Зрачење
From Wikipedia, the free encyclopedia
Remove ads
Зрачење — оддавањето и пренесувањето на енергија во облик на бранови или честички низ просторот или материјалната средина.[1][2] Вклучувајќи:
- електромагнетно зрачењесе состои од фотони, како што се радиобрановите, микробрановите, инфрацрвена светлина, видлива светлина, ултравиолетова светлина, рендгенски зраци и гама-зрачењето (γ)
- честично зрачење се состои од честички со различна од нула мировна маса, како што се алфа-зрачење (α), бета-зрачење (β), протонско зрачење и неутронско зрачење
- акустично зрачење, како што се ултразвук, звук и сеизмички бранови, и сите имаат потреба од преносна средина
- гравитациско зрачење, во вид на гравитациски бранови, бранувања на време-просторот.
Зрачењето честопати се категоризира како јонизирачко или нејонизирачко во зависност од енергијата која ја зрачат честичките. Јонизирачкото зрачење може да има повеќе од 10 електронволти (eV), што е доволно да се јонизираат атомите и молекулите и да се раскинат хемиските врски. Ова е важно тврдење поради постоењето на голема опасност за повреди на живите организми. Чест извор на јонизирачко зрачење се радиоактивните материјали кои оддаваат α, β, или γ зрачење, соодветно секое од нив се состои од хелиумско јадро, електрони или позитрони, и фотони. Други извори се рендгенските зраци од медицинската радиографските испитувања и миони, мезони, позитрони, неутрони и други честички кои се составен дел на секундарното космичко зрачење и се создадени по првичната реакција меѓу космичките зраци и Земјината атмосфера.
Гама-зраците, рендгенските зраци, и ултравиолетовото зрачење со повисоки енергии го сочинуваат делот на јонизирачки зрачења во електромагнетниот спектар. Зборот "јонизира" се однесува на отстранувањето на еден или повеќе електрони од атомот, дејство кое за да се случи треба да поседува енергии кои може да бидат снабдени само од овие видови на електромагнетни бранови. Поназад во спектарот, се нејонизирачките ниски енергетски зрачења па така нејонизирачките нискоенергетски утравиолетови зраци не може да јонизираат атоми, но може да ги раскинат внатрешно атомските врски кои ги создаваат молекулите, и на тој начин да ги раскинат молекулите наместо атомите добар пример за ова се изгорениците кои ги предизвикувааат долгобрановите сончеви ултравиолетови зраци. Брановите со подолги бранови должини од ултравиолетовата светлина се видливата светлина, инфрацрвената светлина, и микробрановите фреквенции кои не можат да раскинуваат врски но може да предизвикаат вибрации кај врските кои пак се чувствуваат како топлина. Радобрановите должини и пониските бранови се сметаат за безопасни за биолошките организми. Ова се поделбите на енергиите и постои некое преклопување во ефектите и специфичните,фреквенции.[3]
Зборот "зрачење" потеквува од поимот кај брановите простирање (т.е., движење нанадвор во сите насоки) од изворот. Ова гледиште води кон систем на мерење на физичките величини и ова важи за сите видови на зрачења. Бидејќи овие зрачења се шират како што минуваат низ просторот, и енергијта е запазена (во вакуум), јачината на сите видови на зрањења од точкаст извор следат обратнопропорционален квадратен закон во однос со растојанието од изворот. Како и секој идеален закон, обратнопропорционалниот-квадратен закон приближно ја определува измерената јачина на зрачењето до оној степен што изворот наликува на геометриска точка.
Remove ads
Јонизирачко зрачење
Зрачењето со доволно висока енергија може да јонизира атоми; тоа значи дека може да исфрли електрони од атомите, создавајќи јони. Јонизацијата се случува кога електрон се отстранува (или „изгонува“) од електронската обвивка на атомот, што го остава атомот со нето позитивен полнеж. Поради тоа што живите клетки а, воедно и, ДНК-та во тие клетки можат да бидат оштетени од оваа јонизација, изложеноста на јонизирачко зрачење го зголемува ризикот од рак. Затоа, „јонизирачкото зрачење“ е некако вештачки разделено од честично зрачење и електромагнетното зрачење, едноставно поради неговиот голем потенцијал за биолошка штета. Додека една поединечна клетка е составена од трилиони атоми, само мал дел од нив ќе бидат јонизирани при ниски до умерени моќности на зрачење. Веројатноста за јонизирачко зрачење да предизвика рак зависи од апсорбираната доза на зрачењето и е функција на оштетувачкиот тренд на видот на зрачењето (еквивалентната доза) и чувствителноста на изложениот организам или ткиво (ефективната доза).
Ако изворот на јонизирачкото зрачење е радиоактивен материјал или нуклеарен процес како цепењето или фузијата, тогаш треба да се разгледа честично зрачење. Честичното зрачење се субатомските честички забрзани до релативистичката брзина од нуклеарни реакции. Поради нивните импулси, тие се мошне способни да исфрлат електрони и да јонизираат материјали, но бидејќи повеќето од нив имаат електричен полнеж, тие немаат таква проникнувачка моќ како јонизирачкото зрачење. Исклучок се неутроните, погледајте подолу. Постојат неколку различни видови на овие честички, но мнозинството се алфа-честичките, бета-честичките, неутроните и протоните. Грубо кажано, фотоните и честичките со енергија над околу 10 електрон волти (eV) се јонизирачки (некои автопри користат 33 eV, енергија за јонизација на вода). Честичното зрачење од радиоактивен материјал или космички зраци скоро неизбежно носи доволно енергија за да биде јонизирачко.
Поголемиот дел од јонизирачкото зрачење потекнува од радиоактивни материјали и вселената (космички зраци), па од таа причина и е природно присутно во околината, бидејќи повеќето камења и почва имаат мали концентрации на радиоактивни материјали. Бидејќи оваа зрачење е невидливо и не се забележува директно од човечките сетила, инструментите како што се Гајгеровите бројачи вообичаено се користат за да се забележи нејзиното присуство. Во некои случаи, јонизацијата може да предизвика секундарно испуштање на видлива светлина по своето влијание со материјал, како што е случајот со Черенковото зрачење и радиолуминесценцијата.
Јонизирачкото зрачење има многу практични примени во медицината, истражувањето и градежништвото, но претставува здравствен ризик ако не се употребува правилно. Изложеноста на зрачење предизвикува оштетување на живото ткиво, високи дози резултираат со акутен синдром на зрачење (АСЗ), со изгореници на кожата, губење на косата, распад на внатрешните органи и смрт, додека секоја доза може да доведе до зголемени шанси за рак и генетското оштетување, посебни видови на рак, рак на штитната жлезда, честопати се јавува кога изворот на зрачење се нуклеарните оружја и јадрени реактори, поради биолошките својства на радиоактивниот јоден продукт од цепењето, односно јод-131.[4] Сепак, пресметката на точниот ризик и шанса за рак во клетките предизвика од јонизирачкото зрачење сè уште не е добро разбран, а моменталните проценки се релативно одредени според податоци засновани на популација од атомските бомбардирања на Хирошима и Нагасаки и од иследување на несреќи во јадрени реактори, како што е Чернобилската катастрофа. Меѓународна комисија за радиолошка заштита изјавува дека „Комисијата е свесна за неизвесностите и недостатокот на прецизност на моделите и параметарите“, „Колективната ефикасна доза не е наменета како алатка за епидемиолошка процена на ризик, и не е соодветно да се користи во проектирање на ризици“ и „особено, пресметката на бројот на смтни случаи предизвикани од рак врз основа на колективни ефективни дози од тривијални индивидуални дози треба да се избегнува“.[5]
Ултравиолетово зрачење
Ултравиолетовото зрачење, со бранови должини од 10 nm до 200 nm, јонизира молекули од воздухот, што предизвикува силна апсорпција од страна на воздухот, особено од страна на озонот (O3). Затоа, јонизирачкото УВ зрачење не продира значајно низ атмосферата на Земјата и понекогаш се нарекува вакуумско ултравиолетово зрачење. Иако е присутно во вселената, овој дел од УВ спектарот нема биолошко значење бидејќи не допира до живите организми на Земјата.
Постои зона во атмосферата во која озонот апсорбира околу 98% од нејонизирачкото, но сепак опасно УВ-C и УВ-B зрачење. Овој озонски слој започнува на околу 32 km и се протега нагоре. Дел од ултравиолетовиот спектар што достигнува до површината на Земјата е нејонизирачки, но сепак биолошки опасен поради способноста на поединечни фотони со таа енергија да предизвикаат електронскко возбудување во биолошките молекули, и на тој начин да ги оштетат преку несакани реакции. Пример за тоа е формирањето на пиримидински димери во ДНК, што започнува при бранови должини под 365 nm (3,4 eV), што е далеку под енергијата потребна за јонизација. Оваа особина му дава на ултравиолетовиот спектар дел од опасностите на јонизирачкото зрачење во биолошки системи, иако не доаѓа до вистинска јонизација. За споредба, видливата светлина и електромагнетното зрачење со подолга бранова должина, како инфрацрвеното, микробрановото и радио-брановите, содржат фотони со премалку енергија за да предизвикаат оштетувачко молекуларно возбудување, и затоа ова зрачење е многу помалку опасно по единица енергија.
Рендгенски зраци
Рендгенските зраци се електромагнетни бранови со бранова должина помала од околу 10⁻⁹ метри (поголема од приближно 3×10¹⁷ Hz и 1,240 eV). Помала бранова должина значи поголема енергија според равенката E = hc/λ (h-Планкова константа, c-брзина на светлината, λ-бранова должина).
Кога рендгенски фотон ќе се судри со атом, атомот може да ја впие енергијата од фотонот и да подигне електрон на повисоко орбитално ниво, или, ако фотонот е многу енергетски, може да извади електрон од атомот целосно, предизвикувајќи јонизација. Воопшто земено, поголемите атоми имаат поголема веројатност да впијат рендгенски фотон затоа што имаат поголеми енергетски разлики меѓу орбиталните електрони. Мекото ткиво во човечкото тело е составено од помали атоми во споредба со калциумовите атоми што ги сочинуваат коските, па постои контраст во апсорпцијата на рендгенските зраци. Рендгенските апарати се специјално дизајнирани да ја искористат оваа разлика во апсорпција меѓу коските и мекото ткиво, што им овозможува на лекарите да ја набљудуваат структурата на човечкото тело.
Рендгенските зраци, исто така, целосно се впиени од атмосферата на Земјата, со што се спречува рендгенското зрачење од Сонцето — кое иако е помалку обилно од ултравиолетовото, сепак е моќно — да стигне до површината.
Гама зрачење
Гама (γ) зрачењето се состои од фотони со бранова должина помала од приближно 3×10⁻¹¹ метри (поголема од 10¹⁹ Hz и 41,4 keV).[4]Испуштањето на гама зраци е нуклеарен процес што се случува кога нестабилно атомско јадро се ослободува од вишок енергија по извршување на други јадрени реакции. И алфа и бета честичките имаат електричен полнеж и маса, и затоа имаат голема веројатност да взаемнодејствуваат со други атоми на нивата патека на движење. Гама зрачењето, пак, се состои од фотони, кои немаат ниту маса ниту електричен полнеж, и како резултат, продираат многу подлабоко низ материјата отколку алфа или бета зрачењето.
