Infrapunakiirgus (infrapuna) — definitsioon, omadused ja kasutusalad

Spektri jaotus ja omadused

Infrapuna spekter jaotatakse tavaliselt järgnevalt (ligikaudsed vahemikud):

• Lähiinfrapuna (near-IR, NIR): umbes 0,75–1,4 µm (originaalis mainitud vahemik 800 nm kuni 1,4 µm). Palju Päikese infrapunasest kiirgusest kuulub siia.
• Lühilaineline infrapuna (short-wave IR, SWIR): ligikaudu 1,4–3 µm.
• Keskmise lainepikkusega infrapuna (mid-IR, MWIR): umbes 3–8 µm.
• Pikkalaineline ehk soojuskiirgus (long-wave IR, LWIR): umbes 8–15 µm — seda vahemikku kasutatakse laialdaselt soojuskujutiste tegemisel.
• Kauginfrapuna (far-IR): tavaliselt >15 µm kuni ~1 mm.

Lainepikkused ~0,7 µm kuni 1 mm vastavad sagedustele ligikaudu 430 THz kuni 300 GHz. Infrapunalained ise ei ole silmaga nähtavad, ent neid tajutakse sageli soojusena — kuumemad objektid kiirgavad rohkem ja lühemal lainepikkusel infrapuna.

Allikad ja füüsikaline olemus

Infrapunakiirgus tekib eelkõige soojuskiirgusena: kõik temperatuuriga objektid kiirgavad elektromagnetlainet vastavalt oma temperatuurile. Mustkeha kiirgus jaotub vastavalt Plancki seadusele ning Wieni nihkeseaduse järgi nihkub kiirguse maksimaalne lainepikkus temperatuuri kasvades lühemale. Näiteks inimkeha (umbes 37 °C) kiirguse maksimum langeb umbes 9–10 µm vahemikku, mistõttu termokaamerad ja soojuskujutised sageli töötab just LWIR-alas.

Tuvastustehnoloogiad

• Fotodetektorid ja sensorid: erinevaid aineid ja pooljuhte kasutatakse sõltuvalt lainepikkusest — näiteks InGaAs-sensorid NIR jaoks, HgCdTe (MCT) ja InSb MWIR jaoks ning mikrobolomeetrid LWIR jaoks.
• Termokaamerad (soojuskaamerad): kujutavad objekti pinnatemperatuuri infrapuna intensiivsuse alusel, sobivad valvamiseks, enesekaitseks ja inspektsiooniks.
• Simplerid seadmed: infrapunasensorid, termopaarid, termopildid ja fotodiodesüsteemid kaugjuhtimispultide jm signaalide jaoks.

Kasutusalad

Infrapunakiirgust kasutatakse paljudes valdkondades:

• Kaugjuhtimispuldid: enamik koduseid kaugjuhtimispulte (nt telerite, seadmete pultid) kasutab infrapuna signaale, tavaliselt NIR piirkonnas (nt ~940 nm), sageli modulatsiooniga ~38 kHz.
• Soojuskaamerad ja öönägemine: turvalisus, päästetööd, metsandus ja loomade jälgimine.
• Meditsiin ja diagnostika: termograafia põletike ja vereringe probleeemide avastamiseks; infrapunakujutise abil saab näha temperatuurierinevusi nahal.
• Industriaalne kontroll: tootmises kasutatakse IR-temperatuurimõõtmist, kinnisvaraisolatsiooni kontrolli, elektriseadmete ülekuumenemise tuvastamiseks.
• Kommunikatsioon: optilistes fiiberkaablites kasutatakse lähiiinfrapuna sagedusi; vabas õhus vaba-infrapuna side väikeste vahemaade jaoks.
• Kütte- ja kuivatustehnoloogia: infraküte kiirendab pinnakütte ja kasutatakse tööstuses kuivatusprotsessides.
• Militaar ja päästeteenistus: mitmesugused süsteemid, sh otsingu- ja sihtimissüsteemid kasutavad infrapunat — näiteks paljud õhutõrjeraketid ja majakeskkondade spetsiifilised andurid kasutavad infrapunaoma.
• Astronoomia ja meteoroloogia: kauge galaktikate, tähegaaside ja atmosfääri omaduste uurimine läbi infrapuna vaatluste.

Tajumine ja ohutus

Inimesed tajuvad infrapunakiirgust eelkõige soojusena — naha retseptorid registreerivad temperatuuri muutusi. Siiski tuleb arvestada ohutusega:

• Infrapuna on mitteioniseeriv kiirgus, seega ei muuda see otseselt aine tuuma- või elektronstruktuuri nagu ioniseeriv kiirgus.
• Kontsentreeritud ja kõrge intensiivsusega IR-allikad võivad põhjustada põletusi või silmakahjustusi. Eriti ohtlik on lähiinfrapuna (NIR): kuna seda ei näe, ei pruugi inimene reageerida põlemisele või silma ärritusele (puudub põse- või sokutuse refleks), mis võib kahjustada võrkkesta.
• Tööstuslikes keskkondades kasutatakse kaitsevahendeid (näomaskid, prillid) sõltuvalt kiirguse lainepikkusest ja intensiivsusest.

Lühike kokkuvõte

Infrapunakiirgus on nähtava valguse järel järgmine osa elektromagnetilisest spektrist, mida tajume sageli soojusena. Sellel on mitmesugused praktilised rakendused alates kodustest kaugjuhtimispultidest kuni kõrgetasemeliste termokaamerateni. Kuigi IR on üldjoontes ohutu ja mittesäilitav, võib intensiivne või suunatud infrapuna kahjustada kudesid ja silmi, seepärast tuleb töötingimustes järgida ohutusnõudeid.

Küsimused ja vastused

K: Mis on infrapunakiirgus?

K: Kust tuleb sõna "infrapunakiirgus"?

K: Kas inimesed näevad infrapunalained?

K: Milline on lähiinfrapunalainete leviala?

K: Millega tehakse enamasti soojuskujutust?

K: Kuidas inimesed tajuvad infrapunakiirgust?

K: Mida kasutatakse tavaliselt juhtimissignaalide saatmiseks kaugjuhtimispuldis?