Электромагнитный спектр - Electromagnetic spectrum


Из Википедии, свободной энциклопедии

Учебный класс   Freq-
uency
Звук-
длина
энергии
Ионизирующее
излучение
γ Гамма лучи   300 EHZ 1 Сен -Пьер и Микелон 1,24 М эВ
 
  30 EHZ 10 вечера 124 K эВ
HX Жесткие рентгеновские лучи  
  3 EHZ 100 часов 12,4 кэВ
SX Мягкие рентгеновские лучи  
  300 Phz 1 нм 1,24 кэВ
 
  30 Phz 10 нм 124 эВ
EUV Экстремальный
ультрафиолет
 
  3 Phz 100 нм 12,4 эВ
  NUV Рядом с
ультрафиолетовым
 
видимый   300 ТГц 1 мкм 1,24 эВ
NIR Рядом с инфракрасной  
    30 ТГц 10 мкм 124 м эВ
MIR Середина инфракрасной  
  3 ТГц 100 мкм 12.4 мэВ
FIR инфракрасное  
  300 ГГц 1 мм 1,24 мэВ
Микро-
волны


и

радио
волны
КВЧ Очень высокая
частота
 
  30 ГГц 1 см 124 μ эВ
SHF Супер высокая
частота
 
  3 ГГц 1 дм 12.4 мк
UHF Ультра высокой
частоты
 
  300 МГц 1 м 1,24 мк
УКВ Очень высокая
частота
 
  30 МГц 10 м 124 п эВ
HF Высокая
частота
 
  3 МГц 100 м 12,4 н
MF Средняя
частота
 
  300 кГц 1 км 1,24 н
LF Низкая
частота
 
  30 кГц 10 км 124 р эВ
УНЧ Очень низкая
частота
 
  3 кГц 100 км 12.4 п
  УНЧ Ультра низкой частоты  
  300 Гц 1 Мт 1.24 п
SLF Супер низкая
частота
 
  30 Гц 10 Мм 124 F эВ
ELF Чрезвычайно низкая
частота
 
  3 Гц 100 мм 12,4 FEV
 
Источники: Файл: Light spectrum.svg
легенда
γ =  Гамма - лучи MIR = Середина инфракрасной ВЧ =  высокая частота.
НХ = Жесткие рентгеновские лучи FIR = Дальний инфракрасный MF =  средняя частота.
SX = мягкое рентгеновское излучение Радиоволны LF =  низкая частота.
СУФ = Экстремальные ультрафиолетового КВЧ =  очень высокая частота. VLF =  Очень низкая частота.
NUV =  ближней ультрафиолетовой SHF =  Супер высокая частота. VF / УНЧ =  Голос частота.
Видимый свет УВЧ =  Ультра высокой частоты. SLF =  Супер низкая частота.
БИК = Возле ИК VHF =  Очень высокая частота. ELF =  Крайне низкая частота.
Freq = Частота

Электромагнитный спектр является диапазоном частот (The спектр ) от электромагнитного излучения и их соответствующих длинами волн и энергии фотонов .

Электромагнитный спектр охватывает электромагнитные волны с частотами в диапазоне от менее одного герца до более чем 10 25 герц, что соответствуют длинам волн от тысяч километров до фракции размера с атомным ядром . Этот диапазон частот разделен на отдельные полосы, и электромагнитные волны в пределах каждой полосы частот называются по - разному; начиная с низкой частоты (длины волны) длиной конце спектра это: радиоволны , микроволновые печи , терагерцевые волны , инфракрасным , видимым свет , ультрафиолетовые , рентгеновские лучи и гамма - лучи на высокой частоте (короткую длина волны) конец. Электромагнитные волны в каждом из этих полос имеют различные характеристики, такие как , как они образуются, как они взаимодействуют с веществом, а также их практическое применение. Предел для длинных волн является размер вселенной самой, в то время как считается , что предел короткой длины волны находится в непосредственной близости от длины Планка . Гамма - лучи, рентгеновские лучи, и высокие ультрафиолетовые классифицируются как ионизирующее излучение , поскольку их фотоны имеют достаточно энергии , чтобы ионизировать атомы, вызывая химические реакции. Воздействие этих лучей может быть опасным для здоровья, вызывая лучевую болезнь , повреждение ДНК и рак . Излучение длины волны видимого света и ниже называется неионизирующим излучением , поскольку они не могут вызвать эти эффекты.

В большинстве полос частот выше, методика под названием спектроскопия может быть использована для физически отдельных волн различных частот, производя спектр , показывающий составляющие частоты. Спектроскопия используется для изучения взаимодействия электромагнитных волн с веществом. Другие технологические применения описаны в разделе электромагнитного излучения .

История и открытие

Для большинства из истории, видимый свет был единственной известной частью электромагнитного спектра. В древние греки признали , что свет распространяется по прямой линии , и изучены некоторые его свойства, в том числе отражения и преломления . Исследование света продолжается, и в течение 16 - го и 17 - го веков конфликтующих теорий расценены свет или как волны или частицы.

Первое открытие электромагнитного излучения , кроме видимого света пришел в 1800 году , когда Уильям Гершель обнаружил инфракрасное излучение. Он изучал температуру различных цветов путем перемещения термометра через световой раскол призмой. Он заметил , что самая высокая температура была за красными. Он предположил , что это изменение температуры было вызвано «теплотворных лучи» , которые были типом светового луча , что не было виден.

В следующем году Иоганн Риттер , работая на другом конце спектра, заметил , что он назвал «химические лучи» (невидимые световые лучи, наведенные определенные химические реакции). Они вели себя так же , как видимые фиолетово световые лучи, но были за ними в спектре. Позже они были переименованы ультрафиолетовое излучение.

Электромагнитное излучение впервые было связано с электромагнетизмом в 1845 году, когда Майкл Фарадей заметил , что поляризация света , распространяющегося через прозрачный материал ответил на магнитное поле (см эффект Фарадея ). В течение 1860 - х годов Джеймс Максвелл разработал четыре дифференциальных уравнений для электромагнитного поля . Два из этих уравнений предсказали возможность и поведение волн в поле. Анализируя скорость этих теоретических волн, Максвелл понял , что они должны ехать со скоростью , которая была об известной скорости света . Это поразительное совпадение значения привело Максвелл , чтобы сделать вывод , что свет сам по себе является типом электромагнитной волны.

Уравнения Максвелла предсказали бесконечное число частот электромагнитных волн , все путешествовать со скоростью света. Это было первым свидетельством существования всего электромагнитного спектра .

Предсказанные волны Максвелла включали волны на очень низкие частоты по сравнению с инфракрасным, которые теоретически могут быть созданы с помощью осциллирующих зарядов в обычной электрической цепи определенного типа. Попытка доказать уравнений Максвелла и обнаружить такие низкие частоты электромагнитного излучения, в 1886 году физик Генрих Герц построил устройство , предназначенное для создания и обнаружения того, что теперь называют радиоволны . Герц обнаружил волны и был способен сделать вывод (путем измерения их длины волны и умножения его на своей частоте) , что они путешествовали со скоростью света. Герц также показал , что новое излучение может быть одновременно отраженным и преломленное различными диэлектрическими средами, таким же образом , как свет. Например, Герц смог сфокусировать волны , используя линзу , изготовленную из дерева смолы . В более позднем эксперименте Герц аналогичным способом , и измеряют свойства микроволн . Эти новые типы волн открыли путь для изобретений , таких как беспроводной телеграф и радио .

В 1895 году Рентген заметил новый тип излучения во время эксперимента с вакуумированной трубки подвергают воздействию высокого напряжения. Он назвал эти излучения рентгеновских лучей и обнаружили , что они были в состоянии путешествовать по части человеческого тела , но были отражены или останавливали более плотного вещества , такие как кости. До тех пор, много применений были найдены для них в области медицины .

Последняя часть электромагнитного спектра была заполнена с открытием гамма - лучей . В 1900 году Поль Виллар изучает радиоактивные выбросы радий , когда он определил новый тип излучения , что первая мысль состояла из частиц , подобных известных альфа- и бета - частиц, но с силой , чтобы быть гораздо более проницательны , чем либо. Тем не менее, в 1910 году британский физик Уильям Генри Брэгг показал , что гамма - лучи электромагнитного излучения, а не частицы, а в 1914 году Эрнест Резерфорд (который назвал их гамма - лучей в 1903 году , когда он понял , что они принципиально отличаются от заряженных альфа и бета - частиц ) и Эдвард Андради измерял их длины волн, и обнаружил , что гамма - лучи были похожи на рентгеновские лучи, но с более короткими длинами волн и более высокими частотами.

Спектр

Электромагнитные волны , как правило , описываются с помощью любого из следующих трех физического свойства: частота F , длина волны Л , или фотонов энергии E . Частоты наблюдается в диапазоне астрономии от 2,4 × 10 23  Гц (1 ГэВ гамма - лучи) вплоть до местного плазменной частоты ионизированного межзвездной среды (~ 1 кГц). Длина волны обратно пропорциональна частоте волны, так что гамма - лучи имеют очень короткие длины волн , которые являются фракции размером атомов , тогда как длины волн на противоположном конце спектра может быть до тех пор , как вселенной . Энергия фотона прямо пропорциональна частоте волны, так что гамма - фотоны имеют самую высокую энергию (около миллиарда электрон - вольт ), в то время как радиоволновые фотоны имеют очень низкую энергию (вокруг femtoelectronvolt ). Эти отношения проиллюстрированы следующими уравнениями:

где:

  • с = 299 792 458  м / с является скорость света в вакууме
  • ч = 6,626 068 96 (33) × 10 -34  Дж · с = 4,135 667 33 (10) × 10 -15  эВ · с является постоянная Планка .

Всякий раз , когда существуют электромагнитные волны в среде с материи , их длина волны уменьшается. Длины волны электромагнитного излучения, независимо от того , какой среды они путешествуют через, не, как правило , указаны в терминах вакуумной длины волны , хотя это не всегда явно.

Вообще, электромагнитное излучение классифицируется по длине волны в радиоволны , СВЧ , терагерцового (или суб-миллиметра) излучения, инфракрасное излучение , в видимой области спектра, который воспринимается как свет, ультрафиолет , X-лучи и гамма - лучи . Поведение электромагнитного излучения зависит от его длины волны. Когда электромагнитное излучение взаимодействует с отдельными атомами и молекулами, его поведение также зависит от количества энергии на квантовый (фотон) она несет.

Спектроскопия может обнаруживать гораздо более широкую область спектра ЭМ , чем видимом диапазоне от 400 нм до 700 нм. Обычная лабораторная спектроскоп может обнаружить длины волн от 2 нм до 2500 нм. Более подробная информация о физических свойствах объектов, газов или даже звезд может быть получена из этого типа устройства. Спектроскопические широко используются в астрофизике . Например, многие водородные атомы излучают в радиоволнового фотон , который имеет длину волны 21,12 см. Кроме того , частоты 30 Гц и ниже , могут быть получены и играют важную роль в изучении некоторых звездных туманностей и частотах до 2,9 × 10 27  Гц , были обнаружены из астрофизических источников.

районы

Электромагнитный спектр
Схема электромагнитного спектра, показывающая различные свойства по всему диапазону частот и длины волн

Типы электромагнитного излучения широко классифицированы на следующие классы (регионы, группа или типов):

  1. гамма-излучение
  2. Рентгеновское излучение
  3. Ультрафиолетовое излучение
  4. видимая радиация
  5. Инфракрасное излучение
  6. терагерцового излучения
  7. Микроволновое излучение
  8. Радиоволны

Эта классификация идет в порядке возрастания длины волны, которая является характеристикой типа излучения.

Хотя, в целом, схема классификации является точной, в действительности часто существует некоторое перекрытие между соседними типами электромагнитной энергии. Например, SLF радиоволны на частоте 60 Гц , могут быть получены и изучены астрономами, или могут быть Канальные по проводам , как электроэнергии, хотя последний, в строгом смысле этого слова, а не электромагнитное излучение на всех (см ближнего и дальнего поля ).

Обратите внимание , что не существует четко определенные границы между полосами электромагнитного спектра; скорее , они исчезают друг в друга , как в полосах радуги (который является суб-спектр видимого света). Излучение каждой частоты и длины волны (или в каждой группе) имеет сочетание свойств двух областях спектра , которые связаны его. Например, красный свет напоминает инфракрасное излучение , в том , что он может возбуждать и добавить энергии в некоторых химических связей и действительно должны сделать так , чтобы привести химические механизмы , ответственные за фотосинтез и рабочей части зрительной системы .

Различие между рентгеновскими лучами и гамма - лучами , частично основано на источниках: фотоны , полученные от ядерного распада или других ядерного и субъядерного / процесса частиц, всегда определяются как гамма - лучи, в то время как рентгеновские лучи генерируются электронными переходы с очень энергичными внутренним атомным электроны. В целом, ядерные переходы гораздо более энергичным , чем электронные переходы, так что гамма-лучи более энергичные , чем рентгеновские лучи, но существует исключение. По аналогии с электронными переходами, мезоатом переходы также , что производят рентгеновские лучи, даже если их энергия может превышать 6 мегаэлектронвольт (0,96 Pj), в то время как существует много (77 известно, что менее 10 к (1,6 FJ)) низкие -Энергетика ядерных переходов (например, 7,6 эВ (1,22 Aj) ядерный переход тория -229), и, несмотря на то , один миллион раз менее сильные , чем некоторые мюонные рентгеновских лучи, излучаемые фотоны до сих пор называют гамма - лучи из - за их ядерное происхождение.

Соглашение , что электромагнитное излучение, которое , как известно, происходят из ядра, всегда называется «гамма» излучение является единственной конвенцией , что повсеместно соблюдается, однако. Многие астрономические гамма - источники (например, гамма - всплесков ) , как известно, быть слишком энергичным (как в интенсивности и длины волны) , чтобы быть ядерного происхождения. Довольно часто в физике высоких энергий и в медицинской лучевой терапии, очень высокая энергии ЭЙ (в МАХ области> 10) -Какой является более высокой энергией , чем любой ядерной гамма - лучи не называются рентгеновским или гамма-излучение, но вместо этого общий термин «фотоны высокой энергии.»

Область спектра , где конкретное наблюдаемое электромагнитное излучение падает, является опорным кадром -зависимой (из - за доплеровский сдвиг для света), так что электромагнитное излучение , что один наблюдатель будет сказать, в одной области спектра может появиться , чтобы наблюдатель двигается значительная часть скорости света по отношению к первому быть в другой части спектра. Например, рассмотрим космический микроволновый фон . Это было произведено, когда вещество и излучение развязаны, по высвечивания атомов водорода в основное состояние. Эти фотоны были из серии лаймановских переходов, помещая их в ультрафиолетовом (УФ) частях электромагнитного спектра. Теперь это излучение претерпело достаточно космологического красного смещения , чтобы поместить его в микроволновой области спектра для наблюдателей , движущихся медленно ( по сравнению со скоростью света) в отношении космоса.

Обоснование имен

Электромагнитное излучение взаимодействует с веществом различными способами по всему спектру. Эти типы взаимодействия настолько различны, что исторически разные имена были применены к различным частям спектра, как если бы это были различные виды излучения. Таким образом, хотя эти «различные виды» электромагнитного излучения образуют количественно непрерывный спектр частот и длин волн, спектр остается разделенным по практическим причинам, связанным с этими качественными различиями взаимодействия.

Электромагнитное взаимодействие излучения с веществом
Область спектра Основные взаимодействия с веществом
Радио Коллективные колебания носителей заряда в сыпучего материала ( плазменных колебаний ). Примером может служить колебательные странствия электронов в антенне .
Микроволновая печь через далеко инфракрасный Плазменные колебания, вращение молекул
Рядом с инфракрасной Молекулярная вибрация, плазменные колебания (в металлах только)
видимый Молекулярное электронное возбуждение (в том числе молекул пигмента, найденных в сетчатке глаза человека), плазменные колебания (только на металлах)
ультрафиолетовый Возбуждение молекулярных и атомных электронов валентности, в том числе вырывания электронов ( фотоэлектрический эффект )
Рентгеновские лучи Возбуждение и выброс основных атомных электронов, комптоновское рассеяние (для низких атомных номеров)
Гамма лучи Энергетический выброс основных электронов в тяжелых элементах, комптоновское рассеяние (для всех атомных номеров), возбуждение атомных ядер, в том числе диссоциации ядер
Высокоэнергетические гамма - лучи Создание пар частиц-античастиц . При очень высоких энергиях один фотон может создать ливень частиц высоких энергий и античастиц при взаимодействии с веществом.

Виды излучения

Радиочастота

Радио волны излучаются и принимаются антеннами , которые состоят из проводников , таких как стержневых металлических резонаторов . При искусственном генераций радиоволн, электронное устройство называется передатчик генерирует переменный электрический ток , который подается к антенне. Колебательные электроны в антенне генерируют осциллирующие электрические и магнитные поля , которые излучают от антенны в качестве радиоволн. В приеме радиоволн, осциллирующих электрических и магнитных полей радиоволн пара к электронов в антенне, толкая их вперед и назад, создавая осциллирующие токи , которые применяются к радиоприемнику . Атмосфера Земли состоит в основном прозрачна для радиоволн, для слоев заряженных частиц в кроме ионосферы , которые могут отражать определенные частоты.

Радиоволны очень широко используются для передачи информации через расстояния в связи радио систем , таких как радиовещание , телевидение , две рации , мобильные телефоны , спутники связи и беспроводных сетей . В системе радиосвязи, ток радиочастоты модулируется с информацией несущей сигнала в передатчике путем изменения либо амплитуду, частоту или фазу, и применяется к антенне. Радиоволны несут информацию через пространство к приемнику, в котором они были получены с помощью антенны и информации , извлеченной с помощью демодуляции в приемнике. Радиоволны также используются для навигации в системах , таких как системы глобального позиционирования (GPS) и навигационных радиомаяков и поиск удаленных объектов в радиолокации и радиолокации . Они также используются для дистанционного управления , а также для промышленного обогрева.

Использование радиочастотного спектра строго регулируется правительствами, координируются органом под названием Международный союз электросвязи (МСЭ) , который распределяет частоты для различных пользователей для различных целей.

Микроволны

Участок прозрачности атмосферы Земли (или непрозрачности) на различные длины волн электромагнитного излучения.

Микроволны являются радиоволны короткой длины волны , от около 10 сантиметров до одного миллиметра, в СВЧ и КВЧ диапазонах частот. Микроволновая энергия производятся с клистронными и магнетронными трубами, а также с твердотельными устройствами , такие как Ганна и IMPATT диоды . Несмотря на то, что они испускаются и поглощаются короткими антеннами, они также поглощаются полярными молекулами , связь с колебательными и вращательными режимами, в результате чего объемного нагрева. В отличии от более высоких частот волн , таких как инфракрасные и свет , которые поглощаются в основном на поверхности, микроволновые печи могут проникать в материалы и внести свою энергию ниже поверхности. Этот эффект используется для нагрева пищи в микроволновой печи , а также для промышленного отопления и медицинской диатермии . Микроволны являются основными длинами волн , используемых в радиолокации , и используются для спутниковой связи и беспроводных сетей , технологий , таких как Wi - Fi , хотя это на уровне интенсивности , которые не могут вызвать тепловое нагревание. Медные кабели ( линии передачи ) , которые используются для выполнения более низкой частоты радиоволн антенн имеют чрезмерные потери мощности в диапазоне сверхвысоких частот, а также металлические трубы называемые волноводы используются для переноса их. Хотя на нижнем конце полосы атмосфера в основном прозрачная, на верхнем конце полосы поглощения микроволн с помощью атмосферных газов ограничивают практические расстояния распространения до нескольких километров.

терагерцового излучения

Терагерцовое излучение представляет собой область спектра между дальним инфракрасным и микроволновой печью. До недавнего времени диапазон был редко изучен и мало источников существует для микроволновой энергии в верхней части полосы (суб-миллиметровые волны или так называемые терагерцевые волны ), но приложения , такие как изображения и связи, сейчас появляются. Ученые также рассматривают применение терагерцовой технологии в вооруженных силах, где высокочастотные волны могли бы быть направлены на войсках противника , чтобы лишить их электронное оборудование. Терагерцовое излучение сильно поглощаются атмосферными газами, что делает этот диапазон частот непригодна для междугородной связи.

Инфракрасное излучение

Инфракрасной части электромагнитного спектра охватывает диапазон от примерно 300 ГГц до 400 ТГц (1 мм - 750 нм). Его можно разделить на три части:

  • Дальнего инфракрасного , от 300 ГГц до 30 ТГц (1 мм - 10 мкм). Нижняя часть этого диапазона можно также назвать микроволновые печи или ТГц волны. Это излучение обычно поглощается так называемых ротационных мод в газовой фазе молекул, с помощью молекулярных движений в жидкостях, и фононов в твердых телах. Вода в атмосфере Земли поглощает настолько сильно в этом диапазоне , что делает атмосферу в силе непрозрачной. Тем не менее, существует определенные диапазоны длин волн ( «окно») в пределах диапазона непрозрачного , которые позволяют частичную передачу, и может быть использован для астрономии. Диапазон длин волн приблизительно от 200 мкм до нескольких мм часто упоминается как «субмиллиметровых» в астрономии , оставляя далекой инфракрасной области для длин волн ниже 200 мкм.
  • Средней инфракрасной , от 30 до 120 ТГц (10-2.5 мкм). Горячие объекты ( черное тело радиаторы) могут сильно излучать в этом диапазоне, а кожа человека при нормальной температуре тела сильно излучает на нижнем конце этого региона. Это излучение поглощается молекулярных колебаний, где различные атомы в молекуле вибрируют вокруг их равновесных положений. Этот диапазон иногда называют областью отпечатка пальца , с серединой инфракрасной области спектра поглощения соединения очень специфичен для этого соединения.
  • В ближней инфракрасной области от 120 до 400 ТГц (2,500-750 нм). Физические процессы , которые имеют отношение к этой области аналогичны тем , которые для видимого света. Самые высокие частоты в этой области могут быть обнаружены непосредственно некоторыми видами фотопленки, и многими типами твердотельных датчиков изображения для инфракрасной фотографии и видеографии.

Видимое излучение (свет)

Выше инфракрасная частота приходит видимый свет . Солнце излучает его пиковую мощность в видимой области спектра , хотя интеграции всего спектра мощности излучения всех длины волны через показывает , что Солнце слегка излучает больше инфракраснога , чем видимый свет. По определению, видимый свет является частью спектра Е.М. человеческого глаза является наиболее чувствительным к. Видимый свет (и ближний инфракрасный свет) , как правило , поглощаются и испускаются электронами в молекулах и атомах , которые двигаются от одного уровня энергии на другой. Это действие позволяет химические механизмы, лежащие в основе человеческого зрения и фотосинтез растений. Свет , который возбуждает человек зрительной системы является очень небольшой частью электромагнитного спектра. Радуги показывают оптические (видимые) части электромагнитного спектра; ИК - порт (если это было видно) будет располагаться сразу за красную сторону радуги с ультрафиолетовым появляются только после конца фиолетовой.

Электромагнитное излучение с длиной волны между 380 нм и 760 нм (400-790 ТГц) обнаружен человеческим глазом и воспринимается как видимый свет. Другие длины волн, особенно в ближней инфракрасной области (более 760 нм) и ультрафиолетовое (короче 380 нм) также иногда упоминается как свет, особенно когда видимость для человека не имеет значения. Белый свет представляет собой сочетание света различных длин волн в видимом диапазоне спектра. Передача белый свет через призму разбивает его на нескольких цветов света , наблюдаемых в видимой области спектра между 400 нм и 780 нм.

Если излучение с частотой в видимой области спектра ЭМ отражается от объекта, скажем, ваза с фруктами, а затем ударяет в глаза, это приводит к визуальному восприятию сцены. Визуальная система мозга обрабатывает множество отраженных частот в различные оттенки и оттенки, и через это недостаточно изученный психофизическое явление, большинство людей воспринимают чашу фруктов.

В большинстве длин волн, однако, информация , переносимая электромагнитным излучением, непосредственно не обнаружено человеческих чувств. Природные источники производят ЭМ излучения по всему спектру, и технологии могут также манипулировать широкий диапазон длин волн. Оптическое волокно пропускает свет , что, хотя и не обязательно в видимой части спектра (это обычно инфракрасное), может нести информацию. Модуляции аналогичен тому , который используется с радиоволнами.

Ультрафиолетовое излучение

Количество проникновения УФ по отношению к высоте в земной озона

Далее по частоте приходит ультрафиолетовое (УФ). Длина волны УФ - лучей короче , чем фиолетовый конец видимого спектра , но больше , чем рентген.

УФ является самой длинной длиной волны излучения, фотоны достаточно энергичным , чтобы ионизировать атомы, отделяя электроны от них, и , таким образом , вызывая химические реакции . Короткие волны УФ и тем короче длина волны излучения над ним (рентгеновские лучи и гамма - лучи) называют ионизирующим излучением , а также воздействие на них может повредить живую ткань, что делает их опасными для здоровья. УФ также может стать причиной многих веществ светиться видимым светом; это называется флуоресценцией .

В среднем диапазоне УФ, УФ - лучи не могут ионизируют , но могут привести к поломке химических связей, что делает молекулы необычно реактивными. Загар , например, вызван разрушительными последствиями УФ - излучения среднего диапазона на кожные клетки , что является основной причиной рака кожи . УФ - лучи в среднем диапазоне может нанести непоправимый ущерб сложные ДНК - молекулы в клетках , продуцирующих димеров тимина , что делает его очень сильным мутагеном .

Солнце излучает значительное УФ - излучения (около 10% от его общей мощности), в том числе чрезвычайно короткой длины волны ультрафиолетового излучения , которые потенциально могут уничтожить большую часть жизни на суше (океанской воды обеспечит некоторую защиту жизни там). Тем не менее, большинство вредных ультрафиолетовых длин волн Солнца поглощается атмосферой , прежде чем они достигают поверхность. Более высокая энергия (длины волна) кратчайшие диапазоны УФ (называемые «вакуумная УФ») поглощаются азотом и, при больших длинах волн, с помощью простого двухатомного кислорода в воздухе. Большая часть УФ в середине диапазона энергии блокируется озоновым слоем, который сильно поглощает в важном диапазоне 200-315 нм, нижняя часть энергии которого является слишком долго для обычного дикислорода в воздухе , чтобы поглотить. Это оставляет менее 3% солнечного света на уровне моря в УФ, со всем этим остатком на более низких энергий. Остаток УФ-А, вместе с некоторым количеством УФ-B. Очень низкий энергетический диапазон УФ между 315 нм и видимого света ( так называемый УФ-А) не блокируется и атмосферой, но не вызывает солнечный ожог и делает меньше биологический вред. Однако, это не безвредно и действительно создает кислородные радикалы, мутации и повреждения кожи. См ультрафиолета для получения дополнительной информации.

Рентгеновские лучи

После того, как УФ приходят рентгеновские лучи , которые, как и верхние диапазоны УФ также ионизирующие. Однако из - за их более высокие энергии, рентгеновские лучи могут также взаимодействовать с материей с помощью эффекта Комптона . Жесткие рентгеновские лучи имеют более короткие длины волн , чем мягкое рентгеновское излучение , и как они могут пройти через многие вещества с небольшим поглощением, они могут быть использованы для «видеть через» объекты с «толщина» меньше , чем эквивалент до нескольких метров воды. Одно известное использование диагностических рентгеновских изображений в медицине (процесс , известный как радиографии ). Рентгеновские лучи могут быть использованы в качестве зондов в области физики высоких энергий. В астрономии, в аккреционных дисков вокруг нейтронных звезд и черных дыр излучают рентгеновские лучи, позволяя исследования этих явлений. Рентгеновские лучи также испускаются коронами звезд и сильно излучаются некоторыми типами туманностей . Однако рентгеновские телескопы должны быть размещены за пределами атмосферы Земли , чтобы увидеть астрономические рентгеновские лучи, так как большая глубина атмосферы Земли непрозрачно для рентгеновских лучей (с поверхностной плотностью 1000 г на см 2 ), что эквивалентно 10 метров толщина воды. Это количество , достаточное , чтобы блокировать почти все астрономические рентгеновские лучи (а также астрономические гамма - лучи-смотри ниже).

Гамма лучи

После того, как жесткие рентгеновские лучи приходят гамма - лучи , которые были обнаружены Paul Ulrich Виара в 1900 г. Это самые энергичные фотоны , не имеющие определенного нижнего предела к их длине волны. В астрономии они являются ценными для изучения объектов или областей с высокой энергией, однако , как с рентгеновскими лучами , это может быть сделано только с помощью телескопов за пределами атмосферы Земли. Гамма - лучи экспериментально используются физиками для их проникающей способности и получают ряд радиоизотопов . Они используются для облучения пищевых продуктов и семян для стерилизации, а также в медицине они иногда используются в терапии рака излучения . Чаще всего , гамма - лучи используются для диагностической визуализации в ядерной медицине , примером чего является ПЭТ - сканирование . Длина волны гамма - квантов может быть измерена с высокой точностью с помощью эффектов комптоновского рассеяния .

Смотрите также

Примечания и ссылки

внешняя ссылка