Гама зраците може да се застанат со доволно дебел или густ слој на материјал, при што способноста за застанување по дадена површина зависи воглавно (но не целосно) од вкупната маса на материјалот по должината на патот на зрачењето, без разлика дали материјалот е со висока или ниска густина. Сепак, како и кај рендгенските зраци, материјалите со висок атомски број, како што се оловото или осиромашен ураниум, додаваат умерено (типично 20% до 30%) подобрување во способноста за впивање во споредба со еднаква маса на помалку густи материјали со понизок атомски број, како што се водата или бетонот.
Атмосферата ги апсорбира сите гама зраци што доаѓаат од вселената кон Земјата. Дури и воздухот е способен да ги ослаби гама зраците, преполовувајќи ја нивната енергија на просечно растојание од приближно 150 метри.
Алфа зрачење
Алфа-честичките се јадра на хелиум-4 (два протони и два неутрони). Тие силно взаемнодејствуваат со материјата поради нивниот полнеж и комбинирана маса, и на нивните вообичаени брзини продираат само неколку сантиметри низ воздух, или неколку милиметри низ материјали со мала густина (како тенкиот слој од мика кој намерно се става во некои туби на Гајгеров бројач за да овозможи влез на алфа-честички). Ова значи дека алфа-честичките од обично алфа-распаѓање не продираат низ надворешните слоеви на мртви клетки на кожата и не предизвикуваат оштетување на живото ткиво под нив. Некои алфа-честички со многу висока енергија сочинуваат околу 10% од космичките зраци, и тие се способни да продрат во телото па дури и низ тенки метални плочи. Сепак, тие претставуваат опасност само за астронаутите, бидејќи се отклонети од магнетното поле на Земјата, а потоа и застанати од нејзината атмосфера.
Алфа-зрачењето е опасно кога радионуклеиди кои емитуваат алфа-честички се вдишуваат или проголтуваат. Ова го доведува радиоизотопот доволно блиску до чувствителното живо ткиво за алфа-зрачењето да ги оштети клетките. По единица енергија, алфа-честичките се најмалку 20 пати поефективни во оштетување на клетките од гама-зраците и рендгенските зраци. Погледнете релативна биолошка ефикасност за повеќе информации. Примери за високо токсични алфа-емитери се сите изотопи на радиум, радон и полониум, поради големата активност што се случува кај овие материјали со краток полуживот.
Бета зрачење
Бета-минус (β⁻) зрачењето се состои од енергетски електрон. Тоа продира повеќе од алфа-зрачењето, но помалку од гама-зрачењето. Бета-зрачењето што произлегува од радиоактивното распаѓање може да се запре со неколку сантиметри пластика или неколку милиметри метал. Се појавува кога неутрон во јадрото се распаѓа во протон, ослободувајќи бета-честичка и антинеутрино. Бета-зрачењето од LINAC е многу поенергетско и има поголема способност за продирање отколку природното бета-зрачење. Понекогаш се користи терапевтски во радиотерапија за лекување на површни тумори.
Бета-плус (β⁺) зрачењето е оддавање на позитрони, кои се антиматериски облик на електроните. Кога позитивниот електрон (позитрон) ќе се забави до брзина слична на електроните во материјалот, тој ќе се анихилира со еден електрон, ослободувајќи две гама-фотони со енергија од 511 keV. Тие два гама-фотони ќе патуваат во (приближно) спротивни насоки. Гама-зрачењето од анихилацијата на позитроните се состои од фотони со висока енергија и, исто така, е јонизирачко зрачење.
Неутронско зрачење
Remove ads
Поврзано
- Позадинско зрачење
- Черенково зрачење
- Космичко микробраново позадинско зрачење
- Електромагнетен спектар
- Хокингово зрачење
- Јонизирачко зрачење
- Нејонизирачко зрачење
- Зрачна енергија
- Зрачно оштетување
- Зрачно труење
- Зрачни својства
- Зрачно загадување
- Радиоактивен распад
Наводи
Надворешни врски
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads