Войти
Различные типы электромагнитного излучения Неионизирующее (или неионизирующее ) излучение относится к любому типу электромагнитного излучения, которое не переносит достаточно энергии на квант (энергия фотона ) для ионизации атомов или молекул, то есть для полного удаления электрона из атома или молекулы. Вместо того, чтобы производить заряженные ионы при прохождении через вещество, неионизирующее электромагнитное излучение имеет достаточную энергию только для возбуждения, перемещения электрона в состояние с более высокой энергией. Напротив, ионизирующее излучение имеет более высокую частоту и более короткую длину волны, чем неионизирующее излучение, и может представлять серьезную опасность для здоровья; его воздействие может вызвать ожоги, лучевую болезнь, рак и генетические повреждения. Использование ионизирующего излучения требует сложных мер радиологической защиты, которые, как правило, не требуются при использовании неионизирующего излучения.
Область, в которой излучение рассматривается как «ионизирующее», четко не определена, поскольку разные молекулы и атомы ионизируются с разными энергиями. Обычные определения предполагают, что излучение с энергией частиц или фотонов менее 10 электронвольт (эВ) считается неионизирующим. Другой предлагаемый порог составляет 33 электронвольта, это энергия, необходимая для ионизации молекул воды. Свет от Солнца, который достигает Земли, в основном состоит из неионизирующего излучения, так как ионизирующие далекие ультрафиолетовые лучи отфильтровываются газами в атмосфере, особенно кислородом.. Оставшееся ультрафиолетовое излучение Солнца вызывает молекулярные повреждения (например, солнечный ожог) с помощью фотохимических и свободнорадикальных -продуцирующих средств.
Наблюдаются различные биологические эффекты для различные виды неионизирующего излучения. Верхние частоты неионизирующего излучения вблизи этих энергий (большая часть спектра УФ-света и немного видимого света) способны вызывать нетепловые биологические повреждения, подобные ионизирующему излучению. Поэтому споры о здоровье сосредоточены на нетепловых эффектах излучения гораздо более низких частот (микроволновое, миллиметровое и радиоволновое излучение). Международное агентство по изучению рака недавно заявило, что неионизирующее излучение может представлять опасность для человека. Но в последующем исследовании сообщалось, что основа оценки IARC не соответствует наблюдаемым тенденциям заболеваемости. Этот и другие отчеты свидетельствуют о том, что практически не существует способа, которым результаты, на которых МАИР основывал свои выводы, были правильными.
Ближний ультрафиолет, видимый свет, инфракрасный, микроволновая печь, радиоволны и низкочастотные радиочастоты (длинноволновые) являются примерами неионизирующего излучения. Напротив, дальний ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи, гамма-лучи и все излучение частиц от радиоактивного распада являются ионизирующими. Видимое и ближнее ультрафиолетовое электромагнитное излучение может вызывать фотохимические реакции или ускорять радикальные реакции, такие как фотохимическое старение лаков или разрушение вкусовых соединений в пиве с образованием «легкий аромат ». Ближнее ультрафиолетовое излучение, хотя технически неионизирующее, все же может возбуждать и вызывать фотохимические реакции в некоторых молекулах. Это происходит потому, что при ультрафиолетовых энергиях фотонов молекулы могут становиться электронно возбужденными или переходить в свободнорадикальную форму, даже без ионизации.
Возникновение ионизации зависит от энергии отдельных частиц или волн, а не от их количества. Интенсивный поток частиц или волн не вызовет ионизацию, если эти частицы или волны не несут достаточно энергии для ионизации, если только они не поднимут температуру тела до точки, достаточно высокой для ионизации небольших фракций атомов или молекул в процессе ионизации. термоионизация. В таких случаях даже «неионизирующее излучение» способно вызвать термическую ионизацию, если оно выделяет достаточно тепла для повышения температуры до энергии ионизации. Эти реакции происходят при гораздо более высоких энергиях, чем при ионизирующем излучении, для ионизации которого требуется только одна частица. Знакомым примером термической ионизации является ионизация пламенем при обычном огне и реакции потемнения в обычных пищевых продуктах, вызванные инфракрасным излучением, во время приготовления на гриле.
Энергия частиц неионизирующего излучения мала, и вместо того, чтобы производить заряженные ионы при прохождении через вещество, неионизирующее электромагнитное излучение имеет достаточно энергии только для изменения вращательной, колебательной или электронной валентной конфигурации молекул. и атомы. Это вызывает тепловые эффекты. Возможные нетепловые эффекты неионизирующих форм излучения на живые ткани были изучены совсем недавно. Большая часть текущих споров связана с относительно низкими уровнями воздействия радиочастотного (РЧ) излучения мобильных телефонов и базовых станций, вызывающих «нетепловые» эффекты. Некоторые эксперименты предполагают, что могут иметь место биологические эффекты при нетепловых уровнях воздействия, но доказательства возникновения опасности для здоровья противоречивы и бездоказательны. Научное сообщество и международные организации признают, что необходимы дальнейшие исследования для улучшения нашего понимания в некоторых областях. Между тем, существует консенсус в том, что нет последовательных и убедительных научных доказательств неблагоприятных последствий для здоровья, вызванных радиочастотным излучением при достаточно низких мощностях, чтобы не было теплового воздействия на здоровье.
Однако многофотонные технологии, такие как используемые в импульсных лазерах действительно объединяют фотоны с энергией ниже порога ионизации. Эти многофотонные методы можно использовать для ионизации микроволнами. Даже если микроволновое поле относительно слабое, эта многофотонная ионизация намного более эффективна, чем прямая однофотонная ионизация при высоких энергиях фотонов, и может привести к ионизации. Поскольку микроволновая технология разрабатывается для поколений телекоммуникаций, которые зависят от эффективной передачи фотонов, эти многофотонные поля и лучи становятся все более эффективными при ионизации. Ионизация происходит в окружающей среде как из природных, так и из искусственных источников, и следует учитывать ее увеличение из-за многофотонных источников с учетом воздействия на здоровье.
Неионизирующее излучение знак опасности Неионизирующее излучение может вызывать немутагенные эффекты, такие как возбуждение тепловой энергии в биологических тканях, что может привести к к ожогам. В 2011 году Международное агентство по изучению рака (IARC) от Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) выпустило заявление, добавив в свой список радиочастотные электромагнитные поля (включая микроволновые и миллиметровые волны). элементов, которые могут быть канцерогенными для человека.
С точки зрения потенциальных биологических эффектов неионизирующая часть спектра может быть подразделена на:
Было показано, что указанные выше эффекты возникают только из-за эффектов нагрева. При низких уровнях мощности, где отсутствует эффект нагрева, риск рака незначителен.
| Источник | Длина волны | Частота | Биологические эффекты | |
|---|---|---|---|---|
| УФА | Черный свет, Солнечный свет | 318–400 нм | 750–950 ТГц | Глаз: фотохимический катаракта ; кожа: эритема, включая пигментацию |
| Видимый свет | Солнечный свет, огонь, светодиоды, лампочки, лазеры | 400–780 нм | 385–750 ТГц | Глаз: фотохимическое и термическое повреждение сетчатки; кожа: фотостарение |
| IR-A | солнечный свет, тепловое излучение, лампы накаливания, лазеры, пульты дистанционного управления | 780 нм - 1,4 мкм | 215–385 ТГц | Глаз: термическое повреждение сетчатки, термическая катаракта; кожа: ожог |
| IR-B | Солнечный свет, тепловое излучение, лампы накаливания, лазеры | 1,4–3 мкм | 100–215 ТГц | Глаза: ожог роговицы, катаракта; кожа: ожог |
| IR-C | Солнечный свет, тепловое излучение, лампы накаливания, дальний инфракрасный лазер | 3 мкм - 1 мм | 300 ГГц - 100 ТГц | Глаз: ожог роговицы, катаракта; нагрев поверхности тела |
| Микроволновая печь | Мобильные / сотовые телефоны, микроволновые печи, беспроводные телефоны, миллиметровые волны, миллиметровые сканеры для аэропортов, датчики движения, дальней связи, радар, Wi-Fi | 1 мм - 33 см | 1–300 ГГц | Нагрев тканей тела |
| Радиочастотное излучение | Мобильные / сотовые телефоны, телевидение, FM, AM, коротковолновое, CB, беспроводные телефоны | 33 см - 3 км | 100 кГц - 1 ГГц | Нагрев тканей тела, повышение температуры тела |
| Низкочастотные радиочастоты | ЛЭП | >3 км | <100 kHz | Накопление заряда на поверхности тела; нарушение нервных и мышечных реакций |
| Статическое поле | Сильные магниты, МРТ | Бесконечное | 0 Гц (технически статические поля не являются «излучением») | Электрический заряд на поверхности тела |
Ультрафиолетовый свет может вызвать ожоги кожи и катаракту в глаза. Ультрафиолет подразделяется на ближний, средний и дальний УФ в зависимости от энергии, где ближний и средний ультрафиолет технически неионизируют, но все длины волн УФ могут вызывать фотохимические реакции, которые в некоторой степени имитируют ионизацию (включая повреждение ДНК и канцерогенез). УФ-излучение выше 10 эВ (длина волны короче 125 нм) считается ионизирующим. Однако остальная часть УФ-спектра от 3,1 эВ (400 нм) до 10 эВ, хотя технически неионизирующая, может вызывать фотохимические реакции, которые повреждают молекулы за счет иных средств, кроме простого нагрева. Поскольку эти реакции часто очень похожи на реакции, вызываемые ионизирующим излучением, часто весь УФ-спектр считается эквивалентным ионизирующему излучению при его взаимодействии со многими системами (включая биологические системы).
Например, ультрафиолетовый свет, даже в неионизирующем диапазоне, может продуцировать свободные радикалы, которые вызывают повреждение клеток, и может быть канцерогенным. Фотохимия, такая как образование димера пиримидина в ДНК, может происходить в большей части УФ-диапазона, включая большую часть полосы, которая формально неионизируется. Ультрафиолетовый свет индуцирует продукцию меланина из клеток меланоцитов, вызывая загар кожи. Витамин D образуется на коже в результате радикальной реакции, инициированной УФ-излучением.
Солнцезащитные очки из пластика (поликарбонат ) обычно поглощают УФ-излучение. Чрезмерное воздействие ультрафиолетового излучения на глаза вызывает снежную слепоту, обычную для областей с отражающими поверхностями, такими как снег или вода.
Свет, или видимый свет, - это очень узкий диапазон электромагнитного излучения, видимого человеческим глазом (около 400–700 нм) или до 380–750 нм.. В более широком смысле, физики называют свет электромагнитным излучением всех длин волн, видимым или невидимым.
Высокоэнергетический видимый свет - это сине-фиолетовый свет с более высоким потенциалом поражения.
Инфракрасный (ИК) свет - это электромагнитное излучение с длиной волны от 0,7 до 300 микрометров, что соответствует диапазону частот приблизительно от 1 до 430 ТГц. Длины волн инфракрасного излучения больше, чем у видимого света, но короче, чем у микроволн терагерцового диапазона. Яркий солнечный свет обеспечивает освещенность чуть более 1 киловатта на квадратный метр на уровне моря. Из этой энергии 527 Вт составляет инфракрасное излучение, 445 Вт - видимый свет и 32 Вт - ультрафиолетовое излучение.
Микроволны - это электромагнитные волны с длиной волны от одного метра до всего один миллиметр или эквивалентный диапазон частот от 300 МГц (0,3 ГГц) до 300 ГГц. Это широкое определение включает как УВЧ, так и КВЧ (миллиметровые волны), и различные источники используют разные границы. Во всех случаях микроволновая печь включает в себя как минимум весь СВЧ-диапазон (от 3 до 30 ГГц или от 10 до 1 см), при этом в радиотехнике часто нижняя граница составляет 1 ГГц (30 см), а верхняя - около 100 ГГц (3 мм).. Приложения включают мобильные (мобильные) телефоны, радары, сканеры аэропортов, микроволновые печи, спутники дистанционного зондирования Земли, а также радио- и спутниковую связь.
Радиоволны - это тип электромагнитного излучения с длинами волн в электромагнитном спектре больше, чем у инфракрасного света. Как и все другие электромагнитные волны, они движутся со скоростью света. Естественные радиоволны создаются молниями или астрономическими объектами. Искусственно сгенерированные радиоволны используются для фиксированной и мобильной радиосвязи, радиовещания, радиолокационных и других навигационных систем, спутниковой связи, компьютерных сетей и множества других приложений. Радиоволны разных частот имеют разные характеристики распространения в атмосфере Земли; длинные волны могут очень последовательно покрывать часть Земли, более короткие волны могут отражаться от ионосферы и распространяться по всему миру, а гораздо более короткие волны изгибаются или отражаются очень мало и распространяются по линии прямой видимости.
Очень низкая частота или VLF - это диапазон RF от 3 до 30 кГц. Поскольку в этой полосе радиочастотного спектра нет большой полосы пропускания, используются только самые простые сигналы, например, для радионавигации. Также известна как мириаметровая полоса или мириаметровая волна, поскольку длины волн находятся в диапазоне от десяти до одного мириаметра (устаревшая метрическая единица, равная 10 километрам).
Чрезвычайно низкая частота (ELF) - это диапазон частот излучения от 300 Гц до 3 кГц. В науке об атмосфере обычно дается альтернативное определение от 3 Гц до 3 кГц. В соответствующей науке о магнитосфере низкочастотные электромагнитные колебания (пульсации, происходящие ниже ~ 3 Гц) считаются находящимися в УНЧ диапазоне, который, таким образом, также определяется иначе, чем радиодиапазоны МСЭ.
Тепловое излучение, общий синоним инфракрасного излучения, когда оно возникает при температурах, обычно встречающихся на Земле, - это процесс, при котором поверхность объекта излучает свои тепловые энергия в виде электромагнитных волн. Инфракрасное излучение, которое можно почувствовать, исходящее от бытового обогревателя, инфракрасной лампы или кухонной духовки, является примерами теплового излучения, как и инфракрасный и видимый свет, излучаемый светящейся лампой накаливания. (недостаточно горячий, чтобы излучать высокие частоты синего цвета, поэтому он выглядит желтоватым; люминесцентные лампы не являются тепловыми и могут казаться более синими). Тепловое излучение генерируется, когда энергия движения заряженных частиц внутри молекул преобразуется в лучистую энергию электромагнитных волн. Частота испускаемой волны теплового излучения представляет собой распределение вероятностей, зависящее только от температуры, а для черного тела определяется законом излучения Планка. Закон смещения Вина дает наиболее вероятную частоту испускаемого излучения, а закон Стефана – Больцмана дает интенсивность тепла (мощность, излучаемая на площадь).
Части электромагнитного спектра теплового излучения могут быть ионизирующими, если объект, излучающий излучение, достаточно горячий (имеет достаточно высокую температуру ). Типичным примером такого излучения является солнечный свет, который представляет собой тепловое излучение фотосферы Солнца и содержит достаточно ультрафиолетового света, чтобы вызвать ионизацию многих молекул и атомов. Ярким примером является вспышка от детонации ядерного оружия, которая испускает большое количество ионизирующих рентгеновских лучей исключительно в результате нагрева атмосферы вокруг бомбы до чрезвычайно высоких температур.
Как отмечалось выше, даже низкочастотное тепловое излучение может вызывать температурную ионизацию всякий раз, когда оно выделяет достаточно тепловой энергии для повышения температуры до достаточно высокого уровня. Распространенными примерами этого являются ионизация (плазма), наблюдаемая в обычном пламени, и молекулярные изменения, вызванные «потемнением » при приготовлении пищи, что представляет собой химический процесс, который начинается с большой составляющей ионизации.
Излучение черного тела - это излучение идеализированного излучателя, излучающего при любой температуре максимально возможное количество излучения на любой заданной длине волны. черное тело также будет поглощать максимально возможное падающее излучение на любой заданной длине волны. Излучаемое излучение охватывает весь электромагнитный спектр, а его интенсивность (мощность на единицу площади) на заданной частоте определяется законом Планка излучения. Таким образом, черное тело при температуре, равной или ниже комнатной, будет выглядеть абсолютно черным, поскольку оно не будет отражать никакого света. Теоретически черное тело излучает электромагнитное излучение во всем спектре от радиоволн очень низкой частоты до рентгеновских лучей. Частота, при которой излучение черного тела является максимальным, определяется законом смещения Вина.
