Elektromagneettinen säteily

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 25. kesäkuuta 2022 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .

Sähkömagneettiset aallot / sähkömagneettinen säteily (EMR) - avaruudessa  etenevän sähkömagneettisen kentän häiriö ( tilanmuutos) .

Sähkövarausten ja niiden liikkeen synnyttämien sähkömagneettisten kenttien joukossa on tapana katsoa säteilyksi se osa vuorottelevista sähkömagneettisista kentistä, joka pystyy leviämään kauimpana lähteistään - liikkuvat varaukset, jotka hiipuvat etäisyyden myötä.

Sähkömagneettinen spektri on jaettu:

Sähkömagneettinen säteily voi levitä lähes kaikissa ympäristöissä. Tyhjiössä (tilassa, jossa ei ole ainetta ja kappaleita, jotka absorboivat tai lähettävät sähkömagneettisia aaltoja) sähkömagneettinen säteily etenee vaimenematta mielivaltaisen pitkiä matkoja, mutta joissain tapauksissa se etenee melko hyvin aineella täytetyssä tilassa (tosin käyttäytymistään hieman muuttaen) .

Sähkömagneettisen säteilyn ominaisuudet

Sähkömagneettisen säteilyn pääominaisuuksiksi katsotaan taajuus , aallonpituus ja polarisaatio .

Aallonpituus liittyy suoraan taajuuteen säteilyn (ryhmä)nopeuden kautta. Sähkömagneettisen säteilyn etenemisnopeus tyhjiössä on yhtä suuri kuin valon nopeus , muissa välineissä tämä nopeus on pienempi. Sähkömagneettisen säteilyn vaihenopeus tyhjiössä on myös yhtä suuri kuin valon nopeus, eri väliaineissa se voi olla joko pienempi tai suurempi kuin valon nopeus [1] .

Sähködynamiikassa

Sähkömagneettisen säteilyn ominaisuuksien ja parametrien kuvausta kokonaisuutena käsittelee sähködynamiikka , vaikka tietyt erikoistuneemmat fysiikan osa-alueet ovat mukana spektrin yksittäisten alueiden säteilyn ominaisuuksissa (osittain se tapahtui historiallisesti, osittain johtuen merkittävästä erityispiirteet, erityisesti mitä tulee eri ulottuvuuksien säteilyn vuorovaikutukseen aineen kanssa , osittain myös sovellettavien ongelmien erityispiirteet ). Tällaisia ​​erikoistuneempia osia ovat optiikka (ja sen osat) ja radiofysiikka . Korkeaenerginen fysiikka käsittelee spektrin lyhytaaltopään kovaa sähkömagneettista säteilyä [2] ; nykyaikaisten ideoiden mukaisesti (katso standardimalli ) korkeilla energioilla elektrodynamiikka lakkaa olemasta itsenäinen ja yhdistyy yhdeksi teoriaksi heikoilla vuorovaikutuksilla ja sitten - vielä suuremmilla energioilla - odotetusti kaikkien muiden mittakenttien kanssa.

Suhde perustieteisiin

On olemassa yksityiskohdiltaan ja yleisyysasteeltaan erilaisia ​​teorioita, jotka mahdollistavat sähkömagneettisen säteilyn ominaisuuksien ja ilmenemismuotojen mallintamisen ja tutkimisen. Tällaisista valmistuneista ja testatuista teorioista perustavanlaatuisin [3] on kvanttielektrodynamiikka , josta tiettyjen yksinkertaistusten avulla voidaan periaatteessa saada kaikki alla luetellut, omilla aloillaan laajasti käytetyt teoriat. Suhteellisen matalataajuisen sähkömagneettisen säteilyn kuvaamiseen makroskooppisella alueella käytetään pääsääntöisesti klassista sähködynamiikkaa , joka perustuu Maxwellin yhtälöihin , ja sovelletuissa sovelluksissa on yksinkertaistuksia. Optiikkaa käytetään optiseen säteilyyn (röntgenalueeseen asti) (erityisesti aaltooptiikkaa , kun optisen järjestelmän joidenkin osien mitat ovat lähellä aallonpituuksia; kvanttioptiikkaa , kun absorptio-, emissio- ja sirontaprosessit fotonit ovat merkittäviä ; geometrinen optiikka  - aaltooptiikan rajoittava tapaus, kun säteilyn aallonpituus voidaan jättää huomiotta). Gammasäteily on useimmiten ydinfysiikan aiheena , muista lääketieteellisistä ja biologisista asennoista tutkitaan sähkömagneettisen säteilyn vaikutusta radiologiassa .

