Vrste radioaktivnega sevanja in njihova nevarnost. Vrste ionizirajočega sevanja in njihove lastnosti

Za tiste, ki fizike ne poznajo ali jo šele začenjajo študirati, je vprašanje, kaj je sevanje, težko. Toda s tem fizičnim pojavom se srečujemo skoraj vsak dan. Preprosto povedano, sevanje je proces širjenja energije v obliki elektromagnetnih valov in delcev ali, z drugimi besedami, to so energijski valovi, ki se širijo naokoli.

Vir sevanja in njegove vrste

Vir elektromagnetnih valov je lahko tako umeten kot naraven. Na primer, rentgenski žarki se imenujejo umetno sevanje.

Sevanje lahko občutite, ne da bi zapustili svoj dom: samo držite roko nad gorečo svečo in takoj boste začutili sevanje toplote. Lahko ga imenujemo toplotno, vendar poleg njega v fiziki obstaja še nekaj drugih vrst sevanja. Tukaj je nekaj izmed njih:

Ultravijolično - človek lahko občuti to sevanje na sebi med sončenjem.
Rentgenski žarki imajo najkrajšo valovno dolžino, imenujemo jih rentgenski žarki.
Celo človek lahko vidi infrardeče žarke, primer tega je navaden otroški laser. Ta vrsta sevanja nastane, ko se mikrovalovne radijske emisije in vidna svetloba ujemajo. Infrardeče sevanje se pogosto uporablja v fizioterapiji.
Radioaktivno sevanje nastane med razpadom radioaktivnih kemičnih elementov. Več o sevanju lahko izveste iz članka.
Optično sevanje ni nič drugega kot svetlobno sevanje, svetloba v najširšem pomenu besede.
Gama sevanje je vrsta elektromagnetnega sevanja s kratko valovno dolžino. Uporablja se na primer pri radioterapiji.

Znanstveniki že dolgo vedo, da nekatera sevanja škodljivo vplivajo na človeško telo. Kako močan bo ta učinek, je odvisno od trajanja in moči sevanja. Če ste dolgo časa izpostavljeni sevanju, lahko pride do sprememb na celični ravni. Vsa elektronska oprema, ki nas obdaja, pa naj bo to mobilni telefon, računalnik ali mikrovalovna pečica – vse to vpliva na zdravje. Zato morate paziti, da se ne izpostavite nepotrebnemu sevanju.

Beta, gama.

Kako nastanejo?

Vse zgoraj navedene vrste sevanja so produkt procesa razpadanja izotopov preprostih snovi. Atomi vseh elementov so sestavljeni iz jedra in elektronov, ki se vrtijo okoli njega. Jedro je sto tisočkrat manjše od celotnega atoma, vendar je zaradi izjemno velike gostote njegova masa skoraj enaka skupni masi celotnega atoma. Jedro vsebuje pozitivno nabite delce - protone in nevtrone brez električnega naboja. Tako ti kot drugi so med seboj zelo tesno povezani. Glede na število protonov v jedru se določi, kateremu točno ta atom pripada, na primer - 1 proton v jedru je vodik, 8 protonov - kisik, 92 protonov - uran. v atomu ustreza številu protonov v njegovem jedru. Vsak elektron ima negativen električni naboj, enak naboju protona, zato je atom kot celota nevtralen.

Tisti atomi, ki imajo jedra, ki so enaka po številu protonov, različna pa po številu nevtronov, so različice ene kemikalije in se imenujejo njeni izotopi. Da bi jih nekako razlikovali, je simbolu, ki označuje element, pripisana številka, ki je vsota vseh delcev v jedru tega izotopa. Na primer, jedro elementa urana-238 vključuje 92 protonov, pa tudi 146 nevtronov, urana-235 pa tudi 92 protonov, vendar je nevtronov že 143. Večina izotopov je nestabilnih. Na primer, uran-238, katerega vezi med protoni in nevtroni v jedru so zelo šibke in se bo prej ali slej od njega ločila kompaktna skupina, sestavljena iz para nevtronov in para protonov, ki bo uran-238 pretvorila v drugo element - torij-234, ki je tudi nestabilen element, katerega jedro vsebuje 144 nevtronov in 90 protonov. Njegov razpad bo nadaljeval verigo transformacij, ki se bo ustavila z nastankom svinčevega atoma. Med vsakim od teh razpadov se sprosti energija, ki povzroči različne vrste

