) هسته‌های یک اتم هلیوم هستند که در طی واپاشی α توسط برخی اتم‌های رادیواکتیو ساطع می‌شوند. α - ذره از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده است.

تابش آلفا جریانی از هسته های اتم هلیوم است (با بار مثبت و

ذرات نسبتا سنگین).

تابش طبیعی آلفا در نتیجه فروپاشی رادیواکتیو هسته، مشخصه هسته های ناپایدار عناصر سنگین است که با عدد اتمی بیش از 83 شروع می شود، یعنی. برای رادیونوکلئیدهای طبیعی سری اورانیوم و توریم و همچنین برای عناصر ترانس اورانیوم به دست آمده مصنوعی.

یک نمودار معمولی از واپاشی یک رادیونوکلئید طبیعی در شکل 1 ارائه شده است، و طیف انرژی ذرات α تشکیل شده در طول تجزیه یک رادیونوکلئید در شکل نشان داده شده است.

شکل 2.

شکل 2 طیف انرژی ذرات α

احتمال واپاشی α به این دلیل است که جرم (و بنابراین، انرژی کل یون) هسته رادیواکتیو α بیشتر از مجموع جرم‌های ذره α و هسته دختر تشکیل شده پس از α است. -پوسیدگی انرژی اضافی هسته اصلی (مادر) به صورت انرژی جنبشی ذره α و پس زدن هسته دختر آزاد می شود. ذرات α هسته های هلیوم با بار مثبت هستند - 2 He4 و با سرعت 15-20 هزار کیلومتر بر ثانیه از هسته پرواز می کنند. در راه خود یونیزاسیون قوی محیط را تولید می کنند،

جدا کردن الکترون ها از مدار اتم ها

محدوده ذرات α در هوا حدود 5-8 سانتی متر، در آب - 30-50 میکرون، در فلزات - 10-20 میکرون است. هنگامی که توسط اشعه α یونیزه می شود، تغییرات شیمیایی در ماده مشاهده می شود و ساختار کریستالی مختل می شود. مواد جامد. از آنجایی که دافعه الکترواستاتیکی بین ذره α و هسته وجود دارد، احتمال واکنش های هسته ای تحت تأثیر ذرات α رادیونوکلئیدهای طبیعی (حداکثر انرژی 8.78 MeV y214 Po) بسیار کم است و فقط روی هسته های سبک (Li) مشاهده می شود. , Be, B, C, N, Na, Al) با تشکیل ایزوتوپ های رادیواکتیوو نوترون های آزاد

2.1.2 تابش پروتون

تابش پروتون- تشعشعات تولید شده در طی واپاشی خود به خودی هسته های اتمی فاقد نوترون یا به عنوان پرتو خروجی یک شتاب دهنده یونی (مثلاً یک سنکروفازوتورون).

2.1.3 تابش نوترونی

تابش نوترونی -جریانی از نوترون ها که انرژی خود را در برهمکنش های الاستیک و غیر کشسان با هسته های اتمی تبدیل می کنند. فعل و انفعالات غیرالاستیک، تشعشعات ثانویه تولید می کنند که می تواند هم از ذرات باردار و هم از کوانتاهای گاما (تابش گاما) تشکیل شده باشد. در فعل و انفعالات الاستیک، یونیزاسیون معمولی یک ماده امکان پذیر است.

منابع تشعشعات نوترونی عبارتند از: رادیونوکلئیدهای شکافت پذیر خود به خود. منابع نوترونی رادیونوکلئیدی ساخته شده ویژه؛ شتاب دهنده های الکترون، پروتون، یون؛ راکتورهای هسته ای؛ تابش کیهانی

از دیدگاه بیولوژیکینوترون ها در واکنش های هسته ای (در راکتورهای هسته ایو در سایر تاسیسات صنعتی و آزمایشگاهی و همچنین در هنگام انفجارهای هسته ای).

نوترون ها ندارند شارژ الکتریکی. به طور معمول، نوترون ها، بسته به انرژی جنبشی خود، به سریع (تا 10 مگا ولت)، فوق سریع، متوسط، آهسته و حرارتی تقسیم می شوند. تابش نوترونی قدرت نفوذ بالایی دارد. نوترون های آهسته و حرارتی وارد واکنش های هسته ای می شوند که می تواند منجر به تشکیل ایزوتوپ های پایدار یا رادیواکتیو شود.

نوترون آزاد یک ذره ناپایدار و از نظر الکتریکی خنثی با موارد زیر است

خواص:

	بار (e - بار الکترون)			qn = (1.1 ± 0.4) 10-21 e
					00004 ± 939.56533 مگا ولت،
	در واحدهای اتمی			1.00866491578 ± 0.00000000055 amu
	تفاوت جرم بین نوترون و پروتون			mn - mp = 1.2933318 ± 0.0000005 MeV،
	در واحدهای اتمی			0.0013884489 ± 0.0000000006 amu
	طول عمر			tn = 885.4 ± 0.9stat ± 0.4syst s
	لحظه مغناطیسی			mn = -1.9130427 ± 0.0000005 mN
	لحظه دوقطبی الکتریکی			dn< 0,63·10-25 e ·см (CL=90%)
	قطبش پذیری الکتریکی
				یک = (	)·10-3 fm 3

این ویژگی‌های نوترون، استفاده از آن را از یک سو به‌عنوان شی مورد مطالعه و از سوی دیگر به‌عنوان ابزاری برای انجام تحقیقات ممکن می‌سازد. در مورد اول بررسی می کنیم خواص منحصر به فردنوترون، که مرتبط است و تعیین دقیق ترین و مطمئن ترین پارامترهای بنیادی برهمکنش الکتروضعیف را ممکن می سازد و در نتیجه مدل استاندارد را تایید یا رد می کند. وجود یک گشتاور مغناطیسی در یک نوترون از قبل نشان دهنده آن است ساختار پیچیده، یعنی «غیر ابتدایی بودن» آن. در حالت دوم، برهمکنش نوترون های غیرقطبی و قطبی شده با انرژی های مختلف با هسته ها امکان استفاده از آنها را در فیزیک هسته ها و ذرات بنیادی فراهم می کند. مطالعه اثرات نقض برابری فضایی و تغییر ناپذیری زمان معکوس در فرآیندهای مختلف - از نوری نوترونی تا شکافت هسته ای توسط نوترون ها - بسیار دور از ذهن است. لیست کاملمرتبط ترین زمینه های تحقیق در حال حاضر.

این واقعیت که نوترون‌های راکتور حرارتی دارای طول موج‌های قابل مقایسه با فواصل بین اتمی در ماده هستند، آنها را به ابزاری ضروری برای مطالعه ماده متراکم تبدیل می‌کند. برهمکنش نوترون ها با اتم ها نسبتا ضعیف است، که به نوترون ها اجازه می دهد تا کاملاً عمیق در ماده نفوذ کنند - این مزیت قابل توجه آنها در مقایسه با پرتوهای ایکس و پرتوهای γ و همچنین پرتوهای ذرات باردار است. به دلیل وجود جرم، نوترون ها در یک تکانه (از این رو، در طول موج یکسان) انرژی به طور قابل توجهی کمتر از پرتوهای ایکس و پرتو - γ دارند و معلوم می شود که این انرژی با انرژی ارتعاشات حرارتی اتم ها و اتم ها قابل مقایسه است. مولکول‌های موجود در ماده، این امکان را فراهم می‌کند که نه تنها ساختار اتمی استاتیک متوسط ​​یک ماده، بلکه فرآیندهای دینامیکی که در آن اتفاق می‌افتد را نیز مطالعه کنیم. وجود یک گشتاور مغناطیسی در نوترون ها امکان استفاده از آنها را برای مطالعه ساختار مغناطیسی و برانگیختگی های مغناطیسی ماده فراهم می کند که برای درک خواص و ماهیت مغناطیس مواد بسیار مهم است.

پراکندگی نوترون ها توسط اتم ها عمدتاً به دلیل نیروهای هسته ایبنابراین، سطح مقطع پراکندگی منسجم آنها به هیچ وجه به عدد اتمی مربوط نمی شود (برخلاف پرتوهای ایکس و γ). بنابراین، تابش مواد با نوترون ها، تشخیص موقعیت اتم های عناصر نور (هیدروژن، اکسیژن و غیره) را امکان پذیر می کند، که شناسایی آنها با استفاده از اشعه ایکس و پرتوهای γ - تقریبا غیرممکن است. به همین دلیل، نوترون ها با موفقیت در مطالعه اشیاء بیولوژیکی، در علم مواد، در پزشکی و سایر زمینه ها استفاده می شوند. علاوه بر این، تفاوت در مقاطع پراکندگی نوترون برای ایزوتوپ‌های مختلف نه تنها تشخیص عناصر موجود در یک ماده با اعداد اتمی مشابه، بلکه مطالعه ترکیب ایزوتوپی آنها را نیز ممکن می‌سازد. وجود ایزوتوپ هایی با دامنه پراکندگی همدوس منفی می دهد فرصت منحصر به فردمتضاد رسانه های مورد مطالعه، که اغلب در زیست شناسی و پزشکی نیز استفاده می شود.

پراکندگی منسجم- پراکندگی تابش با پایستگی فرکانس و با فازی که با فاز تابش اولیه با π تفاوت دارد. موج پراکنده ممکن است با موج فرودی یا سایر امواج پراکنده منسجم تداخل داشته باشد.

ما همه جا محاصره شده ایم میدان های الکترومغناطیسی. بسته به دامنه موج آنها، آنها می توانند به روش های مختلف بر موجودات زنده تأثیر بگذارند. تشعشعات غیریونیزان ملایم تر در نظر گرفته می شوند، اما گاهی اوقات ناایمن هستند. این پدیده ها چه هستند و چه تأثیری بر بدن ما دارند؟

پرتوهای غیریونیزان چیست؟

انرژی به شکل ذرات کوچک و امواج حرکت می کند. فرآیند انتشار و انتشار آن را تشعشع می گویند. بر اساس ماهیت تأثیر بر اشیاء و بافت های زنده، دو نوع اصلی متمایز می شود. اولین - یونیزه کننده، نشان دهنده جریان هایی از ذرات بنیادی است که در نتیجه شکافت اتم ها تشکیل می شوند. این شامل پرتوهای رادیواکتیو، اشعه ایکس، تابش گرانشی و پرتوهای هاوکینگ است.

مورد دوم شامل تشعشعات غیریونیزان است. اساساً اینها امواج الکترومغناطیسی هستند که بیش از 1000 نانومتر هستند و مقدار انرژی آزاد شده کمتر از 10 کو ولت است. به شکل مایکروویو عمل می کند و در نتیجه نور و گرما تولید می شود.

برخلاف نوع اول، این تابش مولکول ها و اتم های ماده ای را که تحت تأثیر قرار می دهد یونیزه نمی کند، یعنی پیوند بین مولکول های آن را نمی شکند. البته در اینجا نیز استثنائاتی وجود دارد. بنابراین، انواع خاصی، به عنوان مثال، اشعه ماوراء بنفش، می توانند یک ماده را یونیزه کنند.

انواع پرتوهای غیر یونیزان

تابش الکترومغناطیسی مفهومی بسیار گسترده تر از پرتوهای غیریونیزان است. پرتوهای ایکس و گاما با فرکانس بالا نیز الکترومغناطیسی هستند، اما سخت‌تر هستند و ماده را یونیزه می‌کنند. همه انواع دیگر EMR غیریونیزه هستند، انرژی آنها برای تداخل در ساختار ماده کافی نیست.

طولانی ترین آنها امواج رادیویی هستند که دامنه آنها از بسیار طولانی (بیش از 10 کیلومتر) تا فوق کوتاه (10 متر - 1 میلی متر) است. امواج سایر تشعشعات EM کمتر از 1 میلی متر است. پس از انتشار رادیو، تابش مادون قرمز یا حرارتی، طول امواج آن به دمای گرمایش بستگی دارد.

نور مرئی و اولی نیز غیر یونیزه هستند.نور اولی اغلب نوری نامیده می شود. طیف آن به پرتوهای مادون قرمز بسیار نزدیک است و هنگامی که اجسام گرم می شوند تشکیل می شود. اشعه ماوراء بنفشنزدیک به اشعه ایکس، بنابراین می تواند توانایی یونیزاسیون را داشته باشد. در طول موج های 400 تا 315 نانومتر با چشم انسان قابل تشخیص است.

منابع

تابش الکترومغناطیسی غیر یونیزه می تواند منشأ طبیعی یا مصنوعی داشته باشد. یکی از منابع طبیعی اصلی خورشید است. انواع تشعشعات را به بیرون می فرستد. نفوذ کامل آنها به سیاره ما توسط جو زمین جلوگیری می شود. به لطف لایه اوزون، رطوبت و دی اکسید کربن، اثر پرتوهای مضر تا حد زیادی کاهش می یابد.

برای امواج رادیویی، منبع طبیعی می تواند رعد و برق و همچنین اجسام فضایی باشد. اشعه مادون قرمز حرارتی می تواند توسط هر جسمی که تا دمای مورد نیاز گرم شده است ساطع شود، اگرچه تشعشع اصلی از اجسام مصنوعی می آید. بنابراین، منابع اصلی آن بخاری ها، مشعل ها و لامپ های معمولی رشته ای هستند که در هر خانه ای وجود دارند.

تاثیر بر انسان

تابش الکترومغناطیسی با طول موج، فرکانس و قطبش مشخص می شود. قدرت تأثیر آن به همه این معیارها بستگی دارد. هر چه موج طولانی‌تر باشد، انرژی کمتری به جسم منتقل می‌کند، یعنی آسیب کمتری دارد. تابش در محدوده دسی متر-سانتی متر مخرب ترین است.

قرار گرفتن طولانی مدت در معرض پرتوهای غیریونیزان می تواند به سلامت آسیب برساند، اگرچه در دوزهای متوسط ​​می تواند مفید باشد. می تواند باعث سوختگی پوست و قرنیه شود و باعث جهش های مختلف شود. و در پزشکی از آنها برای سنتز ویتامین D3 در پوست، استریل کردن تجهیزات و ضد عفونی آب و هوا استفاده می شود.

در پزشکی اشعه مادون قرمزبرای بهبود متابولیسم و ​​تحریک گردش خون، ضد عفونی استفاده می شود محصولات غذایی. اگر بیش از حد گرم شود، این تابش می تواند غشای مخاطی چشم را به شدت خشک کند و با حداکثر قدرت، حتی مولکول DNA را از بین ببرد.

امواج رادیویی برای ارتباطات سیار و رادیویی، سیستم های ناوبری، تلویزیون و سایر اهداف استفاده می شود. قرار گرفتن مداوم در معرض فرکانس‌های رادیویی ناشی از لوازم خانگی می‌تواند تحریک‌پذیری سیستم عصبی را افزایش داده، عملکرد مغز را مختل کند و تأثیر منفی بگذارد. سیستم قلبی عروقیو عملکرد تولید مثل

رادیواکتیویته در سال 1896 توسط دانشمند فرانسوی Antoine Henri Becquerel هنگام مطالعه درخشندگی نمک های اورانیوم کشف شد. معلوم شد که نمک های اورانیوم، بدون تأثیر خارجی (به طور خود به خود)، تشعشعاتی با ماهیت ناشناخته منتشر می کنند، که صفحات عکاسی جدا شده از نور را روشن می کند، هوا را یونیزه می کند، از طریق صفحات فلزی نازک نفوذ می کند و باعث درخشندگی تعدادی از مواد می شود. مواد حاوی پولونیوم 21084Po و رادیوم 226 88Ra دارای همین ویژگی بودند.

حتی قبل از آن، در سال 1985، اشعه ایکس به طور تصادفی توسط فیزیکدان آلمانی ویلهلم رونتگن کشف شد. ماری کوری کلمه "رادیواکتیویته" را ابداع کرد.

رادیواکتیویته یک تبدیل (واپاشی) خود به خودی هسته یک اتم یک عنصر شیمیایی است که منجر به تغییر در عدد اتمی آن یا تغییر در عدد جرمی می شود. با این تبدیل هسته، تشعشعات رادیواکتیو ساطع می شود.

بین رادیواکتیویته طبیعی و مصنوعی تمایز وجود دارد. رادیواکتیویته طبیعی رادیواکتیویته ای است که در ایزوتوپ های ناپایدار موجود در طبیعت مشاهده می شود. رادیواکتیویته مصنوعی، رادیواکتیویته ایزوتوپ هایی است که در نتیجه واکنش های هسته ای به دست می آیند.

انواع مختلفی از تشعشعات رادیواکتیو وجود دارد که از نظر انرژی و توانایی نفوذ متفاوت هستند که اثرات متفاوتی بر بافت‌های موجود زنده می‌گذارند.

تابش آلفاجریانی از ذرات با بار مثبت است که هر کدام از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده است. قابلیت نفوذ این نوع تابش کم است. توسط چند سانتی متر هوا، چندین ورق کاغذ و لباس معمولی نگه داشته می شود. اشعه آلفا می تواند برای چشم خطرناک باشد. عملاً قادر به نفوذ به لایه خارجی پوست نیست و تا زمانی که رادیونوکلئیدهایی که ذرات آلفا را ساطع می کنند از طریق بدن وارد بدن نمی شوند، خطری ایجاد نمی کند. زخم باز، با غذا یا هوای استنشاقی - در این صورت آنها می توانند بسیار خطرناک شوند. در نتیجه تابش ذرات آلفای نسبتاً سنگین و با بار مثبت، آسیب جدی به سلول‌ها و بافت‌های موجودات زنده در مدت زمان معینی می‌تواند رخ دهد.

تابش بتاجریانی از الکترون های با بار منفی است که با سرعت بسیار زیاد حرکت می کنند که اندازه و جرم آن بسیار کوچکتر از ذرات آلفا است. این تابش در مقایسه با تابش آلفا قدرت نفوذ بیشتری دارد. می توانید با یک ورقه فلزی نازک مانند آلومینیوم یا یک لایه چوب به ضخامت 1.25 سانتی متر از خود در برابر آن محافظت کنید.اگر فردی لباس ضخیم نپوشد، ذرات بتا می توانند تا عمق چند میلی متری به پوست نفوذ کنند. اگر بدن با لباس پوشانده نشود، اشعه بتا می تواند به پوست آسیب برساند؛ این اشعه تا عمق 1-2 سانتی متری وارد بافت بدن می شود.

تابش گاما،مانند اشعه ایکس، تابش الکترومغناطیسی با انرژی های فوق العاده بالا است. این تابش طول موج های بسیار کوتاه و فرکانس های بسیار بالا است. هرکسی که تحت معاینه پزشکی قرار گرفته باشد با اشعه ایکس آشنایی دارد. تشعشعات گاما دارای قدرت نفوذ بالایی هستند، تنها با یک لایه ضخیم سرب یا بتن می توانید از خود در برابر آن محافظت کنید. پرتوهای ایکس و گاما بار الکتریکی ندارند. آنها می توانند به هر اندامی آسیب برسانند.

همه انواع تشعشعات رادیواکتیو را نمی توان دید، حس کرد یا شنید. تشعشع نه رنگ دارد، نه طعم و نه بو. سرعت تجزیه رادیونوکلئیدها عملاً با روشهای شناخته شده شیمیایی، فیزیکی، بیولوژیکی و غیره قابل تغییر نیست. هر چه تابش انرژی بیشتری به بافت ها منتقل شود، آسیب بیشتری به بدن وارد می کند. مقدار انرژی منتقل شده به بدن را دوز می گویند. بدن می تواند از هر نوع تشعشع، از جمله رادیواکتیو، دوز تابش دریافت کند. در این حالت رادیونوکلئیدها می توانند در خارج از بدن یا داخل آن قرار گیرند. مقدار انرژی تابشی که به ازای واحد جرم جسم تابیده شده جذب می شود، دز جذبی نامیده می شود و در سیستم SI با رنگ خاکستری (Gy) اندازه گیری می شود.

برای همان دوز جذب شده، تابش آلفا بسیار خطرناک تر از پرتوهای بتا و گاما است. سطح تاثیر انواع مختلفتشعشع به ازای هر فرد با استفاده از مشخصه ای به عنوان معادل دوز ارزیابی می شود. به روش های مختلف به بافت های بدن آسیب می رساند. در سیستم SI با واحدهایی به نام سیورت (Sv) اندازه گیری می شود.

واپاشی رادیواکتیو، تبدیل رادیواکتیو طبیعی هسته‌ها است که خود به خود اتفاق می‌افتد. هسته ای که تحت واپاشی رادیواکتیو قرار می گیرد، هسته مادر نامیده می شود. هسته دختر حاصل، به طور معمول، برانگیخته می شود و انتقال آن به حالت پایه با انتشار یک فوتون γ همراه است. که تابش گاما شکل اصلی کاهش انرژی محصولات برانگیخته تبدیلات رادیواکتیو است.

فروپاشی آلفا. پرتوهای β شار هسته های هلیوم He هستند. واپاشی آلفا با خروج یک ذره آلفا (He) از هسته همراه است که در ابتدا به هسته اتم یک عنصر شیمیایی جدید تبدیل می شود که بار آن 2 کمتر و عدد جرمی آن 4 واحد کمتر است.

سرعتی که در آن ذرات α (یعنی هسته های He) از هسته در حال فروپاشی به بیرون پرواز می کنند بسیار زیاد است (~ 106 متر بر ثانیه).

با پرواز در میان ماده، یک ذره α به تدریج انرژی خود را از دست می دهد و آن را صرف یونیزه کردن مولکول های ماده می کند و در نهایت متوقف می شود. یک ذره آلفا در هر 1 سانتی متر مسیر تقریباً 106 جفت یون در مسیر خود تشکیل می دهد.

هر چه چگالی ماده بیشتر باشد، محدوده ذرات α قبل از توقف کوتاهتر است. در هوا با فشار طبیعی، محدوده چندین سانتی متر، در آب، در بافت های انسان (عضلات، خون، لنف) 0.1-0.15 میلی متر است. ذرات α به طور کامل توسط یک تکه کاغذ معمولی مسدود می شوند.

ذرات α در صورت تابش خارجی بسیار خطرناک نیستند، زیرا ممکن است توسط لباس و لاستیک به تعویق بیفتد. اما ذرات α به دلیل چگالی یونیزاسیون بالایی که تولید می کنند، زمانی که وارد بدن انسان می شوند بسیار خطرناک هستند. آسیبی که در بافت ایجاد می شود قابل برگشت نیست.

پوسیدگی بتا در سه نوع وجود دارد. اولی - هسته ای که دستخوش دگرگونی شده است ، الکترون ساطع می کند ، دومی - پوزیترون ، سومی - گرفتن الکترون (e-capture) نامیده می شود ، هسته یکی از الکترون ها را جذب می کند.

سومین نوع واپاشی (گرفتن الکترون) زمانی است که یک هسته یکی از الکترون های اتم خود را جذب می کند، در نتیجه یکی از پروتون ها به نوترون تبدیل می شود و یک نوترینو ساطع می کند:

سرعت حرکت ذرات β در خلاء 0.3 تا 0.99 سرعت نور است. آنها سریعتر از ذرات آلفا هستند، از طریق اتم های روبرو پرواز می کنند و با آنها تعامل دارند. ذرات β اثر یونیزاسیون کمتری دارند (50-100 جفت یون در هر 1 سانتی متر مسیر در هوا) و هنگامی که یک ذره β وارد بدن می شود، خطر کمتری نسبت به ذرات α دارند. با این حال، توانایی نفوذ ذرات β بالا است (از 10 سانتی متر تا 25 متر و تا 17.5 میلی متر در بافت های بیولوژیکی).

تشعشعات گاما تابش الکترومغناطیسی است که از هسته اتم در طی تبدیلات رادیواکتیو ساطع می شود و در خلاء با سرعت ثابت 300000 کیلومتر بر ثانیه منتشر می شود. این تشعشع معمولاً با فروپاشی β و در موارد کمتر با واپاشی α همراه است.

پرتوهای γ مشابه پرتوهای ایکس هستند، اما انرژی بسیار بالاتری دارند (در طول موج کوتاهتر). پرتوهای γ، که از نظر الکتریکی خنثی هستند، در میدان های مغناطیسی و الکتریکی منحرف نمی شوند. در ماده و خلاء، آنها به طور مستقیم و یکنواخت در همه جهات از منبع منتشر می شوند، بدون اینکه باعث یونیزاسیون مستقیم شوند؛ هنگام حرکت در محیط، الکترون ها را از بین می برند و بخشی یا تمام انرژی خود را به آنها منتقل می کنند که فرآیند یونیزاسیون را ایجاد می کند. برای 1 سانتی متر سفر، پرتوهای γ 1-2 جفت یون را تشکیل می دهند. در هوا از چند صد متر و حتی کیلومتر، در بتن - 25 سانتی متر، در سرب - تا 5 سانتی متر، در آب - ده ها متر حرکت می کنند و از طریق موجودات زنده نفوذ می کنند.

پرتوهای γ خطر قابل توجهی برای موجودات زنده به عنوان منبع تشعشع خارجی دارند.

واقعیت های زمان ما به گونه ای است که عوامل جدید به طور فزاینده ای در زیستگاه طبیعی مردم نفوذ می کنند. یکی از آنها انواع پرتوهای الکترومغناطیسی است.

زمینه الکترومغناطیسی طبیعی همیشه مردم را همراهی کرده است. اما جزء مصنوعی آن به طور مداوم با منابع جدید پر می شود. پارامترهای هر یک از آنها در قدرت و ماهیت تابش، طول موج و میزان تأثیر بر سلامت متفاوت است. چه تشعشعی برای انسان خطرناک ترین است؟

چگونه تشعشعات الکترومغناطیسی بر انسان تأثیر می گذارد

تشعشعات الکترومغناطیسی به صورت امواج الکترومغناطیسی در هوا منتشر می شوند که ترکیبی از میدان های الکتریکی و مغناطیسی هستند که طبق قانون خاصی تغییر می کنند. بسته به فرکانس، به طور معمول به محدوده تقسیم می شود.

فرآیندهای انتقال اطلاعات در بدن ما ماهیت الکترومغناطیسی دارند. امواج الکترومغناطیسی ورودی اطلاعات نادرست را به این مکانیسم وارد می کند که طبیعتاً به خوبی کار می کند و ابتدا باعث ایجاد شرایط ناسالم می شود و سپس تغییرات پاتولوژیکطبق اصل "هرجا نازک باشد، می شکند." یکی فشار خون دارد، دیگری آریتمی دارد، سومی دارد عدم تعادل هورمونیو غیره

مکانیسم اثر تابش بر اندام ها و بافت ها

مکانیسم اثر تابش بر اندام ها و بافت های انسان چیست؟ در فرکانس های کمتر از 10 هرتز، بدن انسان مانند یک هادی رفتار می کند. به ویژه به جریان های هدایت حساس است سیستم عصبی. با افزایش اندکدمای بافت به طور کامل توسط مکانیسم انتقال حرارت در بدن کنترل می شود.

میدان های الکترومغناطیسی با فرکانس بالا موضوع متفاوتی هستند. اثر بیولوژیکی آنها در افزایش قابل توجه دمای بافت های تحت تابش بیان می شود و باعث تغییرات برگشت پذیر و غیر قابل برگشت در بدن می شود.

فردی که دوز تابش مایکروویو بیش از 50 میکرورونتژن در ساعت دریافت کرده است، ممکن است اختلالاتی را در سطح سلولی تجربه کند:

• کودکان مرده متولد شده؛
• اختلال در فعالیت سیستم های مختلف بدن؛
• بیماری های حاد و مزمن.

کدام نوع تابش بیشترین قدرت نفوذ را دارد؟

کدام محدوده تابش الکترومغناطیسی خطرناک ترین است؟ به آن سادگی نیست. فرآیند تابش و جذب انرژی به شکل بخش های خاصی - کوانتومی - رخ می دهد. هر چه طول موج کوتاه تر باشد، کوانتوم های آن انرژی بیشتری دارد و پس از ورود به بدن انسان، مشکلات بیشتری ایجاد می کند.

پرانرژی ترین کوانتوم ها مربوط به اشعه ایکس سخت و تابش گاما هستند. تمام موذی بودن تشعشعات موج کوتاه این است که ما خود تشعشع را احساس نمی کنیم، بلکه فقط پیامدهای اثرات مضر آنها را احساس می کنیم که تا حد زیادی به عمق نفوذ آنها به بافت ها و اندام های انسان بستگی دارد.

کدام نوع تابش بیشترین قدرت نفوذ را دارد؟ البته این تابش با حداقل طول موج است، یعنی:

• اشعه ایکس؛

این کوانتوم های این تشعشعات هستند که بیشترین قدرت نفوذ را دارند و خطرناکتر از همه، اتم ها را یونیزه می کنند. در نتیجه، احتمال جهش های ارثی حتی با دوزهای کم تشعشع به وجود می آید.

اگر ما در مورد اشعه ایکس صحبت کنیم، آن وقت است دوزهای تکدر معاینات پزشکیبسیار ناچیز، اما حداکثر دوز مجازانباشته شده در طول عمر نباید از 32 رونتگن تجاوز کند. برای به دست آوردن چنین دوزی صدها مورد نیاز است اشعه ایکس، در فواصل زمانی کوتاه انجام می شود.

چه چیزی می تواند منبع تابش گاما باشد؟ به عنوان یک قاعده، در هنگام فروپاشی عناصر رادیواکتیو رخ می دهد.