On myös useita - perustavanlaatuisia ja sovellettavia - aloja, kuten astrofysiikka , fotokemia , fotosynteesin biologia ja visuaalinen havainto, useita spektrianalyysin aloja , joille sähkömagneettinen säteily (useimmiten tietyllä alueella) ja sen vuorovaikutus aineen kanssa näytellä avainroolia. Kaikki nämä alueet rajoittuvat ja jopa leikkaavat yllä kuvattuja fysiikan osia.

Joitakin sähkömagneettisten aaltojen ominaisuuksia värähtelyteorian ja sähködynamiikan käsitteiden näkökulmasta :

Sähkömagneettisen säteilyn alueet

Sähkömagneettinen säteily jaetaan yleensä taajuusalueisiin (katso taulukko). Alueiden välillä ei ole teräviä siirtymiä, ne menevät joskus päällekkäin, ja niiden väliset rajat ovat ehdollisia. Koska säteilyn etenemisnopeus (tyhjiössä) on vakio, sen värähtelyjen taajuus on tiukasti suhteessa aallonpituuteen tyhjiössä.

Alueen nimi Aallonpituudet, λ Taajuudet, f Lähteet
radioaallot Erittäin pitkä yli 10 km alle 30 kHz Ilmakehän ja magnetosfäärin ilmiöt. Radioviestintä.
Pitkä 10 km - 1 km 30 kHz - 300 kHz
Keskikokoinen 1 km - 100 m 300 kHz - 3 MHz
Lyhyt 100 m - 10 m 3 MHz - 30 MHz
Ultralyhyt 10 m - 1 mm 30 MHz – 300 GHz [4]
Infrapunasäteily 1 mm - 780 nm 300 GHz - 429 THz Molekyylien ja atomien säteily lämpö- ja sähkövaikutusten alaisena.
Näkyvää säteilyä 780 nm - 380 nm 429 THz - 750 THz
ultravioletti 380 nm - 10 nm 7,5⋅10 14 Hz - 3⋅10 16 Hz Atomien säteily kiihtyneiden elektronien vaikutuksesta.
röntgenkuvaus 10 nm - 17 pm 3⋅10 16 Hz — 6⋅10 19 Hz Atomiprosessit kiihtyneiden varautuneiden hiukkasten vaikutuksesta.
Gamma alle klo 17 yli 6⋅10 19 Hz Ydin- ja avaruusprosessit, radioaktiivinen hajoaminen.

Ultralyhyet radioaallot jaetaan yleensä metri- , desimetri- , sentti- , milli- ja desimillimetriaalloiksi (hyperkorkeat taajuudet, HHF, 300-3000 GHz) - standardiradioaaltokaistoihin yleisesti hyväksytyn luokituksen mukaan [4] . Toisen luokituksen mukaan näitä radioaaltojen standardialueita, metriaaltoja lukuun ottamatta , kutsutaan mikroaaltoiksi tai mikroaaltoiksi (MW) [5] .

Ionisoiva sähkömagneettinen säteily . Tähän ryhmään kuuluvat perinteisesti röntgen- ja gammasäteily, vaikka tarkasti ottaen ultraviolettisäteily ja jopa näkyvä valo voivat ionisoida atomeja. Röntgen- ja gammasäteilyn alueiden rajat voidaan määrittää vain hyvin ehdollisesti. Yleisenä suuntauksena voidaan olettaa, että röntgenkvanttien energia on välillä 20 eV - 0,1 MeV ja gamma-kvanttien energia  on yli 0,1 MeV . Suppeassa merkityksessä gammasäteilyä emittoi ydin ja röntgensäteilyä atomin elektronikuori, kun elektroni putoaa matalalta kiertoradalta, vaikka tämä luokitus ei sovellu kovaan säteilyyn, joka syntyy ilman osallistumista. atomien ja ytimien (esimerkiksi synkrotroni tai bremsstrahlung ).

Radioaallot

Suurten λ-arvojen vuoksi radioaaltojen etenemistä voidaan harkita ottamatta huomioon väliaineen atomistista rakennetta. Ainoat poikkeukset ovat lyhyimmät radioaallot spektrin infrapunaosan vieressä. Radioalueella säteilyn kvanttiominaisuuksilla on myös vähän vaikutusta, vaikka ne on silti otettava huomioon erityisesti kuvattaessa kvanttigeneraattoreita ja vahvistimia senttimetri- ja millimetrialueella sekä molekyylitaajuus- ja aikastandardeja, kun laite jäähdytetään useiden kelvinien lämpötiloihin.

Radioaaltoja syntyy, kun vastaavan taajuuden vaihtovirta kulkee johtimien läpi . Sitä vastoin avaruuden läpi kulkeva sähkömagneettinen aalto herättää sitä vastaavan vaihtovirran johtimessa. Tätä ominaisuutta käytetään radiotekniikassa antennien suunnittelussa .

Ukkosmyrskyt ovat luonnollinen aaltojen lähde tällä alueella . Niiden uskotaan olevan myös Schumannin seisovien sähkömagneettisten aaltojen lähde .

Mikroaaltosäteily

Infrapunasäteily (lämpö)

Radion ja mikroaaltouunien tapaan infrapunasäteily (IR) heijastaa metalleja (sekä useimmat sähkömagneettiset häiriöt ultraviolettialueella ). Kuitenkin toisin kuin matalataajuinen radio- ja mikroaaltouunisäteily, infrapunasäteily on yleensä vuorovaikutuksessa yksittäisissä molekyyleissä olevien dipolien kanssa, jotka muuttuvat atomien värähteleessä yksittäisen kemiallisen sidoksen päissä.

Tämän seurauksena se imeytyy monenlaisiin aineisiin, mikä johtaa niiden lämpötilan nousuun, kun värähtelyt hajoavat lämmön muodossa. Sama prosessi käänteisessä muodossa aiheuttaa spontaanien massiivisten aineiden emission infrapunassa.

Infrapunasäteily on jaettu spektrin ala-alueisiin. Vaikka on olemassa erilaisia ​​jakomalleja, spektri on yleensä jaettu lähiinfrapunaan (0,75-1,4 µm), lyhytaaltoiseen infrapunaan (1,4-3 µm), keskiaaltoinfrapunaan (3-8 µm), pitkän aallon infrapunaan (8-15 µm). µm) ja kauko-infrapuna (15-1000 µm).

Näkyvä säteily (optinen)

Näkyvä, infrapuna- ja ultraviolettisäteily muodostavat niin sanotun optisen alueen sanan laajimmassa merkityksessä. Tällaisen alueen valinta ei johdu vain spektrin vastaavien osien läheisyydestä , vaan myös sen tutkimiseen käytettyjen ja historiallisesti pääasiassa näkyvän valon tutkimuksessa kehittyneiden instrumenttien samankaltaisuudesta ( linssit ja peilit säteilyn tarkentamiseen ) . , prismat , diffraktiohilat , häiriölaitteet säteilyn spektrikoostumuksen tutkimiseen jne.).

Aaltojen taajuudet spektrin optisella alueella ovat jo verrattavissa atomien ja molekyylien luonnollisiin taajuuksiin ja niiden pituudet ovat verrattavissa molekyylikokoihin ja molekyylien välisiin etäisyyksiin. Tästä johtuen aineen atomistisesta rakenteesta johtuvista ilmiöistä tulee tällä alueella merkittäviä. Samasta syystä aaltoominaisuuksien ohella myös valon kvanttiominaisuudet näkyvät.

Tunnetuin optisen säteilyn lähde on aurinko . Sen pinta ( fotosfääri ) kuumennetaan 6000 K lämpötilaan ja loistaa kirkkaalla valkoisella valolla (auringon säteilyn jatkuvan spektrin maksimi - 550 nm - sijaitsee "vihreällä" alueella, jossa silmän herkkyys on maksimi sijaitsee). Juuri siksi , että synnyimme lähellä tällaista tähteä , tämä sähkömagneettisen säteilyn spektrin osa havaitaan suoraan aisteillamme .

Optisen alueen säteilyä syntyy erityisesti kappaleiden kuumennettaessa (infrapunasäteilyä kutsutaan myös lämpösäteilyksi) atomien ja molekyylien lämpöliikkeen vuoksi. Mitä kuumempi kappale, sitä korkeammalla taajuudella sen säteilyspektrin maksimi sijaitsee (katso Wienin siirtymälaki ). Tietyllä lämmityksellä vartalo alkaa hehkua näkyvällä alueella ( hehku ), ensin punaisena, sitten keltaisena ja niin edelleen. Sitä vastoin optisen spektrin säteilyllä on lämpövaikutus kappaleisiin (katso: Bolometria ).

Optista säteilyä voidaan luoda ja rekisteröidä kemiallisissa ja biologisissa reaktioissa. Yksi tunnetuimmista kemiallisista reaktioista , joka on optisen säteilyn vastaanotin, käytetään valokuvauksessa . Useimpien maan elävien olentojen energialähde on fotosynteesi  - biologinen reaktio, joka tapahtuu kasveissa Auringon optisen säteilyn vaikutuksesta.

Ultraviolettisäteily

Kova säteily

Röntgen- ja gammasäteilyn alalla säteilyn kvanttiominaisuudet tulevat etualalle .

Röntgensäteilyä syntyy nopeasti varautuneiden hiukkasten ( elektronien , protonien jne.) hidastumisen aikana sekä atomien elektronikuoren sisällä tapahtuvien prosessien seurauksena. Gammasäteilyä esiintyy atomiytimien sisällä tapahtuvien prosessien seurauksena sekä alkuainehiukkasten muuntumisen seurauksena .

Eri alueiden sähkömagneettisen säteilyn ominaisuudet

Säteilylähteestä ja väliaineen ominaisuuksista riippuvat sähkömagneettisten aaltojen eteneminen, sähkö- ja magneettikenttien aikariippuvuudet , jotka määräävät aaltojen tyypin (taso-, pallomaiset jne.), polarisaation tyypin ja muut ominaisuudet. .

Eritaajuiset sähkömagneettiset säteilyt ovat myös vuorovaikutuksessa aineen kanssa eri tavoin. Radioaaltojen emissio - ja absorptioprosesseja voidaan yleensä kuvata käyttämällä klassisen sähködynamiikan suhteita ; mutta optisen alueen aaltojen ja erityisesti kovien säteiden osalta on tarpeen ottaa huomioon niiden kvantiluonne.

Tutkimushistoria

Sähkömagneettinen turvallisuus

Sähkömagneettisen alueen säteily tietyillä tasoilla voi vaikuttaa negatiivisesti ihmiskehoon, muihin eläimiin ja eläviin olentoihin sekä vaikuttaa haitallisesti sähkölaitteiden toimintaan. Eri tyyppisillä ionisoimattomilla säteilyillä ( sähkömagneettikentillä , EMF) on erilaisia ​​fysiologisia vaikutuksia. Käytännössä erotetaan magneettikentän (vakio ja kvasivakio, pulssi), HF- ja mikroaaltosäteilyn , lasersäteilyn, suurjännitelaitteiden teollisen taajuuden sähkö- ja magneettikentät jne. alueet.

Vaikutus eläviin olentoihin

EMF-tasoille on olemassa kansalliset ja kansainväliset hygieniastandardit asuinalueille ja työpaikoille vaihteluvälistä riippuen .

Optinen alue

Valaistuksessa on hygieniastandardeja; turvallisuusstandardeja on kehitetty myös lasersäteilyn kanssa työskentelemiseen.

Radioaallot

Sähkömagneettisen säteilyn sallitut tasot (sähkömagneettisen energian vuontiheys) näkyvät valtion toimivaltaisten viranomaisten asettamissa standardeissa EMF -alueesta riippuen . Nämä standardit voivat vaihdella huomattavasti maittain.

Vahvan altistumisen biologiset seuraukset korkeille kentille (reilusti yli 100 µT) on osoitettu, mikä selittyy tunnustettujen biofysikaalisten mekanismien vaikutuksella. Äärimmäisen matalataajuiset ulkoiset magneettikentät (ELF) indusoivat ihmiskehossa sähkökenttiä ja virtoja, jotka erittäin suurella kenttävoimakkuudella stimuloivat hermoja ja lihaksia ja aiheuttavat muutoksen keskushermoston hermosolujen kiihtyvyydessä. järjestelmä.

Mitä tulee pitkäaikaisiin vaikutuksiin, koska ELF-magneettikentille altistumisen ja lasten leukemian välistä yhteyttä tukevat todisteet ovat vähäisiä, alennettujen altistustasojen terveyshyödyt ovat epäselviä. [kahdeksan]

Useissa tutkimuksissa on tutkittu RF-kenttien vaikutuksia aivojen sähköiseen toimintaan, kognitioon, uneen, sykeen ja verenpaineeseen vapaaehtoisilla. Tähän mennessä tutkimukset eivät ole osoittaneet johdonmukaisia ​​todisteita haitallisista terveysvaikutuksista, jotka aiheutuvat altistumisesta radiotaajuisille kentille tasoilla, jotka ovat alle kudosten kuumenemisen aiheuttavan tason. Lisäksi tutkimuksessa ei ole onnistuttu löytämään syy-yhteyttä sähkömagneettisille kentille altistumisen ja "itsetunto-oireiden" tai " sähkömagneettisen yliherkkyyden " välillä. Epidemiologisissa tutkimuksissa, joissa on selvitetty radiotaajuusaltistuksen mahdollisia pitkän aikavälin riskejä, on pääosin pyritty löytämään yhteys aivokasvainten ja matkapuhelimen käytön välillä. Laboratorio-eläinkokeiden tulokset eivät osoita lisääntynyttä syöpäriskiä pitkäaikaisesta altistumisesta RF-kentille. [9]

Nämä tiedot eivät saa olla syynä radiofobiaan , mutta on ilmeinen tarve syventää merkittävästi tietoa sähkömagneettisen säteilyn vaikutuksista eläviin organismeihin.

Venäjällä sähkömagneettiselle säteilylle altistumisen enimmäistasoja (MPL) säätelevät säädökset ovat:

  • GOST 12.1.006-84 "SSBT. Radiotaajuuksien sähkömagneettiset kentät. Sallitut tasot" [10] ,
  • 2021.03.2021 alkaen SanPiN 1.2.3685-21 "Hygieniastandardit ja -vaatimukset ympäristötekijöiden turvallisuuden ja (tai) vaarattomuuden takaamiseksi ihmisille" [11] on ollut voimassa .

Erilaisten lähetysradiolaitteiden sallitut säteilytasot yli 300 MHz:n taajuuksilla saniteetti-asuinalueella joissakin maissa vaihtelevat huomattavasti:

  • Venäjä, Ukraina, Puola, Valko-Venäjä, Kazakstan: 10 µW/cm²;
  • USA, Eurooppa (joitakin maita lukuun ottamatta), Japani, Korea: 200-1000 µW/cm² [12] [13] ;
  • Kanada: 130–2000 μW/cm2 [14] ;
  • Kiina: 10 (40) - 2000 μW/cm² [15] [16] .

Hygieniatieteen rinnakkainen kehitys Neuvostoliitossa ja länsimaissa johti erilaisten lähestymistapojen muodostumiseen EMR:n vaikutuksen arvioimiseksi. Joissakin neuvostoliiton jälkeisen alueen maissa säännöstely energiavuon tiheyden yksiköissä (PET) on edelleen vallitseva, kun taas USA :lle ja EU -maille ominaisabsorptiotehon ( SAR ) arviointi on tyypillistä.

”Nykyaikaiset käsitykset matkapuhelimien (MRI) EMR:n biologisista vaikutuksista eivät mahdollista kaikkia haittavaikutuksia ennustamista, monet ongelman näkökohdat eivät ole käsitelty nykyaikaisessa kirjallisuudessa ja vaativat lisätutkimusta. Tässä suhteessa WHO :n suositusten mukaan on suositeltavaa noudattaa ennaltaehkäisevää politiikkaa eli minimoida matkapuhelinviestinnän käyttöaika."

