Излучение Википедия

Иллюстрация относительной способности трех различных типов ионизирующего излучения проникать в твердое вещество. Типичные альфа-частицы (α) останавливаются листом бумаги, в то время как бета-частицы (β) останавливаются алюминиевой фольгой. Гамма-излучение (γ) затухает, когда оно проникает в свинец. Обратите внимание на предостережения в тексте об этой упрощенной диаграмме. Международный символ типов и уровней радиации, небезопасных для неэкранированных людей. Излучение, существующее в природе, включает свет и звук.

В физике излучение — это передача энергии в форме волн или частиц через пространство или через материальную среду.^[1][2] Это понятие включает в себя:

Излучение часто классифицируется как ионизирующее или неионизирующее в зависимости от энергии излучаемых частиц. Ионизирующее излучение несёт более 10 эВ, что достаточно для ионизации атомов и молекул, а также разрыва химических связей. Это важное различие из-за большой разницы в пагубности для живых организмов. Распространенным источником ионизирующего излучения являются радиоактивные материалы, которые испускают α, β или γ излучение, состоящее из ядер гелия, электронов или позитронов и фотонов соответственно. К другим источникам относятся рентгеновские лучи от медицинских исследований рентгенографии, а также мюоны, мезоны, позитроны, нейтроны и другие частицы, которые составляют вторичные космические лучи, которые образуются после взаимодействия первичных космических лучей с атмосферой Земли.

Гамма-лучи, рентгеновское излучение и более высокий энергетический диапазон ультрафиолетового (УФ) света составляют ионизирующую часть электромагнитного спектра. Слово «ионизировать» относится к отрыву одного или нескольких электронов от атома, процесс, который требует относительно высокой энергии, обеспеченной электромагнитными волнами. Далее по спектру следуют неионизирующие источники энергии из нижнего ультрафиолетового спектра, которые не могут ионизировать атомы, но могут нарушать межатомные связи, которые образуют молекулы, тем самым разрушая их, а не атомы. Хорошим примером этого является солнечный ожог, вызванный длинноволновым солнечным ультрафиолетом. Волны с большей длиной волны, чем УФ, в видимом, инфракрасном и микроволновом диапазоне частот не могут разорвать связи, но могут вызвать вибрации в связях, которые воспринимаются как тепло. Радиоволны и ниже, как правило, не рассматриваются как вредные для биологических систем. Но это не резкое разграничение энергий, поскольку есть другие эффекты связанные с совпадением определённых частот

[3].

Слово «излучение» происходит от явления исходящих волн (то есть распространяющихся во всех направлениях) от источника. Этот аспект приводит к системе

Гамма-излучение — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. Гамма. Художественная иллюстрация: ядро атома испускает гамма-квант

Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения, характеризующийся чрезвычайно малой длиной волны — менее 2⋅10⁻¹⁰ м — и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами^[1]. Относится к ионизирующим излучениям, то есть к излучениям, взаимодействие которых с веществом способно приводить к образованию ионов разных знаков^[2].

Гамма-излучение представляет собой поток фотонов, имеющих высокую энергию (гамма-квантов). Условно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 10

5эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1—100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению; если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке — к рентгеновскому излучению. С точки зрения физики, кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.

Гамма-излучение испускается при переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер (см. Изомерный переход; энергии таких гамма-квантов лежат в диапазоне от ~1 кэВ до десятков МэВ), при ядерных реакциях, при взаимодействиях и распадах элементарных частиц (например, при аннигиляции электрона и позитрона, распаде нейтрального пиона и т. д.), а также при отклонении энергичных заряженных частиц в магнитных и электрических полях (см. Синхротронное излучение, Тормозное излучение). Энергия гамма-квантов, возникающих при переходах между возбуждёнными состояниями ядер, не превышает нескольких десятков МэВ. Энергии гамма-квантов, наблюдающихся в космических лучах, могут превосходить сотни ГэВ.

Гамма-излучение было открыто французским физиком Полем Вилларом^[3] в 1900 году при исследовании излучения радия^[4][5]. Три компоненты ионизирующего излучения радия-226 (в смеси с его дочерними радионуклидами) были разделены по направлению отклонения частиц в магнитном поле: излучение с положительным электрическим зарядом было названо α-лучами, с отрицательным — β-лучами, а электрически нейтральное, не отклоняющееся в магнитном поле излучение получило название γ-лучей. Впервые такая терминология была использована Э. Резерфордом в начале 1903 года^[4]. В 1912 году Резерфорд и Эдвард Андраде^[en] доказали электромагнитную природу гамма-излучения

[4].

Гамма-лучи, в отличие от α-лучей и β-лучей, не содержат заряженных частиц и поэтому не отклоняются электрическими и магнитными полями и характеризуются большей проникающей способностью при равных энергиях и прочих равных условиях. Гамма-кванты вызывают ионизацию атомов вещества. Основные процессы, возникающие при прохождении гамма-излучения через вещество:

• Фотоэффект — энергия гамма-кванта поглощается электроном оболочки атома, и электрон, совершая работу выхода, покидает атом (который становится положительно ионизированным).
• Комптон-эффект — гамма-квант рассеивается при взаимодействии с электроном, при этом образуется новый гамма-квант, меньшей энергии, что также сопровождается высвобождением электрона и ионизацией атома.
• Эффект образования пар — гамма-квант в электрическом поле ядра превращается в электрон и позитрон.
• Ядерный фотоэффект — при энергиях выше нескольких десятков МэВ гамма-квант способен выбивать нуклоны из ядра.

Зарегистрировать гамма-кванты можно с помощью ряда ядерно-физических детекторов ионизирующего излучения (сцинтилляционных, газовых, полупроводниковых и т. д.).

Области применения гамма-излучения:

Облучение гамма-квантами в зависимости от дозы и продолжительности может вызвать хроническую и острую лучевую болезнь. Стохастические эффекты облучения включают различные виды онкологических заболеваний. В то же время гамма-облучение подавляет рост раковых и других быстро делящихся клеток при локальном воздействии на них. Гамма-излучение является мутагенным и тератогенным фактором.

Защита[править | править код]

Защитой от гамма-излучения может служить слой вещества. Эффективность защиты (то есть вероятность поглощения гамма-кванта при прохождении через неё) увеличивается при увеличении толщины слоя, плотности вещества и содержания в нём тяжёлых ядер (свинца, вольфрама, обеднённого урана и пр.).

В таблице ниже указаны параметры слоя половинного ослабления^[en] гамма-излучения^{[7][нет в источнике]}:

Материал защиты	Слой половинного ослабления, см	Плотность, г/см³	Масса 1 см² слоя половинного ослабления, г
Свинец	1,8	11,3	20
Бетон	6,1	3,33	20
Сталь	2,5	7,86	20
Слежавшийся грунт	9,1	1,99	18
Вода	18	1,00	18
Древесина	29	0,56	16
Обеднённый уран	0,2	19,1	3,9
Воздух	15000	0,0012	18

Хотя эффективность поглощения и зависит от материала, первоочередное значение имеет просто удельный вес.

Вынужденное излучение — Википедия

Вынужденное излучение (Лазер)

Вы́нужденное излуче́ние, индуци́рованное излучение — генерация нового фотона при переходе квантовой системы (атома, молекулы, ядра и т. д.) между двумя состояниями (с более высокого на более низкий энергетический уровень) под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого равна разности энергий этих состояний. Созданный фотон имеет ту же энергию, импульс, фазу, поляризацию, а также направление распространения, что и индуцирующий фотон (который при этом не поглощается). Оба фотона являются когерентными.

Рис. 1a. Поглощение фотона Рис. 1б. Вынужденное испускание фотона Рис. 1в. Спонтанное испускание фотона

Большой вклад в разработку вопроса о вынужденном излучении (испускании) внёс А. Эйнштейн опубликовав в 1916 и 1917 годах соответствующие научные статьи. Гипотеза Эйнштейна состоит в том, что под действием электромагнитного поля частоты ω молекула (атом) может:

Первый процесс принято называть поглощением, второй — вынужденным (индуцированным) испусканием, третий — спонтанным испусканием. Скорость поглощения и вынужденного испускания фотона пропорциональна вероятности соответствующего перехода: B12⋅u{\displaystyle B_{12}\cdot u} и B21⋅u,{\displaystyle B_{21}\cdot u,} где B12,{\displaystyle B_{12},} B21{\displaystyle B_{21}} — коэффициенты Эйнштейна для поглощения и испускания, u{\displaystyle u} — спектральная плотность излучения.

Число переходов dn1{\displaystyle \mathrm {d} n_{1}} с поглощением света выражается как

dn1=B12u⋅n1dt,(1){\displaystyle \mathrm {d} n_{1}=B_{12}u\cdot n_{1}\mathrm {d} t,\qquad \qquad (1)}

с испусканием света даётся выражением:

dn2=(A21+B21u)⋅n2dt,(2){\displaystyle \mathrm {d} n_{2}=(A_{21}+B_{21}u)\cdot n_{2}\mathrm {d} t,\qquad (2)}

где A21{\displaystyle A_{21}} — коэффициент Эйнштейна, характеризующий вероятность спонтанного излучения, а n1,n2{\displaystyle n_{1},n_{2}} — число частиц в первом или во втором состоянии соответственно. Согласно принципу детального равновесия, при термодинамическом равновесии число квантов света dn1{\displaystyle \mathrm {d} n_{1}} при переходах 1 → 2 должно равняться числу квантов dn2,{\displaystyle \mathrm {d} n_{2},} испущенных в обратных переходах 2 → 1.