Za poenostavitev situacije lahko opišemo pojav različnih vrst jeder, ki jih sestavljata par nevtronov in par protonov, beta žarki izhajajo iz elektrona. In obstajajo situacije, v katerih je izotop toliko vzbujen, da ga izstop delca ne stabilizira popolnoma, nato pa v enem delu odvrže presežek čiste energije, ta proces se imenuje gama sevanje. Takšne vrste sevanja, kot so žarki gama in podobni rentgenski žarki, nastanejo brez emisij materialnih delcev. Čas, ki je potreben, da polovica vseh atomov v katerem koli danem izotopu razpade v katerem koli radioaktivnem viru, se imenuje razpolovna doba. Proces atomskih transformacij je neprekinjen, njegova aktivnost pa je ocenjena s številom razpadov, ki so se zgodili v eni sekundi, in se meri v bekerelih (1 atom v eni sekundi).

Za različne vrste sevanja je značilno sproščanje različnih količin energije, različna pa je tudi njihova prodorna sposobnost, zato imajo različne učinke tudi na tkiva živih organizmov.

Alfa sevanje, ki je tok težkih delcev, lahko zadrži celo list papirja, ne more prodreti skozi plast odmrlih epidermalnih celic. Ni nevarno, dokler snovi, ki oddajajo alfa delce, ne pridejo v telo skozi rane ali s hrano in/ali vdihanim zrakom. Takrat postanejo izjemno nevarni.

Beta sevanje je sposobno prodreti 1-2 centimetra v tkiva živega organizma.

Gama žarki, ki potujejo s svetlobno hitrostjo, so najbolj nevarni in jih lahko ustavi le debela svinčena ali betonska plošča.

Vse vrste sevanja so sposobne povzročiti škodo živemu organizmu in jih bo več, več energije se je preneslo v tkiva.

Pri različnih nesrečah na jedrskih objektih in med vojaškimi operacijami z uporabo jedrskega orožja je pomembno upoštevati škodljive dejavnike, ki vplivajo na telo kot celoto. Poleg očitnih fizičnih učinkov na človeka imajo tudi različne vrste elektromagnetnega sevanja škodljiv učinek.

Atomska energija se precej aktivno uporablja v miroljubne namene, na primer pri delovanju rentgenskega aparata, pospeševalnika, ki je omogočil širjenje ionizirajočega sevanja v nacionalnem gospodarstvu. Glede na to, da je človek temu izpostavljen vsak dan, je treba ugotoviti, kakšne so lahko posledice nevarnega stika in kako se zaščititi.

Glavna značilnost

Ionizirajoče sevanje je vrsta sevalne energije, ki vstopi v določeno okolje in povzroči ionizacijski proces v telesu. Ta lastnost ionizirajočega sevanja je primerna za rentgenske žarke, radioaktivne in visoke energije in še marsikaj.

Ionizirajoče sevanje neposredno vpliva na človeško telo. Kljub temu, da se ionizirajoče sevanje lahko uporablja v medicini, je izjemno nevarno, kar dokazujejo njegove značilnosti in lastnosti.

Poznane sorte so radioaktivno obsevanje, ki se pojavi zaradi poljubnega cepljenja atomskega jedra, kar povzroči preoblikovanje kemičnih in fizikalnih lastnosti. Snovi, ki lahko razpadejo, veljajo za radioaktivne.

So umetni (sedemsto elementov), naravni (petdeset elementov) - torij, uran, radij. Treba je opozoriti, da imajo rakotvorne lastnosti, sproščanje toksinov kot posledica izpostavljenosti ljudem lahko povzroči raka, sevalno bolezen.

Opozoriti je treba na naslednje vrste ionizirajočega sevanja, ki vplivajo na človeško telo:

Alfa

Veljajo za pozitivno nabite ione helija, ki se pojavijo v primeru razpada jeder težkih elementov. Zaščita pred ionizirajočim sevanjem se izvaja s kosom papirja, krpo.

Beta

- tok negativno nabitih elektronov, ki se pojavijo v primeru razpada radioaktivnih elementov: umetni, naravni. Škodljivi faktor je veliko višji kot pri prejšnjih vrstah. Za zaščito potrebujete debelejši zaslon, bolj vzdržljiv. Takšno sevanje vključuje pozitrone.

Gama

- trdo elektromagnetno nihanje, ki se pojavi po razpadu jeder radioaktivnih snovi. Obstaja visok faktor penetracije, je najnevarnejše od treh naštetih sevanj za človeško telo. Za zaščito žarkov morate uporabiti posebne naprave. To bo zahtevalo dobre in trpežne materiale: vodo, svinec in beton.

rentgensko slikanje

Ionizirajoče sevanje nastane v procesu dela s cevjo, kompleksnimi inštalacijami. Značilnost je podobna žarkom gama. Razlika je v izvoru, valovni dolžini. Obstaja prodoren dejavnik.

Nevtron

Nevtronsko sevanje je tok nenabitih nevtronov, ki so del jeder, razen vodika. Zaradi obsevanja snovi prejmejo del radioaktivnosti. Tam je največji prodorni faktor. Vse te vrste ionizirajočega sevanja so zelo nevarne.

Glavni viri sevanja

Viri ionizirajočega sevanja so umetni, naravni. V bistvu človeško telo prejema sevanje iz naravnih virov, ti vključujejo:

zemeljsko sevanje;
notranje obsevanje.

Kar zadeva vire zemeljskega sevanja, so mnogi od njih rakotvorni. Tej vključujejo:

Uran;
kalij;
torij;
polonij;
svinec;
rubidij;
radon.

Nevarnost je, da so rakotvorne. Radon je plin, ki nima vonja, barve ali okusa. Je sedem in pol krat težji od zraka. Njegovi produkti razpada so veliko nevarnejši od plina, zato je vpliv na človeško telo izjemno tragičen.

Umetni viri vključujejo:

jedrska energija;
tovarne za koncentracijo;
rudniki urana;
odlagališča z radioaktivnimi odpadki;
rentgenski aparati;
jedrska eksplozija;
znanstveni laboratoriji;
radionuklidi, ki se aktivno uporabljajo v sodobni medicini;
svetlobne naprave;
računalniki in telefoni;
Naprave.

Ob prisotnosti teh virov v bližini obstaja faktor absorbirane doze ionizirajočega sevanja, katerega enota je odvisna od trajanja izpostavljenosti človeškemu telesu.

Delovanje virov ionizirajočega sevanja se pojavlja vsakodnevno, na primer: ko delate za računalnikom, gledate televizijo ali se pogovarjate po mobilnem telefonu ali pametnem telefonu. Vsi ti viri so do neke mere rakotvorni, lahko povzročijo resne in usodne bolezni.

Postavitev virov ionizirajočega sevanja vključuje seznam pomembnih, pomembnih del, povezanih z razvojem projekta umeščanja objektov za obsevanje. Vsi viri sevanja vsebujejo določeno enoto sevanja, od katerih ima vsak poseben učinek na človeško telo. To vključuje manipulacije, ki se izvajajo za namestitev, uvedbo teh naprav v obratovanje.

Treba je opozoriti, da je odstranjevanje virov ionizirajočega sevanja obvezno.

To je postopek, ki pomaga pri razgradnji proizvodnih virov. Ta postopek je sestavljen iz tehničnih, administrativnih ukrepov, ki so namenjeni zagotavljanju varnosti osebja, javnosti, prisoten pa je tudi dejavnik varovanja okolja. Rakotvorni viri in oprema so velika nevarnost za človeško telo, zato jih je treba odstraniti.

Značilnosti registracije sevanja

Karakterizacija ionizirajočih sevanj kaže, da so nevidna, nimajo vonja in barve, zato jih je težko opaziti.

Za to obstajajo metode za registracijo ionizirajočega sevanja. Kar zadeva metode odkrivanja, merjenja, se vse izvaja posredno, za osnovo se vzame neka lastnost.

Za odkrivanje ionizirajočega sevanja se uporabljajo naslednje metode:

Fizični: ionizacijski, proporcionalni števec, Geiger-Mullerjev števec s plinskim razelektritvijo, ionizacijski števec, polprevodniški števec.
Kalorimetrična metoda detekcije: biološka, klinična, fotografska, hematološka, citogenetska.
Luminescenčni: fluorescenčni in scintilacijski števci.
Biofizikalna metoda: radiometrija, izračun.

Dozimetrija ionizirajočega sevanja se izvaja z instrumenti, ki lahko določijo odmerek sevanja. Naprava vključuje tri glavne dele - števec impulzov, senzor, napajalnik. Dozimetrija sevanja je možna z dozimetrom, radiometrom.

Vplivi na osebo

Posebej nevaren je učinek ionizirajočega sevanja na človeško telo. Možne so naslednje posledice:

obstaja dejavnik zelo globoke biološke spremembe;
obstaja kumulativni učinek enote absorbiranega sevanja;
učinek se pokaže sčasoma, saj je opaženo latentno obdobje;
vsi notranji organi in sistemi imajo različno občutljivost na enoto absorbiranega sevanja;
sevanje vpliva na vse potomce;
učinek je odvisen od enote absorbiranega sevanja, doze sevanja, trajanja.

Kljub uporabi sevalnih naprav v medicini je njihov učinek lahko škodljiv. Biološki učinek ionizirajočega sevanja v procesu enakomernega obsevanja telesa, pri izračunu 100% odmerka, se pojavi naslednje:

kostni mozeg - enota absorbiranega sevanja 12%;
pljuča - ne manj kot 12%;
kosti - 3%;
moda, jajčniki- absorbirana doza ionizirajočega sevanja je približno 25 %;
Ščitnica- enota absorbiranega odmerka je približno 3 %;
mlečne žleze - približno 15%;
druga tkiva - enota absorbirane doze sevanja je 30%.

Posledično se lahko pojavijo različne bolezni, med drugim onkologija, paraliza in sevalna bolezen. Izjemno nevarno je za otroke in nosečnice, saj pride do nenormalnega razvoja organov in tkiv. Toksini, sevanje so viri nevarnih bolezni.

Radioaktivnost je leta 1896 odkril francoski znanstvenik Antoine Henri Becquerel med preučevanjem luminescence uranovih soli. Izkazalo se je, da so uranove soli brez zunanjega vpliva (spontano) oddajale sevanje neznane narave, ki je osvetljevalo fotografske plošče, izolirane od svetlobe, ioniziralo zrak, prodiralo skozi tanke kovinske plošče in povzročalo luminiscenco številnih snovi. Enako lastnost so imele tudi snovi, ki vsebujejo polonij 21084Ро in radij 226 88Ra.

Še prej, leta 1985, je rentgenske žarke po naključju odkril nemški fizik Wilhelm Roentgen. Marie Curie je skovala besedo "radioaktivnost".

Radioaktivnost je spontana transformacija (razpad) jedra atoma kemičnega elementa, ki vodi do spremembe njegovega atomskega števila ali spremembe masnega števila. S takšno transformacijo jedra se oddaja radioaktivno sevanje.

Ločimo naravno in umetno radioaktivnost. Naravna radioaktivnost je radioaktivnost, ki jo opazimo v naravno prisotnih nestabilnih izotopih. Umetna radioaktivnost je radioaktivnost izotopov, pridobljenih kot posledica jedrskih reakcij.

Obstaja več vrst radioaktivnega sevanja, ki se razlikujejo po energiji in prodorni sposobnosti, ki neenako vplivajo na tkiva živega organizma.

Alfa sevanje je tok pozitivno nabitih delcev, od katerih je vsak sestavljen iz dveh protonov in dveh nevtronov. Prebojna moč te vrste sevanja je nizka. Ujame ga nekaj centimetrov zraka, nekaj listov papirja in navadna oblačila. Alfa sevanje je lahko škodljivo za oči. Praktično ne more prodreti v zunanjo plast kože in ne predstavlja nevarnosti, dokler radionuklidi, ki oddajajo alfa delce, ne vstopijo v telo skozi odprto rano, s hrano ali vdihanim zrakom – takrat lahko postanejo izjemno nevarni. Zaradi obsevanja z relativno težkimi pozitivno nabitimi alfa delci lahko po določenem času pride do resnih poškodb celic in tkiv živih organizmov.

Beta sevanje- To je tok negativno nabitih elektronov, ki se gibljejo z veliko hitrostjo, katerih velikost in masa sta veliko manjši od alfa delcev. To sevanje je bolj prodorno kot alfa sevanje. Pred njo jo lahko zaščitimo s tanko pločevino, kot je aluminij ali plastjo lesa debeline 1,25 cm.Če človek ni oblečen v debele obleke, lahko beta delci prodrejo v kožo do globine več milimetrov. Če telo ni pokrito z oblačili, lahko beta sevanje poškoduje kožo, prehaja skozi tkiva telesa do globine 1–2 centimetra.

gama sevanje, tako kot rentgenski žarki je elektromagnetno sevanje ultra visokih energij. Gre za sevanje zelo kratkih valovnih dolžin in zelo visokih frekvenc. Vsi, ki so opravili zdravniški pregled, so seznanjeni z rentgenskimi žarki. Gama sevanje ima visoko prodorno sposobnost, pred njim ga je mogoče zaščititi le z debelo plastjo svinca ali betona. Rentgenski in gama žarki niso električno napolnjeni. Lahko poškodujejo kateri koli organ.

Vseh oblik radioaktivnega sevanja ni mogoče videti, čutiti ali slišati. Sevanje je brez barve, okusa in vonja. Stopnje razpada radionuklidov praktično ni mogoče spremeniti z znanimi kemičnimi, fizikalnimi, biološkimi in drugimi metodami. Več energije kot sevanje prenese na tkiva, večjo škodo bo povzročilo v telesu. Količina energije, ki se prenese v telo, se imenuje odmerek. Telo lahko prejme odmerek sevanja iz katere koli vrste sevanja, vključno z radioaktivnim. V tem primeru so lahko radionuklidi zunaj telesa ali znotraj njega. Količina energije sevanja, ki jo absorbira enota mase obsevanega telesa, se imenuje absorbirana doza in se meri v sistemu SI v sivih (Gy).

Pri enaki absorbirani dozi je alfa sevanje veliko bolj nevarno kot sevanje beta in gama. Stopnja izpostavljenosti različnim vrstam sevanja na osebi se oceni z uporabo takšne lastnosti, kot je ekvivalentna doza. poškodujejo tkiva telesa na različne načine. V sistemu SI se meri v enotah, imenovanih sivert (Sv).

Radioaktivni razpad je naravna radioaktivna transformacija jeder, ki se zgodi spontano. Jedro, ki je podvrženo radioaktivnemu razpadu, se imenuje matično jedro; nastalo hčerinsko jedro se praviloma izkaže za vzbujeno, njegov prehod v osnovno stanje pa spremlja emisija fotona γ. To gama sevanje je glavna oblika zmanjševanja energije vzbujenih produktov radioaktivnih transformacij.

Alfa razpad. β-žarki so tok helijevih jeder He. Alfa razpad spremlja pobeg iz jedra α-delca (He), medtem ko se sprva pretvori v jedro atoma novega kemičnega elementa, katerega naboj je manjši za 2, masno število pa za 4 enote. .

Hitrosti, s katerimi α-delci (t.i. He jedra) letijo iz razpadlega jedra, so zelo velike (~ 106 m/s).

Med letenjem skozi snov α-delec postopoma izgublja svojo energijo in jo porabi za ioniziranje molekul snovi in se na koncu ustavi. Alfa delec na svoji poti tvori približno 106 parov ionov na 1 cm poti.

Večja kot je gostota snovi, manjši je obseg α-delcev pred zaustavitvijo. V zraku pri normalnem tlaku je kilometrina nekaj cm, v vodi, v človeških tkivih (mišice, kri, limfa) 0,1-0,15 mm. Alfa delce popolnoma zajame navaden list papirja.

α-delci v primeru zunanjega obsevanja niso zelo nevarni, ker lahko odložijo oblačila, guma. Toda α-delci so zelo nevarni, če pridejo v človeško telo, zaradi visoke gostote ionizacije, ki jo proizvajajo. Poškodbe, ki nastanejo v tkivih, niso reverzibilne.

Beta razpad je na voljo v treh različicah. Prvo jedro, ki je podvrženo transformaciji, oddaja elektron, drugo je pozitron, tretje se imenuje zajem elektronov (e-capture), jedro absorbira enega od elektronov.

Tretja vrsta razpada (zajem elektronov) je, da jedro absorbira enega od elektronov svojega atoma, zaradi česar se eden od protonov spremeni v nevtron, medtem ko oddaja nevtrino:

Hitrost gibanja β-delcev v vakuumu je enaka 0,3 - 0,99 hitrosti svetlobe. So hitrejši od alfa delcev, letijo skozi prihajajoče atome in sodelujejo z njimi. β-delci imajo manjši ionizacijski učinek (50-100 parov ionov na 1 cm poti v zraku) in ko β-delci vstopijo v telo, so manj nevarni kot α-delci. Vendar pa je prodorna sposobnost β-delcev visoka (od 10 cm do 25 m in do 17,5 mm v bioloških tkivih).

Gama sevanje - elektromagnetno sevanje, ki ga oddajajo atomska jedra med radioaktivnimi transformacijami, ki se širi v vakuumu s konstantno hitrostjo 300.000 km / s. To sevanje spremlja praviloma β-razpad in redkeje α-razpad.

Gama sevanje je podobno rentgenskim žarkom, vendar ima veliko večjo energijo (na krajši valovni dolžini). γ-žarki, ki so električno nevtralni, se v magnetnem in električnem polju ne odklanjajo. V snovi in vakuumu se širijo pravolinijsko in enakomerno v vse smeri od vira, ne da bi povzročile neposredno ionizacijo; pri gibanju v mediju izbijajo elektrone in jim prenesejo del ali vso svojo energijo, ki povzročijo ionizacijski proces. Za 1 cm teka γ-žarki tvorijo 1-2 para ionov. V zraku prepotujejo pot od nekaj sto metrov in celo kilometrov, v betonu - 25 cm, v svincu - do 5 cm, v vodi - desetine metrov in skozi in skoz prodirajo v žive organizme.

Gama žarki predstavljajo veliko nevarnost za žive organizme kot vir zunanjega sevanja.

Danes se pogovorimo o tem, kaj je sevanje v fiziki. Pogovorimo se o naravi elektronskih prehodov in podamo elektromagnetno lestvico.

Božanstvo in atom

Struktura snovi je postala predmet zanimanja znanstvenikov pred več kot dva tisoč leti. Starogrški filozofi so se spraševali, kako se zrak razlikuje od ognja in zemlja od vode, zakaj je marmor bel in premog črn. Ustvarili so kompleksne sisteme medsebojno odvisnih komponent, se medsebojno ovrgli ali podprli. In najbolj nerazumljive pojave, na primer udar strele ali sončni vzhod, so pripisali delovanju bogov.

Nekoč, potem ko je dolga leta opazoval stopnice templja, je en znanstvenik opazil: vsaka noga, ki stoji na kamnu, odnese droben delec snovi. Sčasoma je marmor spremenil obliko in se na sredini povesil. Ime tega znanstvenika je Leucippus, najmanjše delce pa je imenoval atomi, nedeljivi. To je bil začetek poti do študija, kaj je sevanje v fiziki.

Velika noč in luč

Potem so prišli temni časi, znanost je bila opuščena. Vse, ki so poskušali preučevati naravne sile, so imenovali čarovnice in čarovniki. Toda, nenavadno, je bila religija tista, ki je dala zagon nadaljnjemu razvoju znanosti. Študija o tem, kaj je sevanje v fiziki, se je začela z astronomijo.

Čas praznovanja velike noči je bil v tistih dneh izračunan vsakič na različne načine. Zapleten sistem razmerij med spomladanskim enakonočjem, 26-dnevnim luninim ciklom in 7-dnevnim tednom ni omogočal sestavljanja datumskih tabel za praznovanje velike noči več kot nekaj let. Toda cerkev je morala vse načrtovati vnaprej. Zato je papež Leon X. naročil sestavljanje natančnejših tabel. To je zahtevalo natančno opazovanje gibanja lune, zvezd in sonca. In na koncu je Nikolaj Kopernik spoznal: Zemlja ni ravna in ni središče vesolja. Planet je krogla, ki se vrti okoli sonca. In Luna je krogla, ki kroži okoli Zemlje. Seveda bi se lahko vprašali: "Kaj ima vse to opraviti s tem, kaj je sevanje v fiziki?" Odprimo zdaj.

Oval in žarek

Kasneje je Kepler dopolnil kopernikanski sistem z ugotovitvijo, da se planeti gibljejo po ovalnih orbitah in je to gibanje neenakomerno. Toda to je bil tisti prvi korak, ki je v človeštvu vzbudil zanimanje za astronomijo. In tam ni bilo daleč do vprašanj: "Kaj je zvezda?", "Zakaj ljudje vidijo njene žarke?" in "Kako se ena svetilka razlikuje od druge?" Toda najprej morate iti od ogromnih predmetov do najmanjših. In potem pridemo do sevanja, koncepta v fiziki.

Atom in rozine

Konec devetnajstega stoletja se je nabralo dovolj znanja o najmanjših kemičnih enotah snovi – atomih. Znano je bilo, da so električno nevtralni, vendar vsebujejo tako pozitivno kot negativno nabite elemente.

Predstavljene so bile številne predpostavke: tako da so pozitivni naboji razporejeni v negativnem polju, kot so rozine v zvitku, kot da je atom kapljica različno nabitih tekočih delov. A vse je razjasnila Rutherfordova izkušnja. Dokazal je, da je v središču atoma pozitivno težko jedro, okoli njega pa se nahajajo lahki negativni elektroni. In konfiguracija lupin za vsak atom je drugačna. Tu se skrivajo posebnosti sevanja v fiziki elektronskih prehodov.

Bor in orbita

Ko so znanstveniki ugotovili, da so svetlobni negativni deli atoma elektroni, se je pojavilo drugo vprašanje - zakaj ne padejo na jedro. Dejansko po Maxwellovi teoriji vsak premikajoči se naboj oddaja zato izgubi energijo. Toda atomi so obstajali tako dolgo kot vesolje in jih ne bodo izničili. Na pomoč je priskočil Bor. Predlagal je, da so elektroni v določenih stacionarnih orbitah okoli atomskega jedra in so lahko le na njih. Prehod elektrona med orbitami poteka v sunku z absorpcijo ali emisijo energije. Ta energija je lahko na primer kvant svetlobe. Pravzaprav smo zdaj predstavili definicijo sevanja v fiziki delcev.

Vodik in fotografija

Fotografska tehnologija je bila prvotno zasnovana kot komercialni projekt. Ljudje so želeli ostati stoletja, vendar si vsi niso mogli privoščiti, da bi umetniku naročili portret. In fotografije so bile poceni in niso zahtevale tako velikih naložb. Nato je umetnost stekla in srebrovega nitrata postavila vojaške zadeve v službo. In potem je znanost začela izkoriščati prednosti svetlobno občutljivih materialov.

Najprej so bili fotografirani spektri. Že dolgo je znano, da vroč vodik oddaja posebne črte. Razdalja med njima je bila v skladu z določenim zakonom. Toda spekter helija je bil bolj zapleten: vseboval je enak niz linij kot vodik in še eno. Druga serija ni več spoštovala zakona, izpeljanega za prvo serijo. Tu je na pomoč priskočila Bohrova teorija.

Izkazalo se je, da je v atomu vodika samo en elektron in se lahko premakne iz vseh višjih vzbujenih orbit v eno nižjo. To je bila prva serija vrstic. Težji atomi so bolj zapleteni.

Leča, rešetka, spekter

Tako je bil postavljen začetek uporabe sevanja v fiziki. Spektralna analiza je ena najmočnejših in najzanesljivejših metod za določanje sestave, količine in strukture snovi.

Elektronski emisijski spekter vam bo povedal, kaj je v objektu in kolikšen je odstotek določene komponente. To metodo uporabljajo popolnoma vsa področja znanosti: od biologije in medicine do kvantne fizike.
Absorpcijski spekter vam bo povedal, kateri ioni in na katerih položajih so prisotni v mreži trdne snovi.
Rotacijski spekter bo pokazal, kako daleč so molekule znotraj atoma, koliko in kakšne vezi so prisotne v posameznem elementu.

In obsegi uporabe elektromagnetnega sevanja so nešteto:

radijski valovi raziskujejo zgradbo zelo oddaljenih predmetov in črevesja planetov;
toplotno sevanje bo povedalo o energiji procesov;
vidna svetloba vam bo povedala, v katere smeri ležijo najsvetlejše zvezde;
ultravijolični žarki bodo pokazali, da potekajo visokoenergijske interakcije;
sam rentgenski spekter ljudem omogoča preučevanje strukture snovi (vključno s človeškim telesom), prisotnost teh žarkov v vesoljskih objektih pa bo znanstvenike obvestila, da je v fokusu teleskopa nevtronska zvezda, supernova ali črna luknja.

Črno telo

Obstaja pa poseben oddelek, ki preučuje, kaj je toplotno sevanje v fiziki. Za razliko od atomske ima toplotna emisija svetlobe stalen spekter. In najboljši modelni objekt za izračune je popolnoma črno telo. To je predmet, ki "lovi" vso svetlobo, ki pada nanj, vendar je ne izpusti nazaj. Nenavadno je, da črno telo oddaja, največja valovna dolžina pa bo odvisna od temperature modela. V klasični fiziki je toplotno sevanje povzročilo paradoks. Izkazalo se je, da mora vsaka segreta stvar oddajati vedno več energije, dokler njena energija v ultravijoličnem območju ne uniči vesolja.

Max Planck je uspel razrešiti paradoks. V formulo sevanja je vnesel novo količino, kvant. Brez posebnega fizičnega pomena je odprl ves svet. Kvantizacija količin je zdaj osnova sodobne znanosti. Znanstveniki so spoznali, da so polja in pojavi sestavljeni iz nedeljivih elementov, kvantov. To je privedlo do globljega raziskovanja snovi. Na primer, sodobni svet pripada polprevodnikom. Prej je bilo vse preprosto: kovina vodi tok, druge snovi so dielektriki. In snovi, kot sta silicij in germanij (samo polprevodniki), se v zvezi z elektriko obnašajo nerazumljivo. Da bi se naučili nadzorovati njihove lastnosti, je bilo potrebno ustvariti celotno teorijo in izračunati vse možnosti p-n prehodov.