Kiirgus — definitsioon ja liigid: elektromagnetiline, osakeste, akustiline
Tutvu kiirguse definitsiooni ja liikidega: elektromagnetiline, osakeste (α, β, neutron) ja akustiline kiirgus — selgitused, näited, omadused ja ohutus.
Füüsikas määratleb kiirguse kui energia kiirgamist või ülekandmist lainete või osakeste kujul läbi ruumi või läbi materiaalse keskkonna. See hõlmab erinevaid füüsikalisi protsesse, kus energia kandub edasi ilma aine makroskoopilise liikumiseta kandja suunas.
Peamised liigid
Kiirguse liike võib klassifitseerida vastavalt olemusele ja kandjale:
- elektromagnetiline kiirgus, nagu raadiolained, nähtav valgus ja röntgenkiirgus. Elektromagnetiline kiirgus koosneb elektri- ja magnetvälja perioodilisest muutumisest ning levib vaakumis valguse kiirusega. Selle spekter ulatub raadiolainetest gammakiirguseni.
- osakeste kiirgus, nagu α-, β- ja neutronkiirgus. Need kiirgused koosnevad kiiretest laetud või laenguta osakestest (näiteks elektronidest, prootonitest, neutronitest või heeliumituumadest) ning neil on oluline roll nukleaarprotsessides ja kiiritusradios.
- akustiline kiirgus, näiteks ultraheli, heli. Akustiline kiirgus on mehaaniliste lainete levik elastses või vedelas keskkonnas ja seda kasutatakse nii meditsiinis (ultraheli) kui tööstuses ja kommunikatsioonis.
- seismilised lained, mis tekivad maavärinate ja muude geotehniliste sündmuste korral ning levivad Maa sees ja mööda pinda.
Olulised omadused
- Sagedus ja lainepikkus: eriti elektromagnetilise ja akustilise kiirguse puhul määravad sagedus ja lainepikkus kiirguse käitumise, absorptsiooni ja interaktsiooni materjalidega.
- Energia ja intensiivsus: osakeste ja footonite energia määrab, kui sügavalt kiirgus suudab materjali läbi tungida ja milliseid muundusi see põhjustab (ioniseeriv vs mitteioniseeriv kiirgus).
- Levimine: sõltub keskkonnast — elektromagnetiline kiirgus levib ka vaakumis, akustilised ja seismilised lained vajavad meediumit.
- Interaktsioonid materjalidega: kiirgus võib peegelduse, murdumise, hajumise, neeldumise või ionisatsiooni läbi oma intensiivsust ja omadusi muuta.
Mõjud ja ohutus
Kiirgusel võivad olla nii kasulikud kui kahjulikud mõjud. Näited:
- Meditsiinis kasutatakse kontrollitud kiirgust diagnostikas (röntgen, MRI – mitteioniseeriv magnetväljal põhinev kujutamine) ning ravis (kiiritusravimid tuumorite raviks).
- Bioloogilised mõjud sõltuvad kiirguse tüübist ja annusest: ioniseeriv kiirgus (nt röntgen, γ-kiirgus, α- ja β-osakesed) võib kahjustada rakustruktuure ja DNA-d ning suurendada vähiriski. Mitteioniseeriv kiirgus (nt raadiolained, nähtav valgus) põhjustab tavaliselt kuumutust või muid mittespetsiifilisi efekte.
- Kaitsemeetmed hõlmavad varjestust (nt plii paksuse kasutamine röntgenkiirguse puhul), annuse piiranguid, aega ja kaugust: vähendades kokkupuute aega ja suurendades kaugust allikast, väheneb mõju.
Mõõtmine ja allikad
Kiirguse omadusi mõõdetakse erinevate detektorite ja instrumentidega: geiger–muelleri loendurid ja scintillatsioonidetektorid osakese- ja ioniseeriva kiirguse jaoks, spektromeetrid elektromagnetilise spektri analüüsiks, akustilised sensoorsüsteemid helilainete jaoks ning seismomeetrid maavärinalainete registreerimiseks. Tavalised allikad on looduslikud (päike, kosmiline kiirgus, radioaktiivsed materjalid) ning tehislikud (raadiosaatjad, meditsiiniseadmed, kiirgusallikatega tööstusseadmed).
Terminoloogialiselt võib sõna kiirgus kasutada nii protsessi (energia kordinaatide kaudu levimine) kui ka selle tulemuse ehk kiiratava energia, lainete või osakeste tähistamiseks: kiirgus võib viidata nii levivale energiale kui ka sellele, mis seda energiat kannab.
Lisamärkus: kiirguse täpne käitumine ja mõju sõltub alati konkreetsetest tingimustest — tüübist, energiast, kestusest ja keskkonnast — mistõttu konkreetsete olukordade hindamiseks kasutatakse standardeid ja mõõteprotseduure.
Elektromagnetiline kiirgus
Paljud inimesed on juba tuttavad elektromagnetilise kiirgusega (EMR), sealhulgas valgusega. Elektromagnetiline spekter näitab kiirgustüüpe vastavalt nende lainepikkusele ja sagedusele. Mõned liigid on järgmised:
- Ioniseeriv kiirgus pärineb radioaktiivsetest materjalidest ja röntgenseadmetest ning mitteioniseeriv kiirgus pärineb muudest allikatest. Ioniseeriv kiirgus kannab rohkem kui 10 eV (elektronvolt), mis on piisav, et ioniseerida aatomeid ja molekule ning lõhkuda keemilisi sidemeid. See on oluline selle kahjulikkuse tõttu elusorganismidele. Mitteioniseeriv kiirgus ei põhjusta mikroskoopilisi kahjustusi, kuid see võib kuumutada asju ja mõned tüübid võivad põhjustada keemilisi muutusi.
- Röntgen- ja gammakiirgus: Neid väga tugevaid kiiri kasutatakse meditsiinis tavaliselt keha sisemuse pildistamiseks ja vähi raviks. Suures koguses on need aga elule ohtlikud.
- Ultraviolettvalgus: See on kiirgustüüp, millel on rohkem energiat kui nähtaval valgusel. See tekitab inimestele päikesepõletust. Ultraviolettvalgust kasutatakse bakterite tapmiseks.
- Nähtav valgus: See on kiirgus, mida me näeme meie ümber ja mida enamik inimesi nimetab valguseks. See võib teha keemilisi muutusi.
- Infrapunalained: Toatemperatuuril olevad esemed kiirgavad infrapunakiirgust. Kuigi inimesed ei näe seda, suudavad spetsiaalsed kaamerad seda kiirgust tuvastada.
- Raadiolained: See on kõige pikemate lainetega elektromagnetiline kiirgus. Raadiolaineid kasutatakse side saatmiseks ja vastuvõtmiseks.
- Mikrolained: Mikrolaineahi kasutab seda tüüpi raadiolainet toidu soojendamiseks. Mikrolaineid kasutatakse ka sidepidamiseks, relvadena ja elektrienergia liigutamiseks ühest kohast teise.
- Radarlained: Seda raadiolainet kasutatakse õhus olevate lennukite ja ookeanil olevate laevade avastamiseks. Radarit kasutatakse ka ilmamuutuste nägemiseks.
Kiirgusoht
Ioniseeriv kiirgus on kiirgus, mis kannab piisavalt energiat, et vabastada aatomitest või molekulidest elektronid.
Ainult teatud tüüpi kiirgus on inimesele kahjulik. Näiteks võib ultraviolettkiirgus põhjustada inimestele päikesepõletust. Röntgen- ja gammakiirgus võib sõltuvalt saadud doosist inimest haigestuda või isegi surra. Ka teatud tüüpi osakesekiirgus võib inimesi haigestuda ja põhjustada põletusi. Kui aga kiirgus ei kanna piisavalt suurt energiataset, siis ei toimu neid muutusi, kui kiirgus midagi tabab. Seda nimetatakse mitteioniseerivaks kiirguseks, mis ei ole nii ohtlik.
Erinevaid kiirguse liike saab eristada, vaadeldes kiirguse allikat, selle lainepikkust (kui kiirgus on elektromagnetiline), ülekantavat energiakogust, osalisi osakesi jne. Radioaktiivne materjal on materjal, mis kiirgab kiirgust. Uraan ja plutoonium on näited radioaktiivsetest materjalidest. Aatomid, millest nad koosnevad, kipuvad lagunema ja kiirgavad erinevaid kiirgusi, näiteks gammakiirgust ja palju osakeste kiirgust.
Ioniseeriv kiirgus tüübi järgi
Ioniseeriv kiirgus võib tappa elusolendeid. See võib põhjustada geneetilisi mutatsioone, nagu näitas H. J. Muller. See võib hävitada organismis jagunevaid rakke ja seega kaudselt tappa inimese.
- Alphakiirgus, heeliumi aatomite tuumadest koosnev osakeste kiirguse liik.
- Beetakiirgus, teine osakesekiirguse liik, mis koosneb suure energiaga elektronidest või positronitest.
- Neutronkiirgus, veel üks osakeste kiirguse liik, mis koosneb suure energiaga neutronitest.
- Gammakiirgus (gammakiirgus), kiirguse liik, mis koosneb suure energiaga footonitest.
- röntgenkiirgus (röntgenkiirgus), mis on samuti fotonitest koosnev kiirgusliik, kuid mis tavaliselt sisaldab vähem energiat kui gammakiirgus.
Mitteioniseeriv kiirgus tüübi järgi
- Ultraviolettkiirgus, tuntud ka kui UV-kiirgus.
- Nähtav valgus
- Infrapunakiirgus
- raadiolained, sealhulgas
- Mikrolainekiirgus
- Gravitatsioonikiirgus, üldise relatiivsusteooria ennustatud tagajärg.
- Helilained
Seotud leheküljed
- Taustakiirgus
- Kosmiline mikrolaine taustakiirgus, 3K musta keha kiirgus, mis täidab Universumi.
- Kiirguskahjustus - hävitav mõju materjalidele ja seadmetele
- Kiirgusmürgistus - hävitav mõju eluvormidele
- Kiirguskarastamine - seadmete muutmine vastupidavaks rikete vastu kõrge kiirgusega keskkondades
- Radioaktiivne saastumine
- Radioaktiivne lagunemine
- Kiirgusõnnetused
Küsimused ja vastused
K: Mis on kiirgus füüsika kontekstis?
V: Kiirgus tähendab füüsikas energia kiirgamist või ülekandumist lainete või osakeste kujul läbi ruumi või materiaalse keskkonna.
K: Millised on mõned näited elektromagnetilise kiirguse kohta?
V: Mõned näited elektromagnetilise kiirguse kohta on raadiolained, nähtav valgus ja röntgenkiirgus.
K: Mis on osakeste kiirgus?
V: Osakeste kiirgus on kiirguse vorm, mis hõlmab osakeste, näiteks alfa- (α) ja beeta- (β) osakeste ning neutronkiirguse emissiooni või ülekandumist.
K: Mis on akustiline kiirgus?
V: Akustiline kiirgus on kiirguse liik, mis hõlmab helilainete, näiteks ultraheli ja heliseismiliste lainete, emissiooni või edastamist.
K: Mida võib kiirgus tähendada?
V: Kiirgus võib viidata kiiratavale energiale, lainetele või osakestele.
K: Kas kiirguslained sisaldavad osakesi?
V: Ei, kiirguslained ei sisalda osakesi, kuna neid kannab Maale üle näiteks Päike.
K: Millised objektid võivad kiirgust kiirata?
V: Erinevad objektid, näiteks Päike ja radioaktiivsed ained, võivad kiirgust kiirata.
Otsige