Ionisoiva säteily

Sallittuja standardeja säätelevät säteilyturvallisuusstandardit NRB-99 .

Vaikutus radiolaitteisiin

On olemassa hallinto- ja sääntelyelimiä - Radioviestintätarkastus (Ukrainassa esimerkiksi Ukrainan taajuusvalvonta, joka säätelee taajuusalueiden jakautumista eri käyttäjille, myönnettyjen alueiden noudattamista, valvoo radioilman laitonta käyttöä).

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ ( Suhteellisuusteorian valon maksiminopeuden periaatetta ei tässä tapauksessa rikota, koska energian ja tiedonsiirron nopeus - joka liittyy ryhmään, ei vaihenopeus - ei missään tapauksessa ylitä valo)
  2. ↑ Myös kovaan ja superkovaan säteilyyn liittyviä kysymyksiä voi esiintyä astrofysiikassa; siellä niillä on joskus erityisiä erityispiirteitä, esimerkiksi säteilyä voi syntyä valtavan kokoisilla alueilla.
  3. ↑ Perusteellisin edellä mainittuja Standardimallin teorioita lukuun ottamatta, joka eroaa puhtaasta kvanttielektrodynamiikasta kuitenkin vain erittäin korkeilla energioilla.
  4. ↑ 1 2 GOST 24375-80. Radioviestintä. Termit ja määritelmät
  5. ↑ 48. Mikroaaltoalueen ominaisuudet. Mikroaaltoalueen jako ala-alueisiin. . StudFiles. Käyttöönottopäivä: 24.10.2017.
  6. ↑ Palkin rakenne esitetään ehdollisesti. Säteiden sinimuotoisuus esitetään ehdollisesti. Prisman eri valonopeuksia eri aallonpituuksille ei ole esitetty.
  7. ↑ Herschel ja Ritter esittivät aiemmin arvauksia näkyvän spektrin ulkopuolella olevan säteilyn olemassaolosta, mutta he osoittivat tämän kokeellisesti.
  8. ↑ [ http://www.who.int/peh-emf/publications/facts/fs322_ELF_fields_russian.pdf Sähkömagneettiset kentät ja kansanterveys] . Maailman terveysjärjestö (kesäkuu 2007).
  9. ↑ Sähkömagneettiset kentät ja kansanterveys: matkapuhelimet . Maailman terveysjärjestö (lokakuu 2014).
  10. ↑ GOST 12.1.006-84 .
  11. ↑ SanPiN 1.2.3685-21 "Hygieniastandardit ja -vaatimukset ympäristötekijöiden turvallisuuden ja (tai) vaarattomuuden takaamiseksi ihmisille"
  12. ↑ https://transition.fcc.gov/bureaus/oet/info/documents/bulletins/oet65/oet65.pdf
  13. ↑ https://www.icnirp.org/cms/upload/publications/ICNIRPemfgdl.pdf
  14. ↑ https://www.canada.ca/content/dam/hc-sc/migration/hc-sc/ewh-semt/alt_formats/pdf/consult/_2014/safety_code_6-code_securite_6/final-finale-eng.pdf
  15. ↑ http://www.nhc.gov.cn/ewebeditor/uploadfile/2014/11/20141103161157888.pdf
  16. ↑ http://www.lddoc.cn/p-23264.html

Kirjallisuus

  • Fysiikka. Suuri Encyclopedic Dictionary / Ch. toim. A. M. Prokhorov. - 4. painos - M .: Great Russian Encyclopedia, 1999. - S. 874-876. ISBN 5-85270-306-0 (BDT)
  • Kudryashov Yu. B., Perov Yu. F. Rubin AB Säteilybiofysiikka: radiotaajuus ja mikroaaltouuni sähkömagneettinen säteily. Oppikirja yliopistoille. — M.: FIZMATLIT, 2008. — 184 s — ISBN 978-5-9221-0848-5
  • Petrusevich Yu. M. Säteily (säteily) // Big Medical Encyclopedia  : 30 osana  / ch. toim. B. V. Petrovski . - 3. painos - M  .: Neuvostoliiton tietosanakirja , 1978. - T. 9: Ibn-Roshd - Jordania. - S. 35-36. — 483 s. : sairas.

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa