Elektromágneses sugárzás

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. június 25-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

Elektromágneses hullámok / elektromágneses sugárzás (EMR) - a térben  terjedő elektromágneses mező zavara (állapotváltozása) .

Az elektromos töltések és mozgásuk által keltett elektromágneses terek közül szokás a sugárzásnak tulajdonítani a váltakozó elektromágneses terek azt a részét, amely a forrásaitól a legtávolabb terjedni képes - mozgó, távolsággal leglassabban halványuló töltéseket.

Az elektromágneses spektrum a következőkre oszlik:

Az elektromágneses sugárzás szinte minden környezetben terjedhet. Vákuumban (anyagtól és elektromágneses hullámokat elnyelő vagy kibocsátó testektől mentes térben ) az elektromágneses sugárzás csillapítás nélkül terjed tetszőlegesen nagy távolságokon, de bizonyos esetekben elég jól terjed az anyaggal teli térben (bár némileg megváltoztatja a viselkedését) .

Az elektromágneses sugárzás jellemzői

Az elektromágneses sugárzás fő jellemzői a frekvencia , a hullámhossz és a polarizáció .

A hullámhossz a sugárzás (csoport)sebessége révén közvetlenül kapcsolódik a frekvenciához. Az elektromágneses sugárzás terjedési sebessége vákuumban megegyezik a fény sebességével , más közegekben ez a sebesség kisebb. Az elektromágneses sugárzás fázissebessége vákuumban is megegyezik a fénysebességgel, különböző közegekben lehet kisebb vagy nagyobb is, mint a fénysebesség [1] .

Az elektrodinamikában

Az elektromágneses sugárzás tulajdonságainak és paramétereinek leírásával összességében az elektrodinamika foglalkozik , bár a fizika egyes speciálisabb területei érintettek a spektrum egyes régióinak sugárzásának tulajdonságaiban (részben történetileg, részben jelentős hatások miatt) konkrét sajátosságok, különös tekintettel a különböző tartományú sugárzások anyaggal való kölcsönhatására , részben az alkalmazott problémák sajátosságai is. Az ilyen speciálisabb szakaszok közé tartozik az optika (és részei) és a radiofizika . A nagyenergiájú fizika a spektrum rövidhullámú végének kemény elektromágneses sugárzásával foglalkozik [2] ; a modern elképzeléseknek megfelelően (lásd a standard modellt ) nagy energiáknál az elektrodinamika megszűnik független lenni, gyenge kölcsönhatásokkal egyesül egy elméletben, majd - még nagyobb energiáknál - a várakozásoknak megfelelően az összes többi mérőmezővel.

Kapcsolat további alaptudományokkal

Léteznek olyan részletekben és általánosságban eltérő elméletek, amelyek lehetővé teszik az elektromágneses sugárzás tulajdonságainak és megjelenési formáinak modellezését, vizsgálatát. Az elkészült és tesztelt ilyen jellegű elméletek közül a legalapvetőbb [3] a kvantumelektrodinamika , amelyből bizonyos leegyszerűsítésekkel elvileg megkapható az összes alább felsorolt, szakterületükön széles körben használt elmélet. A viszonylag alacsony frekvenciájú elektromágneses sugárzás leírására a makroszkopikus tartományban általában a klasszikus elektrodinamikát alkalmazzák , a Maxwell-egyenletek alapján , és vannak egyszerűsítések az alkalmazott alkalmazásokban. Az optikát optikai sugárzásra (röntgentartományig) használják (különösen hullámoptikát , amikor az optikai rendszer egyes részeinek méretei közel vannak a hullámhosszokhoz; kvantumoptikát , amikor az abszorpciós, emissziós és szórási folyamatok a fotonok jelentősek ; geometriai optika  - a hullámoptika határesete, amikor a sugárzás hullámhossza elhanyagolható). A gammasugárzás leggyakrabban magfizika tárgya , más orvosi és biológiai pozíciókból vizsgálják az elektromágneses sugárzás hatását a radiológiában .

Számos olyan – alapvető és alkalmazott – terület is létezik, mint például az asztrofizika , a fotokémia , a fotoszintézis biológiája és a vizuális érzékelés, a spektrális elemzés számos területe , amelyekre az elektromágneses sugárzás (leggyakrabban egy bizonyos tartományba eső) és anyaggal való kölcsönhatása. kulcsszerepet játszanak. Mindezek a területek határosak, sőt metszenek is a fizika fent leírt részeivel.

Az elektromágneses hullámok néhány jellemzője a rezgéselmélet és az elektrodinamika fogalmai szempontjából :

Az elektromágneses sugárzás tartományai

Az elektromágneses sugárzást általában frekvenciatartományokra osztják (lásd a táblázatot). A tartományok között nincsenek éles átmenetek, néha átfedik egymást, és a közöttük lévő határok feltételesek. Mivel a sugárzás terjedési sebessége (vákuumban) állandó, rezgéseinek frekvenciája mereven összefügg a vákuum hullámhosszával .

Tartomány neve Hullámhosszok, λ Frekvenciák, f Források
rádióhullámok Extra hosszú több mint 10 km kevesebb, mint 30 kHz Légköri és magnetoszférikus jelenségek. Rádióösszeköttetés.
Hosszú 10 km - 1 km 30 kHz - 300 kHz
Közepes 1 km - 100 m 300 kHz - 3 MHz
Rövid 100 m - 10 m 3 MHz - 30 MHz
Ultrarövid 10 m - 1 mm 30 MHz – 300 GHz [4]
Infravörös sugárzás 1 mm - 780 nm 300 GHz - 429 THz Molekulák és atomok kisugárzása termikus és elektromos hatások hatására.
Látható sugárzás 780 nm - 380 nm 429 THz - 750 THz
ultraibolya 380 nm - 10 nm 7,5⋅10 14 Hz - 3⋅10 16 Hz Atomok kisugárzása gyorsított elektronok hatására.
röntgen 10 nm - 17 óra 3⋅10 16 Hz – 6⋅10 19 Hz Atomfolyamatok felgyorsult töltött részecskék hatására.
Gamma kevesebb mint 17 óra több mint 6⋅10 19 Hz Nukleáris és űrfolyamatok, radioaktív bomlás.

Az ultrarövid rádióhullámokat általában méteres , deciméteres , centiméteres , milliméteres és decimilliméteres hullámokra osztják (hipermagas frekvenciák, HHF, 300-3000 GHz) - az általánosan elfogadott besorolás szerint [4] szabványos rádióhullámsávokra . Egy másik besorolás szerint ezeket a szabványos rádióhullám-tartományokat, a méteres hullámok kivételével, mikrohullámoknak vagy mikrohullámoknak (MW) nevezik [5] .

Ionizáló elektromágneses sugárzás . Ebbe a csoportba hagyományosan a röntgen- és a gammasugárzás tartozik, bár szigorúan véve az ultraibolya sugárzás és még a látható fény is képes ionizálni az atomokat. A röntgen- és gamma-sugárzás tartományának határai csak nagyon feltételesen határozhatók meg. Általános tájékozódás céljából feltételezhető, hogy a röntgenkvantumok energiája 20 eV - 0,1 MeV között van , a gamma kvantumok energiája  pedig több, mint 0,1 MeV . Szűk értelemben a gamma-sugárzást az atommag, a röntgensugárzást pedig az atomi elektronhéj bocsátja ki, amikor egy elektront kiütnek az alacsony pályáról, bár ez a besorolás nem alkalmazható a részvétel nélkül keletkező kemény sugárzásra. atomok és magok (például szinkrotron vagy bremsstrahlung ).

Rádióhullámok

A λ nagy értékei miatt a rádióhullámok terjedése a közeg atomisztikus szerkezetének figyelembevétele nélkül is szóba jöhet . Az egyetlen kivétel a spektrum infravörös részéhez közel eső legrövidebb rádióhullámok. A rádiós tartományban a sugárzás kvantumtulajdonságai szintén csekély hatást fejtenek ki, bár ezeket még mindig figyelembe kell venni, különösen a centiméter és milliméter tartományban lévő kvantumgenerátorok és erősítők, valamint a molekulafrekvencia és időszabványok leírásánál, amikor a berendezést több kelvin hőmérsékletre hűtik.

Rádióhullámok keletkeznek, amikor a megfelelő frekvenciájú váltakozó áram folyik át a vezetőkön . Ezzel szemben a téren áthaladó elektromágneses hullám a vezetőben a neki megfelelő váltakozó áramot gerjeszti. Ezt a tulajdonságot a rádiótechnikában használják antennák tervezésekor .

Ebben a tartományban a zivatarok a hullámok természetes forrásai . Úgy tartják, hogy Schumann álló elektromágneses hullámainak forrásai is ezek .

Mikrohullámú sugárzás

Infravörös sugárzás (hő)

A rádióhoz és a mikrohullámú sugárzáshoz hasonlóan az infravörös (IR) sugárzás is visszaveri a fémeket (valamint a legtöbb elektromágneses interferenciát az ultraibolya tartományban). Az alacsony frekvenciájú rádió- és mikrohullámú sugárzástól eltérően azonban az infravörös sugárzás általában kölcsönhatásba lép az egyes molekulákban jelenlévő dipólusokkal, amelyek az atomok rezgésének hatására változnak egyetlen kémiai kötés végein.

Következésképpen az anyagok széles köre elnyeli, ami a rezgések hő formájában történő eloszlatása esetén ezek hőmérsékletének növekedéséhez vezet. Ugyanez a folyamat fordított irányban hatalmas anyagok spontán kibocsátását okozza az infravörösben.

Az infravörös sugárzás spektrális altartományokra oszlik. Bár különféle felosztási sémák léteznek, a spektrumot általában közeli infravörösre (0,75-1,4 µm), rövidhullámú infravörösre (1,4-3 µm), középhullámú infravörösre (3-8 µm), hosszú hullámú infravörösre (8-15 µm) osztják. µm) és távoli infravörös (15-1000 µm).

Látható sugárzás (optikai)

A látható, infravörös és ultraibolya sugárzás alkotja a spektrum úgynevezett optikai tartományát a szó legtágabb értelmében. Egy ilyen tartomány kiválasztása nemcsak a spektrum megfelelő részeinek közelségéből adódik , hanem a tanulmányozására használt műszerek hasonlóságából is, amelyek történetileg elsősorban a látható fény vizsgálatában fejlődtek ki ( lencsék és tükrök a sugárzás fókuszálására ). , prizmák , diffrakciós rácsok , interferencia eszközök a sugárzás spektrális összetételének tanulmányozására stb.).

A spektrum optikai tartományában a hullámok frekvenciája már összevethető az atomok és molekulák természetes frekvenciáival, hosszuk pedig a molekulaméretekkel és a molekulák közötti távolságokkal. Ennek köszönhetően az anyag atomisztikus szerkezetéből adódó jelenségek jelentőssé válnak ezen a területen. Ugyanezen okból a hullámtulajdonságokkal együtt megjelennek a fény kvantumtulajdonságai is.

Az optikai sugárzás leghíresebb forrása a Nap. Felülete ( fotoszféra ) 6000 K hőmérsékletre melegszik, és erős fehér fénnyel világít (a napsugárzás folyamatos spektrumának maximuma - 550 nm - a "zöld" tartományban található, ahol a szem maximális érzékenysége található). Pontosan azért, mert egy ilyen csillag közelében születtünk , az elektromágneses sugárzás spektrumának ezt a részét érzékszerveink közvetlenül érzékelik .

Az optikai tartományba eső sugárzás különösen a testek felmelegedésekor keletkezik (az infravörös sugárzást hősugárzásnak is nevezik) az atomok és molekulák hőmozgása miatt. Minél melegebb a test, annál nagyobb a frekvencia, amelyen sugárzási spektrumának maximuma található (lásd: Wien elmozdulási törvénye ). Egy bizonyos melegítéssel a test a látható tartományban ( izzás ) kezd világítani , először vörösen, majd sárgán és így tovább. Ezzel szemben az optikai spektrum sugárzása termikus hatással van a testekre (lásd: Bolometria ).

Az optikai sugárzás kémiai és biológiai reakciókban keletkezhet és regisztrálható . Az egyik leghíresebb kémiai reakciót , amely az optikai sugárzás vevője, a fotózásban használják . A legtöbb földi élőlény energiaforrása a fotoszintézis  – egy biológiai reakció, amely növényekben a Nap optikai sugárzásának hatására megy végbe.

Ultraibolya sugárzás

Kemény sugárzás

A röntgen- és gamma-sugárzás területén a sugárzás kvantumtulajdonságai kerülnek előtérbe .

A röntgensugárzás a gyorsan töltött részecskék ( elektronok , protonok stb.) lassulása során, valamint az atomok elektronhéjában lezajló folyamatok eredményeként keletkezik. A gammasugárzás az atommagok belsejében lezajló folyamatok , valamint az elemi részecskék átalakulásának eredményeként jelenik meg .

A különböző tartományú elektromágneses sugárzás jellemzői

A sugárforrástól és a közeg tulajdonságaitól függ az elektromágneses hullámok terjedése, a hullámok típusát (sík, gömb alakú stb.) meghatározó elektromos és mágneses mezők időfüggése, a polarizáció típusa és egyéb jellemzők. .

A különböző frekvenciájú elektromágneses sugárzások is különböző módon lépnek kölcsönhatásba az anyaggal. A rádióhullámok kibocsátásának és abszorpciójának folyamatai általában a klasszikus elektrodinamika összefüggéseivel írhatók le ; de az optikai tartomány hullámai és különösen a kemény sugarak esetében figyelembe kell venni azok kvantumtermészetét.

Kutatástörténet

Elektromágneses biztonság

Az elektromágneses tartomány bizonyos szintű sugárzása negatív hatással lehet az emberi szervezetre, más állatokra és élőlényekre, valamint károsan befolyásolhatja az elektromos készülékek működését. A különböző típusú nem ionizáló sugárzások ( elektromágneses mezők , EMF) eltérő élettani hatással bírnak. A gyakorlatban megkülönböztetik a mágneses tér (állandó és kvázi állandó, impulzus), a HF és mikrohullámú sugárzás, a lézersugárzás, a nagyfeszültségű berendezések ipari frekvenciájú elektromos és mágneses mezőinek tartományait stb.

Élőlényekre gyakorolt ​​hatás

Léteznek nemzeti és nemzetközi higiéniai szabványok az EMF-szintekre, a tartománytól függően, lakóterületekre és munkahelyekre.

Optikai tartomány

Vannak higiéniai előírások a világításra; biztonsági szabványokat is kidolgoztak a lézersugárzással végzett munkához.

Rádióhullámok

Az elektromágneses sugárzás megengedett szintjeit (elektromágneses energia fluxussűrűsége) az illetékes állami hatóságok által megállapított szabványok tükrözik, az EMF -tartománytól függően . Ezek a szabványok országonként jelentősen eltérhetnek.

Megállapították a nagy (jóval 100 µT feletti) mezőknek való erős expozíció biológiai következményeit, melyeket felismert biofizikai mechanizmusok magyaráznak. A rendkívül alacsony frekvenciájú külső mágneses mezők (ELF) elektromos mezőket és áramokat indukálnak az emberi testben, amelyek nagyon nagy térerő mellett stimuláló hatással vannak az idegekre és az izmokra, és megváltoztatják a központi idegrendszer idegsejtjeinek ingerlékenységét. rendszer.

Ami a hosszú távú hatásokat illeti, az ELF mágneses mezőknek való kitettség és a gyermekkori leukémia közötti összefüggést alátámasztó bizonyítékok kevéssége miatt nem egyértelműek a csökkentett expozíciós szintek egészségügyi előnyei. [nyolc]

Számos tanulmány vizsgálta a rádiófrekvenciás mezők hatását az agy elektromos aktivitására, a megismerésre, az alvásra, a pulzusszámra és a vérnyomásra önkénteseken. A mai napig a vizsgálatok nem utalnak semmilyen következetes bizonyítékra a szövetmelegítést okozó szint alatti rádiófrekvenciás mezőknek való kitettség káros egészségügyi hatásaira. Ezenkívül a kutatás nem talált ok-okozati összefüggést az elektromágneses tereknek való kitettség és az „önértékelési tünetek” vagy „ elektromágneses túlérzékenység ” között. A rádiófrekvenciás expozíció lehetséges hosszú távú kockázatait vizsgáló epidemiológiai tanulmányok főként az agydaganatok és a mobiltelefon-használat közötti összefüggés megtalálását tűzték ki célul. A laboratóriumi állatokon végzett vizsgálatok eredményei nem mutatják a rák kockázatának megnövekedését a rádiófrekvenciás mezőknek való hosszú távú kitettség következtében. [9]

Ezek az adatok nem adhatnak okot radiofóbiára , azonban nyilvánvalóan szükség van az elektromágneses sugárzás élő szervezetekre gyakorolt ​​hatásával kapcsolatos információk jelentős elmélyítésére.

Oroszországban az elektromágneses sugárzásnak való kitettség maximális megengedett szintjeit (MPL) szabályozó szabályozó dokumentumok a következők:

  • GOST 12.1.006-84 "SSBT. Rádiófrekvenciák elektromágneses mezői. Megengedett szintek" [10] ,
  • 2021. 03. 2021 óta a SanPiN 1.2.3685-21 „Higiéniai szabványok és követelmények a környezeti tényezők biztonságának és (vagy) ártalmatlanságának biztosítására az emberekre” [11] van érvényben .

A különböző adó rádióberendezések megengedett sugárzási szintjei 300 MHz feletti frekvencián az egészségügyi-lakóövezetben egyes országokban jelentősen eltérnek:

  • Oroszország, Ukrajna, Lengyelország, Fehéroroszország, Kazahsztán: 10 µW/cm²;
  • USA, Európa (egyes országok kivételével), Japán, Korea: 200-1000 µW/cm² [12] [13] ;
  • Kanada: 130–2000 μW/cm2 [14] ;
  • Kína: 10 (40) - 2000 μW/cm² [15] [16] .

A higiéniai tudomány párhuzamos fejlődése a Szovjetunióban és a nyugati országokban az EMR hatásának értékelésére különböző megközelítések kialakulásához vezetett. A posztszovjet tér egyes országaiban továbbra is az energiaáram-sűrűség egységeiben (PET) való arányosítás az uralkodó, míg az USA -ban és az EU -országokban a fajlagos abszorpciós teljesítmény ( SAR ) értékelése a jellemző.

„A mobil rádiótelefonok (MRI) EMR biológiai hatásával kapcsolatos modern elképzelések nem teszik lehetővé az összes káros hatás előrejelzését, a probléma számos aspektusával a modern szakirodalom nem foglalkozik, és további kutatásokat igényel. E tekintetben a WHO ajánlásai szerint célszerű betartani a megelőző politikát, vagyis minimalizálni a mobilkommunikáció használatának idejét.”

Ionizáló sugárzás

A megengedett szabványokat az NRB-99 sugárbiztonsági szabványok szabályozzák .

Rádióeszközökre gyakorolt ​​hatás

Vannak adminisztratív és szabályozó testületek - a Rádiókommunikációs Felügyelőség (Ukrajnában például az Ukrán Frekvenciafelügyelet, amely szabályozza a frekvenciatartományok elosztását a különböző felhasználók számára, a kiosztott tartományok betartását, felügyeli a rádiós levegő illegális használatát).

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ ( A relativitáselmélet maximális fénysebesség elve ebben az esetben nem sérül, hiszen a csoporthoz tartozó energia- és információátadás sebessége, nem a fázissebesség semmi esetre sem haladja meg a könnyű)
  2. ↑ A kemény és szuperkemény sugárzással kapcsolatos kérdések is felmerülhetnek az asztrofizikában; ott néha speciális sajátosságaik vannak, például óriási méretű területeken sugárzás keletkezhet.
  3. ↑ A legalapvetőbb a Standard Modell fentebb említett elméletein kívül, amely azonban csak nagyon nagy energiák mellett különbözik a tiszta kvantumelektrodinamikától.
  4. ↑ 1 2 GOST 24375-80. Rádióösszeköttetés. Kifejezések és meghatározások
  5. ↑ 48. A mikrohullámú tartomány jellemzői. A mikrohullámú tartomány felosztása altartományokra. . StudFiles. Hozzáférés időpontja: 2017. október 24.
  6. ↑ A gerenda szerkezete feltételesen látható. A sugarak szinuszosságát feltételesen mutatjuk be. A prizmában lévő különböző fénysebességek a különböző hullámhosszokhoz nem láthatók.
  7. ↑ A látható spektrumon kívüli sugárzás jelenlétére vonatkozó találgatásokat korábban Herschel és Ritter is megfogalmazott, de ezt kísérletileg kimutatták.
  8. ↑ [ http://www.who.int/peh-emf/publications/facts/fs322_ELF_fields_russian.pdf Elektromágneses terek és közegészségügy] . Egészségügyi Világszervezet (2007. június).
  9. ↑ Elektromágneses mezők és közegészségügy: mobiltelefonok . Egészségügyi Világszervezet (2014. október).
  10. ↑ GOST 12.1.006-84 .
  11. ↑ SanPiN 1.2.3685-21 "Higiéniai szabványok és követelmények a környezeti tényezők biztonságának és (vagy) ártalmatlanságának biztosítására az emberek számára"
  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

Irodalom

  • Fizika. Nagy enciklopédikus szótár / Ch. szerk. A. M. Prohorov. - 4. kiadás - M .: Nagy Orosz Enciklopédia, 1999. - S. 874-876. ISBN 5-85270-306-0 (BDT)
  • Kudryashov Yu. B., Perov Yu. F. Rubin AB Sugárzás biofizika: rádiófrekvenciás és mikrohullámú elektromágneses sugárzás. Tankönyv egyetemek számára. — M.: FIZMATLIT, 2008. — 184 s — ISBN 978-5-9221-0848-5
  • Petrusevich Yu. M. Sugárzás (sugárzás) // Nagy Orvosi Enciklopédia  : 30 kötetben  / ch. szerk. B. V. Petrovszkij . - 3. kiadás - M  .: Szovjet Enciklopédia , 1978. - T. 9: Ibn-Roshd - Jordánia. - S. 35-36. — 483 p. : ill.

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban