Электромагнитное излучение — Википедия

Электромагни́тные во́лны / электромагни́тное излуче́ние — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.^[1]

Среди электромагнитных полей, порождённых электрическими зарядами и их движением, принято относить к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.

Электромагнитные волны подразделяются на:

Электромагнитное излучение способно распространяться практически во всех средах. В вакууме (пространстве, свободном от вещества и тел, поглощающих или испускающих электромагнитные волны) электромагнитное излучение распространяется без затуханий на сколь угодно большие расстояния, но в ряде случаев достаточно хорошо распространяется и в пространстве, заполненном веществом (несколько изменяя при этом своё поведение).

Классификация диапазонов спектра электромагнитного излучения по-английски. Колонки: 1 (чёрная) — аббревиатуры обозначения диапазонов, 2 — частота, 3 — длина волны, 4 — энергия фотона

Характеристики электромагнитного излучения[править | править код]

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию.

Длина волны прямо связана с частотой через (групповую) скорость распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света

[2].

Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения в целом занимается электродинамика, хотя свойствами излучения отдельных областей спектра занимаются определённые более специализированные разделы физики (отчасти так сложилось исторически, отчасти обусловлено существенной конкретной спецификой, особенно в отношении взаимодействия излучения разных диапазонов с веществом, отчасти также спецификой прикладных задач). К таким более специализированным разделам относятся оптика (и её разделы) и радиофизика. Жёстким электромагнитным излучением коротковолнового конца спектра занимается физика высоких энергий

[3]; в соответствии с современными представлениями (см. Стандартная модель), при высоких энергиях электродинамика перестаёт быть самостоятельной, объединяясь в одной теории со слабыми взаимодействиями, а затем — при ещё более высоких энергиях — как ожидается — со всеми остальными калибровочными полями.

Существуют различающиеся в деталях и степени общности теории, позволяющие смоделировать и исследовать свойства и проявления электромагнитного излучения. Наиболее фундаментальной^[4] из завершённых и проверенных теорий такого рода является квантовая электродинамика, из которой путём тех или иных упрощений можно в принципе получить все перечисленные ниже теории, имеющие широкое применение в своих областях. Для описания относительно низкочастотного электромагнитного излучения в макроскопической области используют, как правило, классическую электродинамику, основанную на уравнениях Максвелла, причём существуют упрощения в прикладных применениях. Для оптического излучения (вплоть до рентгеновского диапазона) применяют оптику (в частности, волновую оптику, когда размеры некоторых частей оптической системы близки к длинам волн; квантовую оптику, когда существенны процессы поглощения, излучения и рассеяния фотонов; геометрическую оптику — предельный случай волновой оптики, когда длиной волны излучения можно пренебречь). Гамма-излучение чаще всего является предметом ядерной физики, с других — медицинских и биологических — позиций изучается воздействие электромагнитного излучения в радиологии. Существует также ряд областей — фундаментальных и прикладных — таких, как астрофизика, фотохимия, биология фотосинтеза и зрительного восприятия, ряд областей спектрального анализа, для которых электромагнитное излучение (чаще всего — определенного диапазона) и его взаимодействие с веществом играют ключевую роль. Все эти области граничат и даже пересекаются с описанными выше разделами физики.

Некоторые особенности электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики:

• электромагнитные волны в свободном пространстве — это поперечные волны, в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приёмнику в том числе и через вакуум.

Диапазоны электромагнитного излучения[править | править код]

Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам (см. таблицу). Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения (в вакууме) постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

Ультракороткие радиоволны принято разделять на метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и децимиллиметровые волны (гипервысокие частоты, ГВЧ, 300—3000 ГГц) — стандартные диапазоны радиоволн по общепринятой классификации

[5]. По другой классификации указанные стандартные диапазоны радиоволн, исключая метровые волны, называют микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ)^[6].

Ионизирующее электромагнитное излучение. К этой группе традиционно относят рентгеновское и гамма-излучение, хотя, строго говоря, ионизировать атомы может и ультрафиолетовое излучение, и даже видимый свет. Границы областей рентгеновского и гамма-излучения могут быть определены лишь весьма условно. Для общей ориентировки можно принять, что энергия рентгеновских квантов лежит в пределах 20 эВ — 0,1 МэВ, а энергия гамма-квантов — больше 0,1 МэВ. В узком смысле гамма-излучение испускается ядром, а рентгеновское — атомной электронной оболочкой при выбивании электрона с низколежащих орбит, хотя эта классификация неприменима к жёсткому излучению, генерируемому без участия атомов и ядер (например, синхротронному или тормозному излучению).

Радиоволны[править | править код]

Из-за больших значений λ распространение радиоволн можно рассматривать без учёта атомистического строения среды. Исключение составляют только самые короткие радиоволны, примыкающие к инфракрасному участку спектра. В радиодиапазоне слабо сказываются и квантовые свойства излучения, хотя их всё же приходится учитывать, в частности, при описании квантовых генераторов и усилителей сантиметрового и миллиметрового диапазонов, а также молекулярных стандартов частоты и времени, при охлаждении аппаратуры до температур в несколько кельвинов.

Радиоволны возникают при протекании по проводникам переменного тока соответствующей частоты. И наоборот, проходящая в пространстве электромагнитная волна возбуждает в проводнике соответствующий ей переменный ток. Это свойство используется в радиотехнике при конструировании антенн.

Естественным источником волн этого диапазона являются грозы. Считается, что они же являются источником стоячих электромагнитных волн Шумана.

Микроволновое излучение[править | править код]

Инфракрасное излучение (тепловое)[править | править код]

Видимое излучение (оптическое)[править | править код]

Прозрачная призма разлагает луч белого цвета на составляющие его лучи^[7]

Видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение составляет так называемую оптическую область спектра в широком смысле этого слова. Выделение такой области обусловлено не только близостью соответствующих участков спектра, но и сходством приборов, применяющихся для её исследования и разработанных исторически главным образом при изучении видимого света (линзы и зеркала для фокусирования излучения, призмы, дифракционные решётки, интерференционные приборы для исследования спектрального состава излучения и пр.).

Частоты волн оптической области спектра уже сравнимы с собственными частотами атомов и молекул, а их длины — с молекулярными размерами и межмолекулярными расстояниями. Благодаря этому в этой области становятся существенными явления, обусловленные атомистическим строением вещества. По этой же причине, наряду с волновыми, проявляются и квантовые свойства света.

Самым известным источником оптического излучения является Солнце. Его поверхность (фотосфера) нагрета до температуры 6000 K и светит ярко-белым светом (максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в «зелёной» области 550 нм, где находится и максимум чувствительности глаза). Именно потому, что мы родились возле такой звезды, этот участок спектра электромагнитного излучения непосредственно воспринимается нашими органами чувств.

Излучение оптического диапазона возникает, в частности, при нагревании тел (инфракрасное излучение называют также тепловым) из-за теплового движения атомов и молекул. Чем сильнее нагрето тело, тем выше частота, на которой находится максимум спектра его излучения (см.: Закон смещения Вина). При определённом нагревании тело начинает светиться в видимом диапазоне (каление), сначала красным цветом, потом жёлтым и так далее. И наоборот, излучение оптического спектра оказывает на тела тепловое воздействие (см.: Болометрия).

Оптическое излучение может создаваться и регистрироваться в химических и биологических реакциях. Одна из известнейших химических реакций, являющихся приёмником оптического излучения, используется в фотографии. Источником энергии для большинства живых существ на Земле является фотосинтез — биологическая реакция, протекающая в растениях под действием оптического излучения Солнца.

Ультрафиолетовое излучение[править | править код]

Жёсткое излучение[править | править код]

В области рентгеновского и гамма-излучения на первый план выступают квантовые свойства излучения.

Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и пр.), а также в результате процессов, происходящих внутри электронных оболочек атомов. Гамма-излучение появляется в результате процессов, происходящих внутри атомных ядер, а также в результате превращения элементарных частиц.

Особенности электромагнитного излучения разных диапазонов[править | править код]

Распространение электромагнитных волн, временны́е зависимости электрического E(t){\displaystyle {\mathit {E}}(t)} и магнитного H(t){\displaystyle {\mathit {H}}(t)} полей, определяющий тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации и прочие особенности зависят от источника излучения и свойств среды.

Электромагнитные излучения различных частот взаимодействуют с веществом также по-разному. Процессы излучения и поглощения радиоволн обычно можно описать с помощью соотношений классической электродинамики; а вот для волн оптического диапазона и, тем более, жёстких лучей необходимо учитывать уже их квантовую природу.

• Первые волновые теории света (их можно считать старейшими вариантами теорий электромагнитного излучения) восходят по меньшей мере к временам Гюйгенса, когда они получили уже и заметное количественное развитие. В 1678 году Гюйгенс выпустил «Трактат о свете» (фр. Traité de la lumière^[en]) — набросок волновой теории света. Другое замечательное сочинение он издал в 1690 году; там он изложил качественную теорию отражения, преломления и двойного лучепреломления в исландском шпате в том самом виде, как она излагается теперь в учебниках физики. Сформулировал так называемый принцип Гюйгенса, позволяющий исследовать движение волнового фронта, впоследствии развитый Френелем (принцип Гюйгенса — Френеля) и сыгравший важную роль в волновой теории света, и теории дифракции. В 1660—1670-е годы существенный теоретический и экспериментальный вклад в физическую теорию света внесли также Ньютон и Гук.
• Многие положения корпускулярно-кинетической теории М. В. Ломоносова (1740—1750-е годы) предвосхищают постулаты электромагнитной теории: вращательное («коловратное») движение частиц как прообраз электронного облака, волновая («зыблющаяся») природа света, общность её с природой электричества, отличие от теплового излучения и т. д.
• В 1800 году английский учёный У. Гершель открыл инфракрасное излучение.
• В 1801 году Риттер открыл ультрафиолетовое излучение^[8].
• Существование электромагнитных волн предсказал английский физик Фарадей в 1832 году.
• В 1865 году английский физик Дж. Максвелл завершил построение теории электромагнитного поля классической (неквантовой) физики, строго оформив её математически, и на её основе получив твёрдое обоснование существования электромагнитных волн, а также найдя скорость их распространения (неплохо совпадавшую с известным тогда значением скорости света), что позволило ему обосновать и предположение о том, что свет является электромагнитной волной.
• В 1888 году немецкий физик Герц подтвердил теорию Максвелла опытным путём. Интересно, что Герц не верил в существование этих волн и проводил свой опыт с целью опровергнуть выводы Максвелла.
• 8 ноября 1895 года Рентген открыл электромагнитное излучение (получившее впоследствии название рентгеновского) более коротковолнового диапазона, чем ультрафиолетовое.
• В конце XIX столетия белорусский ученый, профессор Я. Наркевич-Иодко впервые в мире исследовал возможности использования электромагнитного излучения газоразрядной плазмы для электрографии (визуализации) живых организмов, то есть для нужд практической медицины.
• В 1900 году Поль Виллар при изучении излучения радия открыл гамма-излучение.
• В 1900 году Планк при теоретическом исследовании проблемы излучения абсолютно чёрного тела открывает квантованность процесса электромагнитного излучения. Эта работа стала началом квантовой физики.
• Начиная с 1905 года Эйнштейн, а затем и Планк публикуют ряд работ, приведших к формированию понятия фотона, что стало началом создания квантовой теории электромагнитного излучения.
• Дальнейшие работы по квантовой теории излучения и его взаимодействия с веществом, приведшие в итоге к формированию квантовой электродинамики в её современном виде, принадлежат ряду ведущих физиков середины XX века, среди которых можно выделить, применительно именно к вопросу квантования электромагнитного излучения и его взаимодействия с веществом, кроме Планка и Эйнштейна, Бозе, Бора, Гейзенберга, де Бройля, Дирака, Фейнмана, Швингера, Томонагу.

Излучения электромагнитного диапазона при определённых уровнях могут оказывать отрицательное воздействие на организм человека, животных и других живых существ, а также неблагоприятно влиять на работу электрических приборов. Различные виды неионизирующих излучений (электромагнитных полей, ЭМП) оказывают разное физиологическое воздействие. На практике выделяют диапазоны магнитного поля (постоянного и квазипостоянного, импульсного), ВЧ- и СВЧ-излучений, лазерного излучения, электрического и магнитного поля промышленной частоты от высоковольтного оборудования и др.

Влияние на живые существа[править | править код]

Существуют национальные и международные гигиенические нормативы уровней ЭМП, в зависимости от диапазона, для селитебной зоны и на рабочих местах.

Оптический диапазон[править | править код]

Существуют гигиенические нормы освещённости; также разработаны нормативы безопасности при работе с лазерным излучением.

Радиоволны[править | править код]

Допустимые уровни электромагнитного излучения (плотность потока электромагнитной энергии) отражаются в нормативах, которые устанавливают государственные компетентные органы, в зависимости от диапазона ЭМП. Эти нормы могут быть существенно различны в разных странах.

Установлены биологические последствия сильного воздействия полей высоких уровней (значительно выше 100 µT), которые объясняются действием признанных биофизических механизмов. Внешние магнитные поля крайне низкой частоты (КНЧ) индуцируют электрические поля и токи в организме человека, которые, при очень высокой мощности поля, оказывают стимулирующее воздействие на нервы и мышцы и вызывают изменение возбудимости нервных клеток в центральной нервной системе.

Что касается долгосрочных последствий, то ввиду недостаточности фактических данных, подтверждающих связь между воздействием магнитных полей КНЧ и детской лейкемией, польза для здоровья от снижения уровней воздействия представляется неясной.^[9]

В ряде исследований было изучено воздействие радиочастотных полей на электрическую активность мозга, когнитивные функции, сон, сердечный ритм и кровяное давление у добровольцев. На сегодняшний день исследования не предполагают каких-либо последовательных доказательств неблагоприятного воздействия на здоровье от воздействия радиочастотных полей на уровнях ниже уровней, которые вызывают нагревание тканей. Кроме того, исследования не смогли обнаружить причинно-следственную связи между воздействием электромагнитных полей и «симптомами самооценки» или «электромагнитной гиперчувствительностью». Эпидемиологические исследования, изучающие потенциальные долгосрочные риски от радиочастотного воздействия, в основном имели цель найти связь между опухолями головного мозга и использованием мобильных телефонов. Результаты исследований на животных не показывают повышенного риска развития рака от долгосрочного воздействия радиочастотных полей.^[10]

Эти данные не должны быть причиной для радиофобии, однако очевидна необходимость в существенном углублении сведений о действии ЭМИ на живые организмы.

В России с 2017 года действует СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы»^[11], заменивший и отменивший ранее действовавшие отдельные гигиенические нормативы.

• Допустимые уровни излучения различных передающих радиотехнических средств на частотах >300 МГц в санитарно-селитебной зоне в некоторых странах заметно различаются:

Россия, Украина, Польша, Беларусь, Казахстан: 10 мкВт/см².

США, Европа (за исключением некоторых стран), Япония, Корея: 200 — 1000 мкВт/см².^[12][13]

Канада: 130 — 2000 мкВт/см².^[14]

Китай: 10 (40) — 2000 мкВт/см².^[15][16]

Параллельное развитие гигиенической науки в СССР и западных странах привело к формированию разных подходов к оценке действия ЭМИ. Для части стран постсоветского пространства сохраняется преимущественно нормирование в единицах плотности потока энергии (ППЭ), а для США и стран ЕС типичным является оценка удельной мощности поглощения (SAR).

«Современные представления о биологическом действии ЭМИ от мобильных радиотелефонов (МРТ) не позволяют прогнозировать все неблагоприятные последствия, многие аспекты проблемы не освещены в современной литературе и требуют дополнительных исследований. В связи с этим, согласно рекомендациям ВОЗ, целесообразно придерживаться предупредительной политики, т. е. максимально уменьшить время использования сотовой связи».

Ионизирующее излучение[править | править код]

Допустимые нормативы регулируются нормами радиационной безопасности — НРБ-99.

Влияние на радиотехнические устройства[править | править код]

Существуют административные и контролирующие органы — инспекция по радиосвязи (на Украине, например, Украинский частотный надзор, который регулирует распределение частотных диапазонов для различных пользователей, соблюдение выделенных диапазонов, отслеживает незаконное пользование радиоэфиром).

1. ↑ Петрусевич Ю.М. Излучения // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б.В. Петровский. — 3 изд. — Москва : Советская энциклопедия, 1978. — Т. 9. Ибн-Рошд — Йордан. — 483 с. — 150 300 экз.
2. ↑ (Принцип максимальности скорости света теории относительности при этом не нарушается, так как скорость переноса энергии и информации — связанная с групповой, а не фазовой скоростью — в любом случае не превышает световой скорости)
3. ↑ Также вопросы, связанные с жесткими и сверхжесткими излучениями могут возникать в астрофизике; там иногда они имеют особую специфику, например, генерация излучения может происходить в областях огромного размера.
4. ↑ Наиболее фундаментальной, не считая упомянутых выше теорий Стандартной модели, отличия которой от чистой квантовой электродинамики проявляются, впрочем, лишь при очень высоких энергиях.
5. ↑ ^{1 2} ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения
6. ↑ 48.Особенности диапазона свч. Деление свч диапазона на поддиапазоны. (неопр.). StudFiles. Дата обращения 24 октября 2017.
7. ↑ Структура луча показана условно. Синусоидальность лучей показана условно. Разная скорость света в призме для разных длин волн не показана.
8. ↑ Догадки о наличии излучения за пределами видимого спектра высказывались и ранее Гершеля и Риттера, однако они показали это экспериментально.
9. ↑ [http://www.who.int/peh-emf/publications/facts/fs322_ELF_fields_russian.pdf Электромагнитные поля и общественное здравоохранение] (неопр.). Всемирная организация здравоохранения (Июнь 2007 г.).
10. ↑ Electromagnetic fields and public health: mobile phones (неопр.). Всемирная организация здравоохранения (Октябрь 2014 г.).
11. ↑ http://docs.cntd.ru/document/420362948
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. ↑

Спонтанное излучение — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Спонтанное излучение или спонтанное испускание — процесс самопроизвольного испускания электромагнитного излучения квантовыми системами (атомами, молекулами) при их переходе из возбуждённого состояния в стабильное.

Спонтанное испускание фотона

Феноменологическое определение Альберта Эйнштейна[править | править код]

Частота спонтанного электромагнитного излучения νik{\displaystyle \nu _{ik}} определяется разностью энергий i-го и k-го уровней системы:

Ei−Ek=hνik.{\displaystyle E_{i}-E_{k}=h\nu _{ik}.}

Если населённость уровня с энергией Ei{\displaystyle E_{i}} равна Ni{\displaystyle N_{i}}, то мощность спонтанного излучения равна:

I=Ni⋅Aik⋅hνik,{\displaystyle I=N_{i}\cdot A_{ik}\cdot h\nu _{ik},}

где Aik{\displaystyle A_{ik}} — вероятность перехода с i-го уровня на k-й.

Полная вероятность спонтанного излучения:

Ai=∑kAik.{\displaystyle A_{i}=\sum _{k}A_{ik}.}

Сила осцилляторов:

fik=AikAi{\displaystyle f_{ik}={\frac {A_{ik}}{A_{i}}}}

Скорость спонтанной релаксации постоянна?[править | править код]

Феноменологически введённая Эйнштейном скорость спонтанной релаксации долгое время считалась внутренним неотъемлемым свойством атомов (молекул). При термодинамическом равновесии с окружением одним из важнейших признаков этого свойства является его необратимость. Эта особенность обусловлена взаимодействием атома (молекулы) с бесконечным числом мод вакуумного состояния. Изменение числа мод приводит к изменению скорости спонтанной релаксации. Чтобы этого добиться можно поместить атом в резонатор^[1].

Рассмотрим одноэлектронный атом, у которого два энергетических уровня e{\displaystyle e} и f{\displaystyle f}, разделенных между собой на величину Ee−Ef=ℏω{\displaystyle E_{e}-E_{f}=\hbar \omega }. Среднее квадратичное амплитуды электрического вакуумного поля Evac{\displaystyle E_{vac}} равно [ℏω/2ε0V]1/2{\displaystyle [\hbar \omega /{2}\varepsilon _{0}V]^{1/2}}, где ε0{\displaystyle \varepsilon _{0}} — восприимчивость среды, V{\displaystyle V} — объём пространства, в котором распространяется излучение. Энергия, которая излучается в одну моду, равна Ωef=DefEvac/ℏ{\displaystyle \Omega _{ef}=D_{ef}E_{vac}/\hbar }, здесь Def{\displaystyle D_{ef}} — матричный элемент электрического диполя. Эту частоту называют вакуумной Раби частотой.

Вероятность Γ0{\displaystyle \Gamma _{0}} излучения фотона, известная как A{\displaystyle A} — коэффициент Эйнштейна, равна

Γ=2πΩef2ρ0(ω)3=ω33πℏc3|Def|2ϵ0{\displaystyle \Gamma =2\pi \Omega _{ef}^{2}{\frac {\rho _{0}(\omega )}{3}}={\frac {\omega ^{3}}{3\pi \hbar c^{3}}}{\frac {|D_{ef}|^{2}}{\epsilon _{0}}}} здесь ρ(ω){\displaystyle \rho (\omega )} число мод в единичном частотном интервале (плотность мод).

Вероятность найти атом в возбужденном состоянии в момент времени τ{\displaystyle \tau } после его возбуждения на уровень e{\displaystyle e} равна P(τ)=exp(−Γ0τ){\displaystyle P(\tau )=exp(-\Gamma _{0}\tau )}.

Процесс спонтанного излучения невозможно объяснить с позиций первоначальной версии квантовой механики, где имело место квантование уровней энергии атома, но не было квантования электромагнитного поля. Возбуждённые состояния атомов представляют собой точные стационарные решения уравнения Шредингера. Таким образом, атомы должны оставаться неограниченно долго в возбужденном состоянии. Причиной спонтанного излучения является взаимодействие атома с нулевыми колебаниями электромагнитного поля в вакууме. Состояния атома перестают быть стационарными в результате воздействия составляющей нулевых колебаний с частотой, равной частоте испускаемого кванта^[2].

1. ↑ Serge, KLleppner, 1989.
2. ↑ А. Б. Мигдал, В. П. Крайнов. Глава 1. Размерные и модельные оценки. 4. Оценки в квантовой электродинамике. Нулевые колебания электромагнитного поля // Приближенные методы квантовой механики. — Москва: Наука, 1966. — С. 47—50.

Нейтронное излучение — Википедия

Нейтронное излучение возникает при ядерных реакциях (в ядерных реакторах, промышленных и лабораторных установках, при ядерных взрывах). Свободный нейтрон — это нестабильная, электрически нейтральная частица с временем жизни около 15 минут (880.1 ± 1.1 секунд^[1]).

При неупругих взаимодействиях возникает вторичное излучение, которое может состоять как из заряженных частиц, так и из гамма-квантов.

При упругих взаимодействиях возможна обычная ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов очень велика по причине отсутствия заряда и, как следствие, слабого взаимодействия с веществом. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии и состава атомов вещества, с которыми они взаимодействуют. Слой половинного ослабления нейтронного излучения для лёгких материалов в несколько раз меньше, чем для тяжёлых. Тяжёлые материалы, например металлы, хуже ослабляют нейтронное излучение, чем гамма-излучение. Условно нейтроны в зависимости от кинетической энергии разделяются на быстрые (до 10 МэВ), сверхбыстрые, промежуточные, медленные и тепловые. Медленные и тепловые нейтроны вступают в ядерные реакции, в результате могут образовываться стабильные или радиоактивные изотопы.

Защита[править | править код]

Быстрые нейтроны плохо поглощаются любыми ядрами, поэтому для защиты от нейтронного излучения применяют комбинацию замедлитель-поглотитель. Наилучшие замедлители — водородсодержащие материалы. Обычно применяют воду, парафин, полиэтилен. Также в качестве замедлителей применяют бериллий и графит. Замедленные нейтроны хорошо поглощаются ядрами бора, кадмия.

Поскольку поглощение нейтронного излучения сопровождается гамма-излучением, необходимо применять многослойные экраны из различных материалов: свинец-полиэтилен, сталь — вода и т. д. В ряде случаев для одновременного поглощения нейтронного и гамма-излучений применяют водные растворы гидроксидов тяжёлых металлов, например железа Fe(OH)₃.

Радиоактивное излучение, взаимодействуя с облучаемой средой, образует ионы разных знаков. Этот процесс называется ионизацией и обусловлен действием на облучаемую среду ядер атомов гелия (α-частицы), электронов и позитронов (β-частицы), а также незаряженных частиц (корпускулярное и нейтронное излучение), электромагнитного/фотонного (рентгеновское [характеристическое и тормозное] и γ-излучение) и другого излучений. Ни один из этих видов радиоактивного излучения не воспринимается органами чувств человека.

Нейтронное излучение является потоком электронейтральных частиц ядра. Так называемое вторичное излучение нейтрона, когда он сталкивается с каким-либо ядром или электроном, оказывает сильное ионизирующее воздействие. Ослабление нейтронного излучения эффективно осуществляется на ядрах лёгких элементов, особенно водорода, а также на материалах, содержащих такие ядра — воде, парафине, полиэтилене и др.

В качестве защитного материала часто используют парафин, толщина которого для Ро—Be- и Ро—В-источников нейтронов будет примерно в 1,2 раза меньше, чем толщина водной защиты. Следует отметить, что нейтронное излучение радиоизотопных источников часто сопровождается γ-излучением, поэтому необходимо проверять, обеспечивает ли защита от нейтронов также защиту от γ-излучения. Если не обеспечивает, то необходимо вводить в защиту компоненты с высоким атомным номером (железо, свинец).

При внешнем облучении основную роль играют гамма- и нейтронное излучение. Альфа- и бета-частицы составляют главный поражающий фактор радиоактивных облаков, образуемых продуктами деления, остатками расщепляющегося материала и вторично активированными веществами при ядерном взрыве, однако эти частицы легко поглощаются одеждой и поверхностными слоями кожи. Под действием медленных нейтронов в организме создаётся наведенная радиоактивность, которая была обнаружена в костях и других тканях многих людей, умерших в Японии от лучевой болезни.

Нейтронная бомба[править | править код]

Нейтронная бомба отличается от «классических» видов ядерного оружия — атомной и водородной бомб — прежде всего мощностью. Она имеет мощность около 1 кт ТНТ, что в 20 раз меньше мощности бомбы, сброшенной на Хиросиму, и примерно в 1000 раз меньше больших (мегатонных) водородных бомб. Ударная волна и тепловое излучение, возникающие при взрыве нейтронной бомбы, в 10 раз слабее, чем при воздушном взрыве атомной бомбы типа «Хиросима». Так, взрыв нейтронной бомбы на высоте 100 м над землёй, вызовет разрушения только в радиусе 200—300 м. Губительное для всего живого действие оказывает излучение быстрых нейтронов, плотность потока которых при взрыве нейтронной бомбы в 14 раз выше, чем при взрыве «классических» ядерных бомб. Нейтроны убивают всё живое в радиусе 2,5 км. Поскольку нейтронное излучение создаёт короткоживущие радиоизотопы, к эпицентру взрыва нейтронной бомбы можно «безопасно» приблизиться — по утверждению её создателей — уже через 12 ч. Для сравнения укажем, что водородная бомба надолго загрязняет радиоактивными веществами территорию радиусом около 7 км.

• Амиров Я. С. Безопасность жизнедеятельности. Кн2. Ч2, 1998, 270 с.
• Атаманюк В. Г. Гражданская оборона, 1987, 288 с.
• Белов С. В. Безопасность жизнедеятельности 2000, 2000, 345 с.
• Кушелев В. П. Охрана труда в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности (нет 87-88, 157—158 стр.), 1983, 472 с.
• Панов Г. Е. Охрана труда при разработке нефтяных и газовых месторождений, 1982, 248 с.
• Еремин В. Г. Методы и средства обеспечения безопасности труда в машиностроении, 2000, 328 с.
• Карпов Б. Д. Справочник по гигиене труда, 1976, 536 с.
• Кокорев Н. П. Гигиена труда на производстве Изд.2, 1973, 160 с.
• Патолин О. Ф. Радиационная безопасность при промышленной дефектоскопии, 1977, 136 с.
• Тёльдеши Ю.N. Радиация — угроза и надежда, 1979, 416 с.
• Белов С. В. Средства защиты в машиностроении Расчет и проектирование Справочник, 1989, 366 с.
• Шрага М. Х. Основы токсикологи (для инженерных специальностей), 2003, 211 с.
• Гринин А. С. Безопасность жизнедеятельности, 2002, 288 с.
• Ушаков К. З. Безопасность жизнедеятельности — Учебник для вузов, 2000, 427 с.
• Починок А. П. Энциклопедия по безопасности и гигиене труда Т2, 2001, 926 с.
• Кушелев В. П. Охрана труда в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, 1983, 472 с.
• Макаров Г. В. Охрана труда в химической промышленности,, 568 с.

Малые дозы излучения — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 6 февраля 2019; проверки требуют 6 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 6 февраля 2019; проверки требуют 6 правок.

Малые дозы ионизирующей радиации — дозы, не приводящие к развитию клинически очерченных неслучайных эффектов на здоровье человека или животных.

Воздействие радиационного излучения на людей изучалось на последствиях применения ядерного оружия. Было установлено, что при дозах облучения 0,5 Гр и более может наступить смерть в течение 12 лет после момента облучения. Поскольку смерть или тяжелое заболевание, вызванное малой дозой облучения (ниже 0,5 Гр) крайне редки, выяснилось, что уверенно связать их с воздействием радиации на организм невозможно — потребуются наблюдения в течение длительного времени (более 12 лет) над огромной выборкой людей, подвергшихся облучению в такой дозе. Более того, было обнаружено положительное влияние малых доз радиации на живые организмы — гормезис. С малыми дозами радиации также связан феномен массового сознания, когда неопределенность в вопросе безопасности (или уверенность в том, что существующая опасность незначительна) трактуются как заведомое наличие опасности и формируется массовый страх перед малыми дозами радиации.^[1]

Шкала доз в радиобиологии (в Гр).

Понятие «малые дозы излучения» (Low) не имеет единого определения.

С микродозиметрических позиций «малой» называют ту дозу излучения, при которой в критической мишени реализуется в среднем не более одного радиационного события.

Верхняя граница малой дозы находится в прямо пропорциональной зависимости от ЛПЭ излучения при одном и том же размере мишени и в обратно пропорциональной — от диаметра мишени для одного и того же излучения.

Далее приведены градации для излучений с низкой ЛПЭ (рентгеновскогое, гамма- и электроны, для плотноионизирующей радиации градации иные^[2]).

Помимо микродозиметрического, имеются также радиобиологический и «медицинский» (точнее, эпидемиологический) подходы по определению малых доз (последний основан на форме кривых зависимостей частоты раков и лейкозов в когорте пострадавших от атомных бомбардировок в Японии). Второе определение никогда не используется, а для медицинского подхода градации следующие.

Ранее граница малых доз, согласно NCRP и НКДАР (от 1980-х гг.), была равна 0,2 Гр (200 мГр). Но с НКДАР-2006 (сообщение издано в 2008 г.) граница малых доз редкоионизирующей радиации стала равна, как и ныне в NCRP, МКРЗ (МКРЗ-103), BEIR и DOE (Министерство энергетики США), 0,1 Гр^[3].

Для излучений с низкой ЛПЭ выделяют также очень малые дозы (very low) — дозы менее 10 мГр^[2].

Понятие «малой мощности дозы» применимо только в радиобиологическом и эпидемиологическом (медицинском) значениях.

Малая мощность дозы по критерию полноты репарации ДНК равна 0,001 мГр/мин.

Малой считается такая интенсивность ионизирующего излучения, при которой период времени между двумя вероятными поражениями одной и той же ядерной мишени позволяет полностью репарировать повреждения, вызванные первым событием попадания.^[4]

Эффекты малых доз излучения (радиационно-индуцированная нестабильность генома, эффект свидетеля и др.) являются причиной смены парадигмы в радиобиологии, хотя для малых доз радиации с низкой ЛПЭ нестабильность генома не индуцируется, а эффект свидетеля преимущественно стимулирующий ^[2][4] (включено в НКДАР-2012).

1. ↑ Б. И. Давыдов, Е. Г. Жиляев, И. Б. Ушаков и др. // Военно-медицинский журнал — 1994.— № 4.— С. 20-24.[1]
2. ↑ ^{1 2 3} Котеров А.Н. От очень малых до очень больших доз радиации: новые данные по установлению диапазонов и их экспериментально — эпидемиологические обоснования // Мед. радиол. и радиац. безопасность. — 2013. — Т. 58, № 2. — С. 5—21.
3. ↑ МКРЗ 103, 2009, с. 258.
4. ↑ ^{1 2} А. Н. Котеров, Малые дозы радиации: Факты и мифы. Книга первая. Основные понятия и нестабильность генома, Москва,2010

The International Centre for Low Dose Radiation Research (ICLDRR) at the University of Ottawa.

Всё о радиации: радиация и экологические исследования

Радиация и ионизирующие излучения

Слово «радиация» произошло от латинского слова «radiatio», что в переводе означает «сияние», «излучение».

Основное значение слова «радиация» (в соответствии со словарём Ожегова изд. 1953 года): излучение, идущее от какого-нибудь тела. Однако со временем оно было заменено на одно из его более узких значений — радиоактивное или ионизирующее излучение.

Ионизирующее излучение — в самом общем смысле — различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество.

Не у всех химических элементов ядра такие стабильные, как у углерода. Многие ядра могут неожиданно распадаться, выбрасывая с огромной энергией свои части и претерпевая значительные превращения. Это явление называют радиоактивностью. Радиоактивность делят на естественную и искусственную. Существует пять видов ионизирующего излучения (радиации):

1. Альфа излучение — представляют собой поток ядер атомов гелия, излучение обладает низкой проникающей способностью (при внешнем облучении не способно проникнуть через роговой слой кожи). Пробег в воздухе — 2 см. Таким образом, альфа излучение абсолютно безопасно при внешнем облучении и крайне опасно при внутреннем облучении. Наиболее эффективная защита — расстоянием (более 2-3 см от источника), защититься от альфа излучения можно листом бумаги.

Источник: chemlight.ucoz.ru
Гамма излучение имеет
корпускулярную природу

2. Бета излучение — представляет собой поток электронов, обладает относительно низкой проникающей способностью (2-3 см. при внешнем облучении). Пробег в воздухе — порядка 15 см. Таким образом, бета излучение может быть опасным при внешнем облучении (при условии контакта с кожей), но более опасно при внутреннем облучении, хотя менее опасно, чем альфа излучение. Защита — временем и расстоянием, а также экраном (достаточно плотной одежды).

3. Гамма излучение и рентгеновское излучение — это электромагнитные излучения. Оба вида обладают высокой проникающей способностью (порядка метра, т.е. при внешнем облучении пронизывает тело человека насквозь). Таким образом, это излучение наиболее опасно при внешнем облучении, от него можно защититься расстоянием, временем и экраном (используют продукты переработки нефти).

4. Нейтронное излучение — представляет собой поток нейтронов. Характерна высокая проникающая способность (еще большая, чем у гамма излучения), т.е. также пронизывает тело человека при внешнем облучении. Ионизирующая способность относительно низкая, но несмотря на это нейтронное излучение является очень опасным при внешнем облучении. Защита от него временем, расстоянием, экраном (используют свинцовые пластины).

Источники попадания радиации в организм человека

Радиация встречается повсюду. Вопрос только в каких количествах? В целом, все источники радиации на планете можно разделить на естественные (космическое излучение, газы, радиоизотопы) и искусственные (причиной появления которых стал человек). Способов попадания радиации, как искусственной, так и естественной в человеческий организм очень много. Поэтому очень важно знать в насколько радиационно безопасной среде Вы живёте.

Есть множество подходов к расчёту доз облучения в зависимости от источника излучения и объекта облучения. Нас с Вами интересует излучение, воздействующее на человека: непосредственно (внешнее облучение) и опосредованно (через пищу, воздух, воду — внутреннее облучение).

Поглощенная доза — это энергия ионизирующего излучения, переданная единице массы вещества. При привязке к человеческому организму — это энергия ионизирующего излучения, переданная единице массы человеческого тела. С учетом пересчета всех видов излучений на гамма-излучение и на различное восприятие различных органов человека для поглощённой дозы (эффективная экивалентная доза) вводится единица измерения, называемая Зиверт.

1 Зиверт (Зв) = 100 Рентген (Р).

Мощность дозы — это доза облучения, воспринимаемая в единицу времени, например, Р/час (рентген в час).

Естественная радиоактивность

Естественная радиация была всегда: до появления человека, и даже нашей планеты. Радиоактивно всё, что нас окружает: почва, вода, растения и животные. В зависимости от региона планеты уровень естественной радиоактивности может колебаться от 5 до 20 микрорентген в час (20 мкР/ч = 0.20 мкЗв/ч). По сложившемуся мнению, такой уровень радиации не опасен для человека и животных, хотя эта точка зрения неоднозначна, так как многие ученые утверждают, что радиация даже в малых дозах приводит к раку и мутациям. Правда, в связи с тем, что повлиять на естественный уровень радиации мы практически не можем, нужно стараться максимально оградить себя от факторов, приводящих к значительному превышению допустимых значений.

Вспышки на солнце — один из источников «естественного» радиационного фона	Уровень радиации в салоне самолетана высоте 10 000 м превышает естественный в 10 раз

Откуда же берется естественная радиоактивность? Существует три основных источника:

1. Космическое излучение и солнечная радиация — это источники колоссальной мощности, которые в мгновение ока могут уничтожить и Землю, и всё живое на ней. К счастью, от этого вида радиации у нас есть надёжный защитник — атмосфера. Впрочем, интенсивная человеческая деятельность приводит к появлению озоновых дыр и истончению естественной оболочки, поэтому не следует слишком долго находиться под воздействием прямых солнечных лучей. Интенсивность влияния космического излучения зависит от высоты над уровнем моря и широты. Чем выше Вы над Землей, тем интенсивнее космическое излучение, с каждой 1000 метров сила воздействия удваивается, а на экваторе уровень излучения гораздо сильнее, чем на полюсах.

Ученые отмечают, что именно с проявлением космической радиации связаны частые случаи бесплодия у стюардесс, которые основное рабочее время проводят на высоте более десяти тысяч метров. Впрочем, обычным гражданам, не увлекающимся частыми перелетами, волноваться о космическом излучении не стоит.

Источники попадания радона в дома и квартиры	Соотношение естественных источников радиации

2. Излучение земной коры. Помимо космического излучения радиоактивна и сама наша планета. В её поверхности содержится много минералов, хранящих следы радиоактивного прошлого Земли: гранит, глинозём и т.п. Сами по себе они представляют опасность лишь вблизи месторождений, однако человеческая деятельность ведёт к тому, что радиоактивные частицы попадают в наши дома в виде стройматериалов, в атмосферу после сжигания угля, на участок в виде фосфорных удобрений, а затем и к нам на стол в виде продуктов питания. Известно, что в кирпичном или панельном доме уровень радиации может быть в несколько раз выше, чем естественный фон данной местности. Таким образом, хотя здание и может в значительной мере уберечь нас от космического излучения, но естественный фон легко превышается при использовании опасных материалов.

Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним.

Накопление радона в разных комнатах

3. Радон — это радиоактивный инертный газ без цвета, вкуса и запаха (альфа-излучение). Он в 7,5 раз тяжелее воздуха, и, как правило, именно он становится причиной радиоактивности строительных материалов. Радон имеет свойство скапливаться под землей в больших количествах, на поверхность же он выходит при добыче полезных ископаемых или через трещины в земной коре. Более подробную информацию о радоне и его воздействии на человека можно прочитать в курсе лекций профессора И.Н. Бекмана «Радон — враг, врач и помощник».

Радон активно поступает в наши дома с бытовым газом, водопроводной водой (особенно, если её добывают из очень глубоких скважин), или же просто просачивается через микротрещины почвы, накапливаясь в подвалах и на нижних этажах. Снизить содержание радона, в отличие от других источников радиации, очень просто: достаточно регулярно проветривать помещение и концентрация опасного газа уменьшится в несколько раз.

Искусственная радиоактивность

В отличие от естественных источников радиации, искусственная радиоактивность возникла и распространяется исключительно силами людей. К основным техногенным радиоактивным источникам относят ядерное оружие, промышленные отходы, атомные электростанции — АЭС,  медицинское оборудование, предметы старины, вывезенные из «запретных» зон после аварии Чернобыльской АЭС, некоторые драгоценные камни.

Радиация может попадать в наш организм как угодно, часто виной этому становятся предметы, не вызывающие у нас никаких подозрений. Лучший способ обезопасить себя — проверить своё жилище и находящиеся в нём предметы на уровень радиоактивности либо купить дозиметр радиации. Мы сами ответственны за свою жизнь и здоровье. Защитите себя от радиации!

Источники радиоактивного облучения среднестатистического россиянина за год

В Российской Федерации существуют нормативы, регламентирующие допустимые уровни ионизирующего излучения. С 15 августа 2010 года и по настоящее время действуют санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях».

Последние изменения были внесены 15 декабря 2010 года — СанПиН 2.1.2.2801-10 «Изменения и дополнения N 1 к СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях».

Также действуют следующие нормативные документы, касающиеся ионизирующего излучения:

Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 7 июля 2009 г. N 47 «Об утверждении СанПиН 2.6.1.2523-09»;

Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 26 апреля 2010 г. N 40 «Об утверждении СП 2.6.1.2612-10 «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ 99/2010)».

В соответствии с действующим СанПиН «мощность эффективной дозы гамма-излучения внутри зданий не должна превышать мощности дозы на открытой местности более чем на 0,2 мкЗв/час». При этом не сказано, какова же допустимая мощность дозы на открытой местности! В СанПиН 2.6.1.2523-09 написано, что «допустимое значение эффективной дозы, обусловленной суммарным воздействием природных источников излучения, для населения не устанавливается. Снижение облучения населения достигается путем установления системы ограничений на облучение населения от отдельных природных источников излучения», но при этом при проектировании новых зданий жилищного и общественного назначения должно быть предусмотрено, чтобы среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность дочерних изотопов радона и торона в воздухе помещений не превышала 100 Бк/м³, а в эксплуатируемых зданиях среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность дочерних продуктов радона и торона в воздухе жилых помещений не должна превышать 200 Бк/м³.

Однако в СанПиН 2.6.1.2523-09 в таблице 3.1 указано, что пределом эффективной дозы облучения для населения является 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год. Таким образом, можно рассчитать, что предельная мощность эффективной дозы равна 5мЗв разделить на 8760 часов (количество часов в году), что равно 0,57мкЗв/час.

(В статье использованы материалы сайта www.dozimetr.biz.)