قسمت سخت پرتو فرابنفش نه تنها می تواند مولکول ها را یونیزه کند، بلکه آسیب بسیار جدی به شبکیه نیز وارد می کند. به طور کلی، چشم انسان به طول موج های مربوط به رنگ سبز روشن بیشترین حساسیت را دارد. آنها با امواج 555-565 نانومتر مطابقت دارند. در هنگام غروب، حساسیت بینایی به سمت امواج آبی کوتاه‌تر 500 نانومتری تغییر می‌کند. این با تعداد زیادی گیرنده های نوری که این طول موج ها را درک می کنند توضیح داده می شود.

اما جدی ترین آسیب به اندام های بینایی ناشی از تابش لیزر در محدوده مرئی است.

چگونه خطر تشعشعات اضافی را در آپارتمان کاهش دهیم؟

و با این حال، چه تشعشعی برای انسان خطرناک ترین است؟

شکی نیست که تابش گاما بسیار "غیر دوستانه" است به بدن انسان. اما امواج الکترومغناطیسی با فرکانس پایین نیز می تواند به سلامت آسیب برساند. قطعی برق اضطراری یا برنامه ریزی شده زندگی و کار معمول ما را مختل می کند. تمام "پر کردن" الکترونیکی آپارتمان های ما بی فایده می شود و ما با از دست دادن اینترنت ، ارتباطات سلولیتلویزیون ما خود را از دنیا بریده ایم.

کل زرادخانه لوازم خانگی الکتریکی به یک درجه یا دیگری منبع تابش الکترومغناطیسی است که ایمنی را کاهش می دهد و عملکرد سیستم غدد درون ریز را مختل می کند.

بین فاصله محل سکونت فرد از خطوط انتقال فشار قوی و وقوع ارتباط برقرار شد. تومورهای بدخیم. از جمله لوسمی دوران کودکی. این حقایق غم انگیز را می توان تا بی نهایت ادامه داد. توسعه مهارت های خاصی در عملکرد آنها مهم تر است:

• هنگام کار با اکثر وسایل برقی خانگی، سعی کنید فاصله 1 تا 1.5 متر را حفظ کنید.
• آنها را در قسمت های مختلف آپارتمان قرار دهید.
• به یاد داشته باشید که یک تیغ برقی، یک مخلوط کن بی ضرر، یک سشوار، یک برقی مسواک- ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی نسبتاً قوی که به دلیل نزدیکی به سر خطرناک است.

نحوه بررسی سطح مه دود الکترومغناطیسی در یک آپارتمان

برای این منظور خوب است که یک دزیمتر مخصوص داشته باشید.

محدوده فرکانس رادیویی دوز ایمن تابش خود را دارد. برای روسیه، به عنوان چگالی شار انرژی تعریف می‌شود و بر حسب W/m² یا µW/cm² اندازه‌گیری می‌شود.

1. برای فرکانس های بین 3 هرتز تا 300 کیلوهرتز، دوز تابش نباید از 25 وات بر متر مربع تجاوز کند.
2. برای فرکانس های مختلف از 300 مگاهرتز تا 30 گیگاهرتز 10 - 100 μW/cm².

در کشورهای مختلف، معیارهای ارزیابی خطر تشعشع و همچنین مقادیر مورد استفاده برای تعیین کمیت آنها ممکن است متفاوت باشد.

در صورت عدم وجود دزیمتر، نسبتاً ساده و وجود دارد روش موثربررسی سطح تابش الکترومغناطیسی از وسایل برقی خانگی

1. تمام وسایل برقی را روشن کنید. با یک رادیو در حال کار به هر یک از آنها نزدیک شوید.
2. سطح تداخلی که در آن رخ می دهد (ترق، صدای جیر جیر، صدا) به شما می گوید که کدام دستگاه منبع تشعشعات الکترومغناطیسی قوی تری است.
3. این دستکاری را در نزدیکی دیوارها تکرار کنید. سطح تداخل در اینجا مکان هایی را نشان می دهد که بیشترین آلودگی با مه دود الکترومغناطیسی را دارند.

شاید منطقی باشد که مبلمان را دوباره مرتب کنیم؟ در دنیای مدرن، بدن ما در حال حاضر در معرض مسمومیت بیش از حد قرار گرفته است، بنابراین هرگونه اقدام برای محافظت در برابر تشعشعات الکترومغناطیسی یک امتیاز غیرقابل انکار برای سلامت شما است.