Рассмотрим замкнутую полость, стенки которой испускают и поглощают электромагнитное излучение. Такое излучение характеризуется спектральной плотностью u(ω,T),{\displaystyle u(\omega ,T),} получаемой из формулы Планка:

u(ω,T)=ℏω3π2c3⋅1exp(ℏω/kT)−1.(3){\displaystyle u(\omega ,T)={\frac {\hbar \omega ^{3}}{\pi ^{2}c^{3}}}\cdot {\frac {1}{\mathrm {exp} (\hbar \omega /kT)-1}}.\qquad \qquad (3)}

Так как мы рассматриваем термодинамическое равновесие, то dn1=dn2.{\displaystyle \mathrm {d} n_{1}=\mathrm {d} n_{2}.} Используя уравнения (1) и (2), находим для состояния равновесия:

B12u(ω,T)n1=(A21+B21u(ω,T))n2,{\displaystyle B_{12}u(\omega ,T)n_{1}=(A_{21}+B_{21}u(\omega ,T))n_{2},}

откуда:

n2n1=B12u(ω,T)A21+B21u(ω,T).(4){\displaystyle {\frac {n_{2}}{n_{1}}}={\frac {B_{12}u(\omega ,T)}{A_{21}+B_{21}u(\omega ,T)}}.\qquad \qquad (4)}

При термодинамическом равновесии распределение частиц по уровням энергии подчиняется закону Больцмана:

n2n1=g2g1⋅exp(−E2−E1kT),(5){\displaystyle {\frac {n_{2}}{n_{1}}}={\frac {g_{2}}{g_{1}}}\cdot \mathrm {exp} \left(-{\frac {E_{2}-E_{1}}{kT}}\right),\qquad \qquad (5)}

где g1{\displaystyle g_{1}} и g2{\displaystyle g_{2}} — статистические веса уровней, показывающие количество независимых состояний квантовой системы, имеющих одну и ту же энергию (вырожденных). Будем считать для простоты, что статвеса уровней равны единице.

Итак, сравнивая (4) и (5) и принимая во внимание, что ℏω=E2−E1,{\displaystyle \hbar \omega =E_{2}-E_{1},} получим:

u(ω,T)=A21B12exp(ℏω/kT)−B21.(6){\displaystyle u(\omega ,T)={\frac {A_{21}}{B_{12}\mathrm {exp} (\hbar \omega /kT)-B_{21}}}.\qquad \qquad (6)}

Так как при T→∞{\displaystyle T\to \infty } спектральная плотность излучения должна неограниченно возрастать, то нам следует положить знаменатель равным нулю, откуда имеем:

B12=B21.{\displaystyle B_{12}=B_{21}.}

Далее, сопоставив (3) и (6), легко получить:

B21=π2c3ℏω3⋅A21.{\displaystyle B_{21}={\frac {\pi ^{2}c^{3}}{\hbar \omega ^{3}}}\cdot A_{21}.}

Последние два соотношения справедливы для любых комбинаций уровней энергии. Их справедливость сохраняется и при отсутствии равновесия, так как определяются только характеристикой систем и не зависят от температуры.

По свойствам вынужденное испускание существенно отличается от спонтанного.

• Наиболее характерная черта вынужденного излучения заключается в том, что возникшая электромагнитная волна распространяется в том же направлении, что и первоначальная индуцирующая волна.
• Частоты и поляризация вынужденного и первоначального излучений также равны.
• Вынужденный поток когерентен возбуждающему.

На вынужденном излучении основан принцип работы квантовых усилителей, лазеров и мазеров. В рабочем теле лазера путём накачки создаётся избыточное (по сравнению с термодинамическим ожиданием) количество атомов в верхнем энергетическом состоянии. Рабочее тело газового лазера находится в резонаторе (в простейшем случае — пара зеркал), создающем условия для накапливания фотонов с определённым направлением импульса. Первоначальные фотоны возникают за счёт спонтанного излучения. Затем, благодаря наличию положительной обратной связи, вынужденное излучение лавинообразно возрастает. Лазеры обычно используются для генерации излучения, тогда как мазеры, работающие в области радиочастот, применяются также и для усиления.

Абсолютно чёрное тело — Википедия

Излучение нагретого металла в видимом диапазоне

Абсолютно чёрное тело — физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах^[1].

Таким образом, у абсолютно чёрного тела поглощательная способность (отношение поглощённой энергии к энергии падающего излучения) равна 1 для излучения всех частот, направлений распространения и поляризаций^[2][3].

Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.

Важность абсолютно чёрного тела в вопросе о спектре теплового излучения любых (серых и цветных) тел вообще, кроме того, что оно представляет собой наиболее простой нетривиальный случай, состоит ещё и в том, что вопрос о спектре равновесного теплового излучения тел любого цвета и коэффициента отражения сводится методами классической термодинамики к вопросу об излучении абсолютно чёрного тела (и исторически это было уже сделано к концу XIX века, когда проблема излучения абсолютно чёрного тела вышла на первый план).

Близким к единице коэффициентом поглощения обладают сажа и платиновая чернь^[3]. Сажа поглощает до 99 % падающего излучения (то есть имеет альбедо, равное 0,01) в видимом диапазоне длин волн, однако инфракрасное излучение поглощается ею значительно хуже. Наиболее чёрное из всех известных веществ — изобретённая в 2014 году субстанция Vantablack, состоящая из параллельно ориентированных углеродных нанотрубок, — поглощает 99,965 % падающего на него излучения в диапазонах видимого света, микроволн и радиоволн.

Среди тел Солнечной системы свойствами абсолютно чёрного тела в наибольшей степени обладает Солнце. Максимум энергии излучения Солнца приходится примерно на длину волны 450 нм, что соответствует температуре наружных слоёв Солнца около 6000 K (если рассматривать Солнце как абсолютно чёрное тело)^[4].

Термин «абсолютно чёрное тело» был введён Густавом Кирхгофом в 1862 году.

Модель абсолютно чёрного тела

Абсолютно чёрных тел в природе не существует (чёрная дыра поглощает всё падающее излучение, но её температуру невозможно контролировать), поэтому в физике для экспериментов используется модель. Она представляет собой непрозрачную замкнутую полость с небольшим отверстием, стенки которой имеют одинаковую температуру. Свет, попадающий внутрь сквозь это отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным^[3]. Но при нагревании этой полости у неё появится собственное видимое излучение. Поскольку излучение, испущенное внутренними стенками полости, прежде, чем выйдет (ведь отверстие очень мало), в подавляющей доле случаев претерпит огромное количество новых поглощений и излучений, то можно с уверенностью сказать, что излучение внутри полости находится в термодинамическом равновесии со стенками. (На самом деле, отверстие для этой модели вообще не важно, оно нужно только чтобы подчеркнуть принципиальную наблюдаемость излучения, находящегося внутри; отверстие можно, например, совсем закрыть, и быстро приоткрыть только тогда, когда равновесие уже установилось и проводится измерение).

Законы излучения абсолютно чёрного тела[править | править код]

Классический подход[править | править код]

Изначально к решению проблемы были применены чисто классические методы, которые дали ряд важных и верных результатов, однако полностью решить проблему не позволили, приведя в конечном итоге не только к резкому расхождению с экспериментом, но и ко внутреннему противоречию — так называемой ультрафиолетовой катастрофе.

Изучение законов излучения абсолютно чёрного тела явилось одной из предпосылок появления квантовой механики.

Первый закон излучения Вина[править | править код]

В 1893 году Вильгельм Вин, воспользовавшись, помимо классической термодинамики, электромагнитной теорией света, вывел следующую формулу:

• uν=ν3f(νT),{\displaystyle u_{\nu }=\nu ^{3}f\left({\frac {\nu }{T}}\right),}

где u_ν — плотность энергии излучения,

ν — частота излучения,

T — температура излучающего тела,

f — функция, зависящая только от отношения частоты к температуре. Вид этой функции невозможно установить, исходя только из термодинамических соображений.

Первая формула Вина справедлива для всех частот. Любая более конкретная формула (например, закон Планка) должна удовлетворять первой формуле Вина.

Из первой формулы Вина можно вывести закон смещения Вина (закон максимума) и закон Стефана — Больцмана, но нельзя найти значения постоянных, входящих в эти законы.

Исторически именно первый закон Вина назывался законом смещения, но в настоящее время термином «закон смещения Вина» называют закон максимума.

Второй закон излучения Вина[править | править код]

В 1896 году Вин на основе дополнительных предположений вывел второй закон:

uν=C1ν3e−C2νT,{\displaystyle u_{\nu }=C_{1}\nu ^{3}e^{-C_{2}{\frac {\nu }{T}}},}

где C₁, C₂ — константы. Опыт показывает, что вторая формула Вина справедлива лишь в пределе высоких частот (малых длин волн). Она является частным конкретным случаем первого закона Вина.

Позже Макс Планк показал, что второй закон Вина следует из закона Планка для больших энергий квантов, а также нашёл постоянные C₁ и C₂. С учётом этого, второй закон Вина можно записать в виде:

uν=8πhν3c3e−hν/kT,{\displaystyle u_{\nu }={\frac {8\pi h\nu ^{3}}{c^{3}}}e^{-h\nu /kT},}

где h — постоянная Планка,

k — постоянная Больцмана,

c — скорость света в вакууме.

Закон Рэлея — Джинса[править | править код]

Попытка описать излучение абсолютно чёрного тела исходя из классических принципов термодинамики и электродинамики приводит к закону Рэлея — Джинса:

u(ω,T)=kTω2π2c3{\displaystyle u(\omega ,T)=kT{\frac {\omega ^{2}}{\pi ^{2}c^{3}}}}

Эта формула предполагает квадратичное возрастание спектральной плотности излучения в зависимости от его частоты. На практике такой закон означал бы невозможность термодинамического равновесия между веществом и излучением, поскольку согласно ему вся тепловая энергия должна была бы перейти в энергию излучения коротковолновой области спектра. Такое гипотетическое явление было названо ультрафиолетовой катастрофой.

Тем не менее закон излучения Рэлея — Джинса справедлив для длинноволновой области спектра и адекватно описывает характер излучения. Объяснить факт такого соответствия можно лишь при использовании квантово-механического подхода, согласно которому излучение происходит дискретно. Исходя из квантовых законов можно получить формулу Планка, которая будет совпадать с формулой Рэлея — Джинса при ℏω/kT≪1{\displaystyle \hbar \omega /kT\ll 1}.

Этот факт является прекрасной иллюстрацией действия принципа соответствия, согласно которому новая физическая теория должна объяснять всё то, что была в состоянии объяснить старая.

Закон Планка[править | править код]

Интенсивность излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры и частоты определяется законом Планка^[5]:

R(ν,T)=2πhν3c21ehν/kT−1,{\displaystyle R(\nu ,T)={\frac {2\pi h\nu ^{3}}{c^{2}}}{\frac {1}{e^{h\nu /kT}-1}},}

где R(ν,T){\displaystyle R(\nu ,T)} — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в единичном интервале частот (размерность в СИ: Дж·с⁻¹·м⁻²·Гц⁻¹), что эквивалентно

R(λ,T)=2πhc2λ51ehc/λkT−1,{\displaystyle R(\lambda ,T)={2\pi h{c^{2}} \over \lambda ^{5}}{1 \over e^{hc/\lambda kT}-1},}

где R(λ,T){\displaystyle R(\lambda ,T)} — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в единичном интервале длин волн (размерность в СИ: Дж·с⁻¹·м⁻²·м⁻¹).

Закон Стефана — Больцмана[править | править код]

Общая энергия теплового излучения определяется законом Стефана — Больцмана, который гласит:

Мощность излучения абсолютно чёрного тела (интегральная мощность по всему спектру), приходящаяся на единицу площади поверхности, прямо пропорциональна четвёртой степени температуры тела:

j=σT4,{\displaystyle j=\sigma T^{4},}

где j{\displaystyle j} — мощность на единицу площади излучающей поверхности, а

σ=2π5k415c2h4=π2k460ℏ3c2≃5,670400(40)⋅10−8{\displaystyle \sigma ={\frac {2\pi ^{5}k^{4}}{15c^{2}h^{3}}}={\frac {\pi ^{2}k^{4}}{60\hbar ^{3}c^{2}}}\simeq 5{,}670400(40)\cdot 10^{-8}} Вт/(м²·К⁴) — постоянная Стефана — Больцмана.

Таким образом, абсолютно чёрное тело при T{\displaystyle T} = 100 K излучает 5,67 ватт с квадратного метра своей поверхности. При температуре 1000 K мощность излучения увеличивается до 56,7 киловатт с квадратного метра.

Для нечёрных тел можно приближённо записать:

j=ϵσT4, {\displaystyle j=\epsilon \sigma T^{4},\ }

где ϵ{\displaystyle \epsilon } — степень черноты. Для всех веществ ϵ<1{\displaystyle \epsilon <1}, для абсолютно чёрного тела ϵ=1{\displaystyle \epsilon =1}, для других объектов в силу закона Кирхгофа степень черноты равна коэффициенту поглощения: ϵ=α=1−ρ−τ{\displaystyle \epsilon =\alpha =1-\rho -\tau }, где α{\displaystyle \alpha } — коэффициент поглощения, ρ{\displaystyle \rho } — коэффициент отражения, а τ{\displaystyle \tau } — коэффициент пропускания. Именно поэтому для уменьшения тепловой радиации поверхность окрашивают в белый цвет или наносят блестящее покрытие, а для увеличения — затемняют.

Константу Стефана — Больцмана σ{\displaystyle \sigma } можно теоретически вычислить только из квантовых соображений, воспользовавшись формулой Планка. В то же время общий вид формулы может быть получен из классических соображений (что не снимает проблемы ультрафиолетовой катастрофы).

Закон смещения Вина[править | править код]

Зависимость мощности излучения чёрного тела от длины волны

Длина волны, при которой энергия излучения абсолютно чёрного тела максимальна, определяется законом смещения Вина:

λmax=0,0028999T{\displaystyle \lambda _{\max }={\frac {0{,}0028999}{T}}}

где T{\displaystyle T} — температура в кельвинах, а λmax{\displaystyle \lambda _{\max }} — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.

Так, если считать в первом приближении, что кожа человека близка по свойствам к абсолютно чёрному телу, то максимум спектра излучения при температуре 36 °C (309 K) лежит на длине волны 9400 нм (в инфракрасной области спектра).

Видимый цвет абсолютно чёрных тел с разной температурой представлен на диаграмме.

Электромагнитное излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с абсолютно чёрным телом при данной температуре (например, излучение внутри полости в абсолютно чёрном теле), называется чернотельным (или тепловым равновесным) излучением. Равновесное тепловое излучение однородно, изотропно и неполяризовано, перенос энергии в нём отсутствует, все его характеристики зависят только от температуры абсолютно чёрного тела-излучателя (и, поскольку чернотельное излучение находится в тепловом равновесии с данным телом, эта температура может быть приписана излучению). Объёмная плотность энергии чернотельного излучения равна u=4σcT4,{\displaystyle u={\frac {4\sigma }{c}}T^{4},} его давление равно P=u/3=4σ3cT4.{\displaystyle P=u/3={\frac {4\sigma }{3c}}T^{4}.} Очень близко по своим свойствам к чернотельному так называемое реликтовое излучение, или космический микроволновой фон — заполняющее Вселенную излучение с температурой около 3 K.

Чернотельным также является излучение Хокинга (квантовомеханическое испарение чёрных дыр). Это излучение имеет температуру TBH=ℏc38πkGM{\displaystyle T_{BH}={\hbar \,c^{3} \over 8\pi k\,GM}}

Цветность чернотельного излучения[править | править код]

Цветность чернотельного излучения, или, вернее, цветовой тон излучения абсолютно чёрного тела при его определённой температуре, приведена в таблице:

Температурный интервал в кельвинах	Цвет
до 1000	Красный
1000—2000	Оранжевый
2000—3000	Жёлтый
3000—4500	Бледно-жёлтый
4500—5500	Желтовато-белый
5500—6500	Чисто белый
6500—8000	Голубовато-белый
8000—15000	Бело-голубой
15000 и более	Голубой

Цвета даны в сравнении с рассеянным дневным светом (D₆₅). Реально воспринимаемый цвет может быть искажён адаптацией глаза к условиям освещения.

Термодинамика равновесного теплового излучения[править | править код]

В термодинамике равновесное тепловое излучение рассматривают как фотонный газ, состоящий из электронейтральных безмассовых частиц, заполняющий полость объёмом V в абсолютно чёрном теле (см. раздел «Практическая модель»), с давлением P и температурой T, совпадающей с температурой стенок полости. Для фотонного газа справедливы следующие термодинамические соотношения^[6][7][8][9]:

H=(3Pa)14S,{\displaystyle H=\left({\frac {3P}{a}}\right)^{\mathsf {\frac {1}{4}}}S,}

(Каноническое уравнение состояния для энтальпии)

Ω=−13αVT4,{\displaystyle \Omega =-{\frac {1}{3}}\alpha VT^{4},}

(Каноническое уравнение состояния для потенциала Ландау)

Для большей компактности в формулах использована радиационная постоянная a вместо постоянной Стефана — Больцмана σ:

a=4σc,{\displaystyle a={\frac {4\sigma }{c}},}

(Радиационная постоянная)

где c — скорость света в вакууме.

Фотонный газ представляет собой систему с одной термодинамической степенью свободы^[10].

Давление фотонного газа не зависит от объёма, поэтому для фотонного газа изотермический процесс (T = const) является одновременно и изобарным процессом (P = const). С повышением температуры давление фотонного газа растёт очень быстро, достигая 1 атмосферы уже при T = 1,4⋅10⁵ K, а при температуре 10⁷ K (температура центра Солнца) давление достигает значения 2,5⋅10⁷ атм (2,5⋅10¹²Па). Величина теплоёмкости излучения становится сравнимой с величиной теплоёмкости одноатомного идеального газа лишь при температурах порядка миллионов градусов.

Представление о температуре излучения было введено Б. Б. Голицыным (1893).

1. ↑ Абсолютно чёрное тело // Большой энциклопедический политехнический словарь. — 2004.
2. ↑ М. А. Ельяшевич. Абсолютно чёрное тело // Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. / Главный редактор А. М. Прохоров.. — М.: Советская энциклопедия., 1988.
3. ↑ ^{1 2 3} Абсолютно чёрное тело // Физический энциклопедический словарь / Главный редактор А. М. Прохоров.. — М.: Советская энциклопедия., 1983.
4. ↑ Кочаров Г. Е. Солнце // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — Т. 4. — С. 594. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8.
5. ↑ Квантовая физика / МГТУ им. Н. Э. Баумана. Кафедра физики (неопр.). fn.bmstu.ru. Дата обращения 28 сентября 2015.
6. ↑ Гуггенгейм, Современная термодинамика, 1941, с. 164—167.
7. ↑ Новиков И. И., Термодинамика, 1984, с. 465—467.
8. ↑ Сычев В. В., Сложные термодинамические системы, 2009.
9. ↑ Базаров И. П., Термодинамика, 2010, с. 157, 177, 349.
10. ↑ Алмалиев А. Н. и др., Термодинамика и статистическая физика, 2004, с. 59.

• Алмалиев А. Н., Копытин И. В., Корнев А. С., Чуракова Т. А. Термодинамика и статистическая физика: Статистика идеального газа. — Воронеж: Ворон. гос. ун-т, 2004. — 79 с.
• Базаров И. П. Термодинамика. — 5-е изд. — СПб. — М. — Краснодар: Лань, 2010. — 384 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978-5-8114-1003-3.
• Гуггенгейм. Современная термодинамика, изложенная по методу У. Гиббса / Пер. под ред. проф. С. А. Щукарева. — Л. — М.: Госхимиздат, 1941. — 188 с.
• Новиков И. И. Термодинамика. — М.: Машиностроение, 1984. — 592 с.
• Сычёв В. В. Сложные термодинамические системы. — 5-е изд., перераб. и доп.. — М: Издательский дом МЭИ, 2009. — 296 с. — ISBN 978-5-383-00418-0.
• Мартинсон Л. К., Смирнов Е. В. Квантовая теория // Физика в техническом университете, 5 том. — МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Облучение — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Облучение — воздействие ионизирующей радиации на биологические объекты.

В зависимости от источников излучения

• Внешнее облучение — от наружных источников излучения (космические лучи, воздействие природных или искусственных излучателей).
• Внутреннее — от радиоактивных веществ, попадающих внутрь организма человека с вдыхаемым воздухом, продуктами питания, с водой.

В зависимости от времени действия излучения на объект

• Острое облучение — облучение, длительность которого не превышает нескольких часов, чаще всего составляя минуты.
• Пролонгированное облучение (протрагированное) — облучение, продолжающееся в течение многих дней, месяцев и лет.
• Хроническое облучение — длительное при низкой мощности дозы.

В зависимости от зоны поражения

• Крупнопольное (широкопольное) облучение — облучение злокачественных новообразований, например лимфогранулематоза, большими полями в расчете на одновременное поражение основного очага и диссиминатов опухолевых клеток в регионарные лимфатические узлы.
• Локальное облучение (местное) — облучение отдельных участков (сегментов) тела.
• Общее (тотальное) облучение — облучение всего тела.

Восстановление от облучения — восстановление исходной структуры или жизнеспособности клетки, ткани, органа, системы органов, организма после облучения.

Восстановление организма после острого лучевого поражения в первом приближении можно свести к пролиферации тканей критических органов (костного мозга и кишечника) за счёт сохранивших жизнеспособность стволовых клеток, благодаря чему восполняется убыль популяции клеток и восстанавливается функциональная полноценность органов и систем. Процессы восстановления в организме животного и человека после облучения протекают с различной скоростью: наивысшей в активно пролиферирующих тканях и минимальной в тканях с низким уровнем пролиферации.

Помимо пролиферации клеточных элементов, в облученной клеточной популяции имеется и другой тип пострадиационного восстановления — репарация (восстановление ДНК) на клеточном уровне.

Модификаторами пострадиационного восстановления могут быть радиопротекторы и радиосенсибилизаторы. Количественные оценки и закономерности восстановления изложены в работах М. Элкинда.

• Ярмоненко С. П., Коноплянников А. Г., Вайнсон А. А. Клиническая радиобиология. Москва, 1992.
• Военная токсикология, радиобиология и медицинская защита. — Под ред. С. А. Куценко. — С-Пб.: Фолиант. — 2004
• Ярмоненко С. П., Вайнсон А. А. Радиобиология человека и животных: Учеб. пособие. — М., Высшая школа, 2004
• Парибок В. П. Пострадиационное восстановление клеток млекопитающих // Цитология . — Т. 9 N 2 . — 1967 . — С.137-151.-№ 006905
• Жестянников Н. Д. Репарация ДНК и биологическое значение, Л., 1979
• Корогодин В. И. Проблемы пострадиационного восстановления, М., 1966
• Elkind M. M. Repair of X-ray damage in mammalian cells. Japan. J, Genetics, 1965, v.40, suppl., p.176-193.

Поток излучения — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Поток излучения Φe{\displaystyle \Phi _{e}} — физическая величина, одна из энергетических фотометрических величин. Характеризует мощность, переносимую оптическим излучением через какую-либо поверхность. Равен отношению энергии, переносимой излучением через поверхность, ко времени переноса. Подразумевается, что длительность переноса выбирается так, чтобы она значительно превышала период электромагнитных колебаний^[1][2]. В качестве обозначения используется Φe{\displaystyle \Phi _{e}} или P{\displaystyle P}^[1].

Таким образом, для Φe{\displaystyle \Phi _{e}} выполняется:

Φe=dQedt,{\displaystyle \Phi _{e}={\frac {dQ_{e}}{dt}},} Вт.

где dQe{\displaystyle dQ_{e}} — энергия излучения, переносимая через поверхность за время dt{\displaystyle dt}.

Среди световых величин аналогом понятия «Поток излучения» является термин «световой поток». Различие между этими величинами такое же, как и различие между энергетическими и световыми величинами вообще.

Спектральная плотность потока излучения[править | править код]

Если излучение немонохроматично, то во многих случаях оказывается полезным использовать такую величину, как спектральная плотность потока излучения. Спектральная плотность потока излучения представляет собой поток излучения, приходящийся на малый единичный интервал спектра^[3]. Точки спектра при этом могут задаваться их длинами волн, частотами, энергиями квантов излучения, волновыми числами или любым другим способом. Если переменной, определяющей положение точек спектра, является некоторая величина x{\displaystyle x}, то соответствующая ей спектральная плотность потока излучения обозначается как Φe,x{\displaystyle \Phi _{e,x}} и определяется как отношение величины dΦe(x),{\displaystyle d\Phi _{e}(x),} приходящейся на малый спектральный интервал, заключённый между x{\displaystyle x} и x+dx,{\displaystyle x+dx,} к ширине этого интервала:

Φe,x(x)=dΦe(x)dx.{\displaystyle \Phi _{e,x}(x)={\frac {d\Phi _{e}(x)}{dx}}.}

Соответственно, в случае использования длин волн для спектральной плотности потока излучения будет выполняться:

Φe,λ(λ)=dΦe(λ)dλ,{\displaystyle \Phi _{e,\lambda }(\lambda )={\frac {d\Phi _{e}(\lambda )}{d\lambda }},}

а при использовании частоты —

Φe,ν(ν)=dΦe(ν)dν.{\displaystyle \Phi _{e,\nu }(\nu )={\frac {d\Phi _{e}(\nu )}{d\nu }}.}

Следует иметь в виду, что значения спектральной плотности потока излучения в одной и той же точке спектра, получаемые при использовании различных спектральных координат, друг с другом не совпадают. То есть, например, Φe,ν(ν)≠Φe,λ(λ).{\displaystyle \Phi _{e,\nu }(\nu )\neq \Phi _{e,\lambda }(\lambda ).} Нетрудно показать, что с учетом

Φe,ν(ν)=dΦe(ν)dν=dλdνdΦe(λ)dλ{\displaystyle \Phi _{e,\nu }(\nu )={\frac {d\Phi _{e}(\nu )}{d\nu }}={\frac {d\lambda }{d\nu }}{\frac {d\Phi _{e}(\lambda )}{d\lambda }}} и λ=cν{\displaystyle \lambda ={\frac {c}{\nu }}}

правильное соотношение приобретает вид:

Φe,ν(ν)=λ2cΦe,λ(λ).{\displaystyle \Phi _{e,\nu }(\nu )={\frac {\lambda ^{2}}{c}}\Phi _{e,\lambda }(\lambda ).}

Значение, Определение, Предложения , Синонимы . Что такое излучение

У нас даже есть предварительные доказательства, что эти микроорганизмы могут быть активными в высушенном состоянии, как если бы мумии начали ходить среди нас, и могут использовать УФ-излучение в качестве источника энергии.

Мы отдаём тепловое излучение в космос, и это можно увидеть в инфракрасном излучении.

Этот свет называется синхротронное излучение, оно формируется из электронов, вращающихся вокруг магнитных полей.

Ультрафиолетовое излучение от солнца разрушает ДНК вредных микроорганизмы и обеззараживает воду.

Поэтому когда бутылки покрывают ими изнутри, УФ-излучение фактически блокируется и эффективность процесса снижается.

Нельзя игнорировать проблемы дорожного транспорта в больших городах , агрессивный шум , который может нанести не — поправимый вред слуху , вредные эмиссии , излучение от радиоактивных отходов с атомных электростанций , военных атомных подводных лодок , ядерных испытаний и катастроф , лесные пожары , кислотные дожди , закрытие пляжей на Черном , Балтийском и Адриатическом побережьях.

Таинственное излучение из подавляющих пустот космоса и таинственные лучи из глубины атома, крошечного строительного кирпичика.

Я полагаю, что излучение моего трикодера привело к активизации щели.

Молекулы в крови поглощают инфракрасное излучение которое испускает осветитель камеры.

Но она без сомнения испускает какое-то излучение, энергетический экран, невидимое препятствие.

Солнечное излучение приходит в форме световых волн и нагревает Землю.

Дус подавил излучение мозга землянина и начал излучать импульсы уверенности, покровительства, защиты.

Агрессивные плазменные потоки блазара дают излучение в виде радиоволн по всему спектру, до самых гамма-лучей.

Кроме того, возле черных дыр и у центра Галактики существует жесткое излучение.

Он закрыл глаза и мысленно настроился на излучение камня.

Рентгенопрозрачный штифт, изготовленный из легкого материала, пропускающего рентгеновское излучение.

Я пропустил излучение Серфера через все астрономические базы данных.

Отметив нейтринное излучение толкателей, созданных в человеческом космосе, я явилась в единственно возможное место преступления.

Похоже на навигационные маяки в глубине системы, а также на излучение радаров и радиоволны.

Но даже самый контролируемый процесс превращения энергии оставляет небольшое фоновое излучение.

В его центре облака отражали губительное излучение воронки, омрачавшее землю мерцанием гибнущих атомов.

В ночном воздухе пробежал едва ощутимый трепет, не более чем излучение.

В те ранние дни, молнии и ультрафиолетовое излучение солнца разрушали богатые водородом молекулы в атмосфере.

Этот бункер сделан из магнита, который, естественно, испускает низкочастотное электромагнитное излучение.

Мы знаем, что существует множество источников радиоизлучения, глактик, испускающих излучение на большие расстояния.

Оно не взаимодействует с электромагнитным излучением, а ведь именно это излучение нам нужно для обнаружения вещей.

В точности похожие вычисления Хокинга и Гари Гиббонса показали, что если в пустом пространстве есть тёмная энергия, то вся вселенная испускает излучение.

Другие факторы, помимо температуры, такие, как ветры, солнечное излучение и влажность, не оказывают значимого воздействия на потребление топлива.

Над поверхностью земли излучение в форме космических лучей порождает слабые помехи.

Излучение, состоящее из электронов, которые испускаются атомами радиоактивных элементов.

Космическое излучение будет идти от этого генератора вот в эту камеру.

Одни говорят — генетика доигралась, Другие — гамма-излучение, выхлопные газы.

Если у нас был бы счетчик, то мы могли бы измерить альфа-излучение… уровень радиации.

Атмосфера состоит в основном из азота и кислорода, оба из которых пропускают инфракрасное излучение.

Это земное излучение принимает форму длинноволнового излучения в инфракрасной невидимой части спектра.

В море нельзя использовать инфракрасное излучение.

Инфракрасное — это электромагнитное излучение, аналогичное по своему характеру к свету, но в диапазоне более длинных волн.

Источник излучения представляет собой лазер или светодиод, излучение которого лежит в инфракрасном диапазоне спектра.

Первоначальный атомный взрыв, распространивший повсюду излучение, привел все в движение.

Это 13000 квадратных миль в Вирджинии и Западной Вирджинии, где электромагнитное излучение сильно ограничено.

Другие результаты