Tipuri de radiații radioactive și pericolul acestora. Tipuri de radiații ionizante și proprietățile acestora

Pentru cei care sunt începători în fizică sau tocmai încep să o studieze, întrebarea ce este radiația este una dificilă. Dar întâlnim acest fenomen fizic aproape în fiecare zi. Pentru a spune simplu, radiația este procesul de distribuire a energiei în formă undele electromagneticeși particule sau, cu alte cuvinte, sunt unde de energie care se propagă în jur.

Sursa de radiații și tipurile acesteia

Sursa undelor electromagnetice poate fi fie artificială, fie naturală. De exemplu, radiațiile artificiale includ raze X.

Poți simți radiația fără a părăsi casa ta: trebuie doar să ții mâna peste o lumânare aprinsă și vei simți imediat radiația de căldură. Poate fi numită termică, dar în afară de aceasta există câteva alte tipuri de radiații în fizică. Aici sunt câțiva dintre ei:

Radiația ultravioletă este o radiație pe care o persoană o poate simți în timp ce face plajă.
radiații cu raze X are cele mai scurte valuri, se numesc raze X.
Chiar și oamenii pot vedea razele infraroșii; un exemplu în acest sens este un laser obișnuit pentru copii. Acest tip de radiație se formează atunci când emisiile radio cu microunde și lumina vizibilă coincid. De multe ori Radiatii infrarosii folosit în fizioterapie.
Radiațiile radioactive sunt produse în timpul dezintegrarii elementelor radioactive chimice. Puteți afla mai multe despre radiații din articol.
Radiația optică nu este altceva decât radiație luminoasă, lumină în sensul larg al cuvântului.
Radiația gamma este un tip de radiație electromagnetică cu o lungime de undă scurtă. Folosit, de exemplu, în radioterapie.

Oamenii de știință știu de mult că unele radiații au un efect dăunător asupra corpului uman. Cât de puternică va fi această influență depinde de durata și puterea radiației. Dacă te expui perioadă lungă de timp radiații, aceasta poate duce la modificări în nivel celular. Toate echipamentele electronice care ne inconjoara, fie el un telefon mobil, un calculator sau un cuptor cu microunde, toate acestea au impact asupra sanatatii. Prin urmare, trebuie să aveți grijă să nu vă expuneți la radiații inutile.

Beta, gamma.

Cum sunt formate?

Toate tipurile de radiații de mai sus sunt generate de procesul de descompunere a izotopilor substanțelor simple. Atomii tuturor elementelor constau dintr-un nucleu și electroni care se învârt în jurul lui. Nucleul este de o sută de mii de ori mai mic decât întregul atom, dar datorită densității sale extrem de mari, masa sa este aproape egală cu masa totală a întregului atom. Nucleul conține particule încărcate pozitiv - protoni și neutroni care nu au sarcină electrică. Ambele sunt interconectate foarte strâns. Numărul de protoni din nucleu determină cărui atom anume îi aparține, de exemplu, 1 proton din nucleu este hidrogen, 8 protoni sunt oxigen, 92 de protoni sunt uraniu. într-un atom corespunde numărului de protoni din nucleul său. Fiecare electron are o sarcină electrică negativă egală cu cea a unui proton, motiv pentru care atomul în ansamblu este neutru.

Acei atomi care au nuclee identice ca număr de protoni, dar diferiți ca număr de neutroni, sunt variante ale unuia. substanta chimicași se numesc izotopi ai săi. Pentru a le distinge cumva, simbolului i se atribuie un număr care denotă un element, care este suma tuturor particulelor situate în nucleul acestui izotop. De exemplu, nucleul elementului uraniu-238 include 92 de protoni, precum și 146 de neutroni, iar uraniul-235 are și 92 de protoni, dar există deja neutroni 143. Majoritatea izotopilor sunt instabili. De exemplu, uraniul-238, legăturile dintre protoni și neutroni din nucleul căruia sunt foarte slabe și, mai devreme sau mai târziu, un grup compact format dintr-o pereche de neutroni și o pereche de protoni se va separa de acesta, transformând uraniul-238 într-un altul. element - toriu-234, de asemenea, un element instabil, al cărui nucleu conține 144 de neutroni și 90 de protoni. Dezintegrarea sa va continua un lanț de transformări care se va încheia cu formarea unui atom de plumb. În timpul fiecăreia dintre aceste dezintegrari, energie este eliberată, dând naștere la diferite tipuri de

Pentru a simplifica situația, putem descrie apariția diferitelor tipuri astfel: un nucleu emite un nucleu, care constă dintr-o pereche de neutroni și o pereche de protoni; razele beta provin de la un electron. Și există situații în care izotopul este atât de excitat încât ieșirea particulei nu o stabilizează complet și apoi elimină excesul de energie pură într-o singură porțiune, acest proces se numește radiație gamma. Tipuri de radiații, cum ar fi razele gamma și razele X similare, se formează fără emisia de particule materiale. Timpul necesar pentru ca jumătate din atomii unui anumit izotop din orice sursă radioactivă să se descompună se numește timp de înjumătățire. Procesul de transformari atomice este continuu, iar activitatea lui este estimata prin numarul de dezintegrari care au loc intr-o secunda si se masoara in becquerel (1 atom pe secunda).

Diferite tipuri de radiații sunt caracterizate prin eliberarea de cantități diferite de energie, iar capacitatea lor de penetrare este, de asemenea, diferită, prin urmare, au efecte diferite asupra țesuturilor organismelor vii.

Radiația alfa, care este un flux de particule grele, poate prinde chiar și o bucată de hârtie; nu este capabilă să pătrundă în stratul de celule epidermice moarte. Nu este periculos până când substanțele care emit particule alfa pătrund în organism prin răni sau prin alimente și/sau aer inhalat. Atunci vor deveni extrem de periculoși.

Radiația beta este capabilă să pătrundă 1-2 centimetri în țesuturile unui organism viu.

Razele gamma, care se deplasează cu viteza luminii, sunt cele mai periculoase și pot fi oprite doar de o placă groasă de plumb sau beton.

Toate tipurile de radiații pot provoca daune unui organism viu și, cu cât daunele sunt mai mari, cu atât mai multă energie a fost transferată către țesuturi.

În cazul diverselor accidente la instalațiile nucleare și în timpul operațiunilor militare cu utilizarea armelor nucleare, este important să se ia în considerare factorii dăunători care afectează organismul într-o manieră cuprinzătoare. Pe lângă efectele fizice evidente asupra oamenilor, acestea au și efecte dăunătoare. tipuri diferite radiatie electromagnetica.

Energia atomică este folosită destul de activ în scopuri pașnice, de exemplu, în funcționarea unei mașini cu raze X și a unei instalații de accelerare, care a făcut posibilă distribuirea radiațiilor ionizante în economia națională. Având în vedere că o persoană este expusă la aceasta în fiecare zi, este necesar să aflăm care pot fi consecințele. contact periculosși cum să te protejezi.

Principalele caracteristici

Radiația ionizantă este un tip de energie radiantă care pătrunde într-un mediu specific, provocând procesul de ionizare în organism. Caracteristică asemănătoare radiatii ionizante Potrivit pentru raze X, energii radioactive și înalte și multe altele.

Radiațiile ionizante au un efect direct asupra corpului uman. În ciuda faptului că radiațiile ionizante pot fi utilizate în medicină, sunt extrem de periculoase, așa cum o demonstrează caracteristicile și proprietățile sale.

Soiurile binecunoscute sunt iradiațiile radioactive, care apar datorită divizării arbitrare a nucleului atomic, care provoacă transformarea chimică, proprietăți fizice. Substanțele care se pot descompune sunt considerate radioactive.

Ele pot fi artificiale (șapte sute de elemente), naturale (cincizeci de elemente) - toriu, uraniu, radiu. Trebuie remarcat faptul că au proprietăți cancerigene; toxinele sunt eliberate ca urmare a expunerii la oameni și pot provoca cancer, boala de radiatii.

Ar trebui notat următoarele tipuri radiații ionizante care afectează corpul uman:

Alfa

Sunt considerați ioni de heliu încărcați pozitiv, care apar în cazul dezintegrarii nucleelor elementelor grele. Protecția împotriva radiațiilor ionizante se realizează folosind o bucată de hârtie sau pânză.

Beta

– un flux de electroni încărcați negativ care apar în cazul dezintegrarii elementelor radioactive: artificiale, naturale. Factorul dăunător este mult mai mare decât cel al speciilor anterioare. Ca protecție veți avea nevoie de un ecran gros, mai rezistent. Astfel de radiații includ pozitronii.

Gamma

– o oscilație electromagnetică dură care apare după dezintegrarea nucleelor substanțe radioactive. Se observă un factor de penetrare ridicat și este cea mai periculoasă radiație dintre cele trei enumerate pentru corpul uman. Pentru a proteja razele, trebuie să utilizați dispozitive speciale. Pentru aceasta veți avea nevoie de materiale bune și durabile: apă, plumb și beton.

Raze X

Radiațiile ionizante sunt generate în procesul de lucru cu un tub și instalații complexe. Caracteristica seamănă cu razele gamma. Diferența constă în origine și lungime de undă. Există un factor de penetrare.

Neutroni

Radiația neutronică este un flux de neutroni neîncărcați care fac parte din nuclee, cu excepția hidrogenului. Ca urmare a iradierii, substanțele primesc o parte din radioactivitate. Există cel mai mare factor de penetrare. Toate aceste tipuri de radiații ionizante sunt foarte periculoase.

Principalele surse de radiații

Sursele de radiații ionizante pot fi artificiale sau naturale. Practic, corpul uman primește radiații din surse naturale, acestea includ:

radiații terestre;
iradiere internă.

În ceea ce privește sursele de radiații terestre, multe dintre ele sunt cancerigene. Acestea includ:

Uranus;
potasiu;
toriu;
poloniu;
conduce;
rubidiu;
radon.

Pericolul este că sunt cancerigene. Radonul este un gaz care nu are miros, culoare sau gust. Este de șapte ori și jumătate mai greu decât aerul. Produsele sale de degradare sunt mult mai periculoase decât gazul, astfel încât impactul asupra corpului uman este extrem de tragic.

Sursele artificiale includ:

energie nucleară;
fabrici de prelucrare;
mine de uraniu;
cimitire cu deșeuri radioactive;
aparate cu raze X;
explozie nucleara;
laboratoare stiintifice;
radionuclizi, care sunt utilizați activ în medicina modernă;
dispozitive de iluminat;
calculatoare și telefoane;
Aparate.

Dacă aceste surse sunt în apropiere, există un factor al dozei absorbite de radiații ionizante, a cărei unitate depinde de durata expunerii la corpul uman.

Funcționarea surselor de radiații ionizante are loc în fiecare zi, de exemplu: atunci când lucrați la un computer, vizionați o emisiune TV sau vorbiți la telefon mobil, smartphone. Toate aceste surse sunt într-o oarecare măsură cancerigene și pot provoca boli grave și fatale.

Amplasarea surselor de radiații ionizante include o listă de lucrări importante, responsabile, legate de dezvoltarea unui proiect de amplasare a instalațiilor de iradiere. Toate sursele de radiații conțin o anumită unitate de radiație, fiecare dintre acestea având un efect specific asupra corpului uman. Aceasta include manipulările efectuate pentru instalarea și punerea în funcțiune a acestor instalații.

Trebuie menționat că eliminarea surselor de radiații ionizante este obligatorie.

Acesta este un proces care ajută la dezafectarea surselor de generare. Această procedură constă în măsuri tehnice, administrative care au ca scop asigurarea securității personalului și a populației, și există și un factor de protecție. mediu inconjurator. Sursele și echipamentele cancerigene reprezintă un pericol imens pentru corpul uman, așa că trebuie eliminate.

Caracteristici ale înregistrării radiațiilor

Caracteristicile radiațiilor ionizante arată că sunt invizibile, inodore și incolore, deci sunt greu de observat.

În acest scop, există metode de înregistrare a radiațiilor ionizante. În ceea ce privește metodele de detectare și măsurare, totul se face indirect, folosindu-se ca bază unele proprietăți.

Se folosesc următoarele metode pentru detectarea radiațiilor ionizante:

Fizice: ionizare, contor proporțional, contor Geiger-Muller cu descărcare în gaz, cameră de ionizare, contor semiconductor.
Metoda de detecție calorimetrică: biologică, clinică, fotografică, hematologică, citogenetică.
Luminescent: contoare fluorescente și de scintilație.
Metoda biofizică: radiometrie, calcul.

Dozimetria radiațiilor ionizante se realizează cu ajutorul instrumentelor, acestea fiind capabile să determine doza de radiație. Dispozitivul include trei părți principale - un contor de impulsuri, un senzor și o sursă de alimentare. Dozimetria radiațiilor este posibilă datorită unui dozimetru sau radiometru.

Efecte asupra oamenilor

Efectul radiațiilor ionizante asupra corpului uman este deosebit de periculos. Următoarele consecințe sunt posibile:

există un factor de schimbare biologică foarte profundă;
există un efect cumulativ al unei unități de radiație absorbită;
efectul se manifestă în timp, întrucât există o perioadă latentă;
Toți au organe interne, sistemele au sensibilitate diferită la o unitate de radiație absorbită;
radiațiile afectează toți descendenții;
efectul depinde de unitatea de radiație absorbită, de doza de radiație și de durată.

În ciuda utilizării dispozitivelor cu radiații în medicină, efectele acestora pot fi dăunătoare. Efectul biologic al radiațiilor ionizante în procesul de iradiere uniformă a corpului, calculat la 100% din doză, are loc după cum urmează:

măduva osoasă – unitate de radiație absorbită 12%;
plămâni – cel puțin 12%;
oase – 3%;
testicule, ovare– doza absorbită de radiații ionizante aproximativ 25%;
glanda tiroida– unitate de doză absorbită aproximativ 3%;
glandele mamare – aproximativ 15%;
alte țesuturi - unitatea de doză de radiație absorbită este de 30%.

Ca urmare, pot exista diverse boli până la oncologie, paralizie și radiații. Este extrem de periculos pentru copii și femeile însărcinate, deoarece are loc o dezvoltare anormală a organelor și țesuturilor. Toxinele și radiațiile sunt surse de boli periculoase.

Radioactivitatea a fost descoperită în 1896 de omul de știință francez Antoine Henri Becquerel în timp ce studia luminescența sărurilor de uraniu. S-a dovedit că sărurile de uraniu, fără influență externă (spontan), au emis radiații de natură necunoscută, care au iluminat plăci fotografice izolate de lumină, au ionizat aerul, au pătruns prin plăci subțiri de metal și au provocat luminiscența unui număr de substanțe. Substanțele care conțineau poloniu 21084Po și radiu 226 88Ra au avut aceeași proprietate.

Chiar mai devreme, în 1985, razele X au fost descoperite accidental de către fizicianul german Wilhelm Roentgen. Marie Curie a inventat cuvântul „radioactivitate”.

Radioactivitatea este o transformare spontană (dezintegrare) a nucleului unui atom al unui element chimic, care duce la o modificare a numărului său atomic sau la o modificare a numărului de masă. Odată cu această transformare a nucleului, sunt emise radiații radioactive.

Există o distincție între radioactivitatea naturală și cea artificială. Radioactivitatea naturală este radioactivitatea observată în izotopii instabili existenți în natură. Radioactivitatea artificială este radioactivitatea izotopilor obținuți ca urmare a reacțiilor nucleare.

Există mai multe tipuri de radiații radioactive, care diferă ca energie și capacitatea de penetrare, care au efecte diferite asupra țesuturilor unui organism viu.

Radiația alfa este un flux de particule încărcate pozitiv, fiecare dintre ele constând din doi protoni și doi neutroni. Capacitatea de penetrare a acestui tip de radiație este scăzută. Este reținut de câțiva centimetri de aer, mai multe coli de hârtie și îmbrăcăminte obișnuită. Radiațiile alfa pot fi periculoase pentru ochi. Este practic incapabil să pătrundă în stratul exterior al pielii și nu reprezintă un pericol până când radionuclizii care emit particule alfa intră în organism prin rană deschisă, cu alimente sau aer inhalat - atunci pot deveni extrem de periculoase. Ca rezultat al iradierii cu particule alfa relativ grele, încărcate pozitiv, pot apărea leziuni grave ale celulelor și țesuturilor organismelor vii într-o anumită perioadă de timp.

Radiația beta este un flux de electroni încărcați negativ care se mișcă cu o viteză enormă, a căror dimensiune și masă sunt mult mai mici decât particulele alfa. Această radiație are o putere de penetrare mai mare în comparație cu radiația alfa. Vă puteți proteja de acesta cu o foaie subțire de metal, cum ar fi aluminiul sau un strat de lemn de 1,25 cm grosime.Dacă o persoană nu poartă haine groase, particulele beta pot pătrunde în piele până la o adâncime de câțiva milimetri. Dacă corpul nu este acoperit cu îmbrăcăminte, radiațiile beta pot deteriora pielea; aceasta trece în țesutul corpului la o adâncime de 1-2 centimetri.

radiații gamma, ca și razele X, este o radiație electromagnetică de energii ultra-înalte. Aceasta este radiație cu lungimi de undă foarte scurte și frecvențe foarte înalte. Oricine a fost supus unui examen medical este familiarizat cu razele X. Radiația gamma are o capacitate mare de penetrare; vă puteți proteja de ea doar cu un strat gros de plumb sau beton. Razele X și razele gamma nu poartă o sarcină electrică. Ele pot afecta orice organe.

Toate tipurile de radiații radioactive nu pot fi văzute, simțite sau auzite. Radiația nu are culoare, gust, miros. Rata de dezintegrare a radionuclizilor practic nu poate fi modificată prin metode chimice, fizice, biologice și alte metode cunoscute. Cu cât radiația transmite mai multă energie către țesuturi, cu atât va cauza mai multe daune în organism. Cantitatea de energie transferată organismului se numește doză. Organismul poate primi o doză de radiații de la orice tip de radiație, inclusiv radioactive. În acest caz, radionuclizii pot fi localizați în afara corpului sau în interiorul acestuia. Cantitatea de energie de radiație care este absorbită pe unitatea de masă a corpului iradiat se numește doză absorbită și este măsurată în sistemul SI în gri (Gy).

Pentru aceeași doză absorbită, radiațiile alfa sunt mult mai periculoase decât radiațiile beta și gama. Nivel de impact tipuri variate radiația per persoană este evaluată folosind o caracteristică precum echivalentul de doză. deteriora țesuturile corpului în diferite moduri. În sistemul SI se măsoară în unități numite sieverts (Sv).

Dezintegrarea radioactivă este transformarea radioactivă naturală a nucleelor care are loc spontan. Nucleul care suferă dezintegrare radioactivă se numește nucleu mamă; nucleul fiică rezultat, de regulă, se dovedește a fi excitat, iar tranziția sa la starea fundamentală este însoțită de emisia unui foton γ. Acea. Radiația gamma este principala formă de reducere a energiei produșilor excitați ai transformărilor radioactive.

Dezintegrarea alfa. Razele β sunt un flux de nuclee de heliu He. Dezintegrarea alfa este însoțită de plecarea unei particule alfa (He) din nucleu, care se transformă inițial în nucleul unui atom al unui nou element chimic, a cărui sarcină este cu 2 mai mică și numărul de masă este cu 4 unități mai mic.

Vitezele cu care particulele α (adică nucleele He) zboară din nucleul în descompunere sunt foarte mari (~106 m/s).

Zburând prin materie, o particulă α își pierde treptat energia, cheltuind-o pentru ionizarea moleculelor substanței și în cele din urmă se oprește. O particulă alfa formează aproximativ 106 perechi de ioni pe calea sa pe 1 cm de cale.

Cu cât densitatea substanței este mai mare, cu atât intervalul de particule α este mai scurt înainte de oprire. În aer la presiune normală, intervalul este de câțiva cm, în apă, în țesuturile umane (mușchi, sânge, limfă) 0,1-0,15 mm. Particulele α sunt complet blocate de o bucată de hârtie obișnuită.

Particulele α nu sunt foarte periculoase în caz de iradiere externă, deoarece poate fi întârziată de îmbrăcăminte și cauciuc. Dar particulele α sunt foarte periculoase atunci când intră în corpul uman, datorită densității mari de ionizare pe care o produc. Daunele care apar în țesuturi nu sunt reversibile.

Dezintegrarea beta vine în trei soiuri. Primul - nucleul, care a suferit o transformare, emite un electron, al doilea - un pozitron, al treilea - se numește captură de electroni (e-capture), nucleul absoarbe unul dintre electroni.

Al treilea tip de dezintegrare (captura de electroni) este atunci când un nucleu absoarbe unul dintre electronii atomului său, în urma căruia unul dintre protoni se transformă într-un neutron, emițând un neutrin:

Viteza de mișcare a particulelor β în vid este de 0,3 – 0,99 viteza luminii. Ele sunt mai rapide decât particulele alfa, zboară prin atomii care se apropie și interacționează cu ei. Particulele β au un efect de ionizare mai mic (50-100 de perechi de ioni pe 1 cm de parcurs în aer) și atunci când o particulă β intră în corp, acestea sunt mai puțin periculoase decât particulele α. Cu toate acestea, capacitatea de penetrare a particulelor β este mare (de la 10 cm la 25 m și până la 17,5 mm în țesuturile biologice).

Radiația gamma este radiația electromagnetică emisă de nucleele atomice în timpul transformărilor radioactive, care se propagă în vid cu o viteză constantă de 300.000 km/s. Această radiație însoțește de obicei dezintegrarea β și, mai rar, dezintegrarea α.

Razele γ sunt similare cu razele X, dar au o energie mult mai mare (la o lungime de undă mai mică). Razele γ, fiind neutre din punct de vedere electric, nu sunt deviate în câmpurile magnetice și electrice. În materie și vid, se propagă rectiliniu și uniform în toate direcțiile de la sursă, fără a provoca ionizare directă; atunci când se deplasează în mediu, ei elimină electronii, transferându-le o parte sau toată energia lor, care produc procesul de ionizare. Pentru 1 cm de călătorie, razele γ formează 1-2 perechi de ioni. În aer parcurg de la câteva sute de metri și chiar de kilometri, în beton - 25 cm, în plumb - până la 5 cm, în apă - zeci de metri și pătrund prin organismele vii.

Razele γ reprezintă un pericol semnificativ pentru organismele vii ca sursă de radiații externe.

Astăzi vom vorbi despre ce este radiația în fizică. Să vorbim despre natura tranzițiilor electronice și să dăm o scară electromagnetică.

Zeitate și atom

Structura materiei a devenit un subiect de interes pentru oamenii de știință în urmă cu mai bine de două mii de ani. Filozofii greci antici au pus întrebări despre modul în care aerul diferă de foc și pământul de apă, de ce marmura este albă și cărbunele este negru. Au creat sisteme complexe de componente interdependente, s-au infirmat sau s-au sprijinit reciproc. Și cel mai mult fenomene ciudate, de exemplu, o lovitură de fulger sau un răsărit de soare a fost atribuită acțiunii zeilor.

Odată, după ce a observat treptele templului timp de mulți ani, un om de știință a observat: fiecare picior care stă pe o piatră duce o particule minuscule de materie. De-a lungul timpului, marmura și-a schimbat forma și s-a lăsat în mijloc. Numele acestui om de știință este Leucip și a numit cele mai mici particule atomi, indivizibile. Aceasta a început calea spre studierea a ceea ce sunt radiațiile în fizică.

Paște și lumină

Apoi au venit vremuri întunecate și știința a fost abandonată. Toți cei care au încercat să studieze forțele naturii au fost numiți vrăjitoare și vrăjitori. Dar, în mod ciudat, religia a fost cea care a dat impuls dezvoltare ulterioarăȘtiințe. Studiul a ceea ce este radiația în fizică a început cu astronomia.

Timpul pentru sărbătorirea Paștelui a fost calculat diferit de fiecare dată în acele zile. Un sistem complex Relația dintre echinocțiul de primăvară, ciclul lunar de 26 de zile și săptămâna de 7 zile nu a permis compilarea tabelelor de date pentru sărbătorirea Paștelui pentru mai mult de câțiva ani. Dar biserica trebuia să planifice totul dinainte. Prin urmare, Papa Leon al X-lea a ordonat compilarea unor tabele mai precise. Acest lucru a necesitat o observare atentă a mișcărilor Lunii, stelelor și Soarelui. Și în cele din urmă, Nicolaus Copernic și-a dat seama: Pământul nu este plat și nici centrul universului. O planetă este o minge care se învârte în jurul Soarelui. Și Luna este o sferă pe orbita Pământului. Desigur, s-ar putea întreba: „Ce au toate acestea de-a face cu radiația în fizică?” Să o dezvăluim acum.

Oval și grindă

Mai târziu, Kepler a completat sistemul copernican stabilind că planetele se mișcă pe orbite ovale, iar această mișcare este inegală. Dar tocmai acel prim pas a insuflat omenirii interesul pentru astronomie. Și acolo nu era departe de întrebările: „Ce este o stea?”, „De ce îi văd oamenii razele?” și „Cum diferă un luminar de altul?” Dar mai întâi va trebui să treci de la obiecte uriașe la cele mai mici. Și apoi ajungem la radiații, un concept în fizică.

Atom și stafide

La sfârșitul secolului al XIX-lea, s-au acumulat suficiente cunoștințe despre cele mai mici unități chimice ale materiei - atomii. Se știa că sunt neutre din punct de vedere electric, dar conțin elemente încărcate atât pozitiv, cât și negativ.

S-au făcut multe presupuneri: că sarcinile pozitive sunt distribuite într-un câmp negativ, ca stafidele într-o chiflă, și că un atom este o picătură de părți lichide încărcate diferit. Dar experiența lui Rutherford a clarificat totul. El a demonstrat că în centrul atomului se află un nucleu greu pozitiv, iar în jurul lui există electroni negativi ușoare. Și configurația cochiliilor este diferită pentru fiecare atom. Aici se află particularitățile radiațiilor în fizica tranzițiilor electronice.

Borul și orbită

Când oamenii de știință au descoperit că părțile negative ușoare ale atomului sunt electroni, a apărut o altă întrebare - de ce nu cad pe nucleu. La urma urmei, conform teoriei lui Maxwell, orice sarcină în mișcare radiază și, prin urmare, pierde energie. Dar atomii existau atâta timp cât universul și nu aveau de gând să se anihileze. Bohr a venit în ajutor. El a postulat că electronii se află pe anumite orbite staționare în jurul nucleului atomic și nu pot fi decât în ele. Tranziția unui electron între orbite se realizează printr-o smucitură cu absorbția sau emisia de energie. Această energie ar putea fi, de exemplu, un cuantum de lumină. În esență, am subliniat acum definiția radiației în fizica particulelor.

Hidrogen și fotografie

Inițial, tehnologia fotografică a fost inventată ca un proiect comercial. Oamenii au vrut să rămână de secole, dar nu toată lumea își permitea să comande un portret de la un artist. Și fotografiile erau ieftine și nu necesitau o investiție atât de mare. Apoi arta sticlei și azotatului de argint a pus afacerile militare în serviciu. Și atunci știința a început să profite de materialele fotosensibile.

Spectrele au fost fotografiate mai întâi. Se știe de mult că hidrogenul fierbinte emite linii specifice. Distanța dintre ei respecta o anumită lege. Dar spectrul heliului era mai complex: conținea același set de linii ca și hidrogenul și încă unul. A doua serie nu a mai respectat legea derivată pentru prima serie. Aici teoria lui Bohr a venit în ajutor.

S-a dovedit că există un singur electron într-un atom de hidrogen și se poate deplasa de la toate orbitele excitate superioare la una inferioară. Aceasta a fost prima serie de rânduri. Atomii mai grei sunt mai complexi.

Lentila, grilajul, spectrul

Aceasta a marcat începutul utilizării radiațiilor în fizică. Analiza spectrală este una dintre cele mai puternice și fiabile modalități de a determina compoziția, cantitatea și structura unei substanțe.

Spectrul de emisie de electroni vă va spune ce este conținut în obiect și care este procentul unei anumite componente. Această metodă este folosită în absolut toate domeniile științei: de la biologie și medicină la fizica cuantică.
Spectrul de absorbție vă va spune ce ioni și în ce poziții sunt prezenți în rețeaua solidului.
Spectrul de rotație va demonstra cât de departe sunt moleculele în interiorul atomului, câte și ce fel de legături are fiecare element.

Iar domeniile de aplicare ale radiațiilor electromagnetice sunt nenumărate:

undele radio explorează structura obiectelor foarte îndepărtate și interiorul planetelor;
radiația termică va spune despre energia proceselor;
lumina vizibilă vă va spune în ce direcții se află cele mai strălucitoare stele;
razele ultraviolete vor face clar că au loc interacțiuni de înaltă energie;
Spectrul de raze X în sine le permite oamenilor să studieze structura materiei (inclusiv corpul uman), iar prezența acestor raze în obiectele cosmice va anunța oamenii de știință că există o stea neutronică, o explozie de supernovă sau o gaură neagră în focarul telescopului.

Corp negru pur

Dar acolo este sectiune speciala, care studiază ce este radiația termică în fizică. Spre deosebire de lumina atomică, emisia termică a luminii are un spectru continuu. Și cel mai bun obiect model pentru calcule este un corp absolut negru. Acesta este un obiect care „prinde” toată lumina care cade pe el, dar nu o eliberează înapoi. Destul de ciudat, un corp complet negru emite radiații, iar lungimea de undă maximă va depinde de temperatura modelului. În fizica clasică, radiația termică a dat naștere unui paradox, s-a dovedit că orice lucru încălzit ar trebui să radieze din ce în ce mai multă energie până intervalul ultraviolet energia sa nu ar distruge universul.

Max Planck a reușit să rezolve paradoxul. El a introdus o nouă cantitate, cuantică, în formula radiației. Fără a-i oferi ceva special sens fizic, el a deschis o lume întreagă. Acum, cuantificarea cantităților este baza stiinta moderna. Oamenii de știință și-au dat seama că câmpurile și fenomenele constau din elemente indivizibile, cuante. Acest lucru a condus la studii mai profunde ale materiei. De exemplu, lumea modernă aparține semiconductorilor. Anterior, totul era simplu: metalul conduce curentul, alte substanțe sunt dielectrice. Și substanțe precum siliciul și germaniul (conductori) se comportă de neînțeles în raport cu electricitatea. Pentru a învăța cum să-și controleze proprietățile, a fost necesar să se creeze o întreagă teorie și să se calculeze totul capabilități p-n tranziții.