Инфракрасное излучение

Инфракрасные лучи были обнаружены за пределами красной границы, между длинноволновым и коротковолновым участками этой части спектра. 

Излучение занимают диапазон частот 3·10¹¹- 3,85·10¹⁴ Гц. Им соответствует длина волны 780 нм –1 мм.

Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году астрономом Уильямом Гершелем. Изучая повышение температуры термометра, нагреваемого видимым светом, Гершель обнаружил наибольшее нагревание термометра вне области видимого света (за красной областью). Расщепив солнечный свет призмой, Гершель поместил термометр сразу за красной полосой видимого спектра и показал, что температура повышается, а следовательно, на термометр воздействует световое излучение, не доступное человеческому взгляду. Невидимое излучение, учитывая его место в спектре, было названо инфракрасным.

Фридрих Вильгельм Гершель, 1738 - 1822гг. - английский астроном немецкого происхождения. Первое и наиболее важное открытие Гершеля — открытие планеты Уран —1781 г. Изготовил самый большой телескоп своего времени (свыше 12 метров).

Основная характеристика этих не видимых глазу лучей – сильная тепловая энергия: ее непрерывно излучают все нагретые тела.

Источником инфракрасного излучения является излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях. Мощный источник инфракрасного излучения – Солнце, около 50% его излучения лежит в инфракрасной области. На инфракрасное излучение приходится значительная доля (от 70 до 80 %) энергии излучения ламп накаливания с вольфрамовой нитью. Инфракрасное излучение испускает электрическая дуга и различные газоразрядные лампы. Излучения некоторых лазеров лежит в инфракрасной области спектра.

Индикаторами инфракрасного излучения являются фото и терморезисторы, специальные фотоэмульсии.

Инфракрасное излучение используют:

• для сушки древесины, пищевых продуктов и различных лакокрасочных покрытий (инфракрасный нагрев),
• для сигнализации при плохой видимости,
• дает возможность применять оптические приборы, позволяющие видеть в темноте, а также при дистанционном управлении.
• Инфракрасные лучи используются для наведения на цель снарядов и ракет, для обнаружения замаскированного противника.
• Эти лучи позволяют определить различие температур отдельных участков поверхности планет, 
• особенности строения молекул вещества (спектральный анализ).
• Инфракрасная фотография применяется в биологии при изучении болезней растений,
• в медицине при диагностике кожных и сосудистых заболеваний,
• в криминалистике при обнаружении подделок. 

Положительное воздействие инфракрасного излучения проявляется в различных аспектах:

• уничтожаются некоторые виды вирусов;
• подавляется рост злокачественных образований;
• у больных диабетом повышается выработка инсулина;
• нейтрализуется результат воздействия вредных излучений, в частности, радиации и электромагнитных волн;
• улучшается состояние при кожных и других болезнях.

Ультрафиолетовое излучение

Существование лучей за фиолетовой границей спектра было доказано в 1801 году немецким ученым Иоганном Риттером. Изучая почернение хлористого серебра под действием видимого света, Риттер обнаружил, что серебро чернеет еще более эффективно в области, находящейся за фиолетовым краем спектра, где видимое излучение отсутствует. . Диапазон ультрафиолетовых лучей, испускаемых Солнцем, составляет от 400 до 20 нм (8·10¹⁴  – 3·10¹⁶ Гц), однако до земной поверхности доходят только незначительная часть коротковолнового спектра – до 290 нм. 

УФ-излучение активно поглощается нуклеиновыми кислотами, следствием чего являются изменения важнейших показателей жизнедеятельности клеток – способности к росту и делению. Именно повреждение ДНК является главным компонентом механизма воздействия на организмы ультрафиолетовых лучей.
Основной орган нашего тела, на который действует ультрафиолетовое излучение – это кожа. Известно, что благодаря УФ-лучам запускается процесс образования витамина Д, который необходим для нормального усвоения кальция, а также синтезируются серотонин и мелатонин – важные гормоны, оказывающие влияние на суточные ритмы и настроение человека.

Источник ультрафиолетового излучения — валентные электроны атомов и молекул, также ускорено движущиеся свободные заряды. Излучение накаленных до температур - 3000 К твердых тел содержит заметную долю ультрафиолетового излучения непрерывного спектра, интенсивность которого растет с увеличением температуры. Более мощный источник ультрафиолетового излучения - любая высокотемпературная плазма. Для различных применений ультрафиолетового излучения используются ртутные, ксеноновые и др. газоразрядные лампы. Естественные источники ультрафиолетового излучения - Солнце, звезды, туманности и другие космические объекты. 

В малых дозах ультрафиолетовое излучение оказывает благотворное, оздоровительное влияние на человека, активизируя синтез витамина D в организме, а также вызывая загар. Большая доза ультрафиолетового излучения может вызвать ожог кожи и раковые новообразования (в 80 % излечимые). Кроме того, чрезмерное ультрафиолетовое излучение ослабляет иммунную систему организма, способствуя развитию некоторых заболеваний. Ультрафиолетовое излучение оказывает также бактерицидное действие: под действие этого излучения гибнут болезнетворные бактерии.

Ультрафиолетовое излучение применяется в люминесцентных лампах, в криминалистике (по снимкам обнаруживают подделки документов), в искусствоведении (спомощью ультрафиолетовых лучей можно обнаружить на картинах не видимые глазом следы реставрации). Практически не пропускает ультрафиолетовое излучение оконное стекло, т.к. его поглощает оксид железа, входящий в состав стекла. По этой причине даже в жаркий солнечный день нельзя загореть в комнате при закрытом окне. 

Рентгеновское излучение

В стеклянный сосуд впаивались два электрода, к ним подводилось высокое напряжение. То, что от таких трубок  распространяются какие-то лучи, подозревалось давно. В 1879 году опытным путем  Крукс доказал, что речь идет именно о лучах: крест, используемый в опытах, отбрасывал на стекло отчетливую тень.  В 1897 году Томсоном доказано, что лучи представляют собой поток электронов, определив отношение заряда к массе частицы.

Рентген: «Вечером 8 ноября 1895 года я, как обычно, работал в своей лаборатории, занимаясь изучением катодных лучей. Около полуночи, почувствовав усталость, я собрался уходить. Окинув взглядом лабораторию, погасил свет и хотел было закрыть дверь, как вдруг заметил в темноте какое-то светящееся пятно. Оказывается, светился экран из синеродистого бария. Почему он светился? Солнце давно зашло, электрический свет не мог вызвать свечения, катодная трубка выключена, да и в добавок закрыта черным чехлом их картона. Я еще раз посмотрел на катодную трубку и упрекнул себя: оказывается, я забыл ее выключить. Нащупав рубильник, я выключил трубку. Исчезло и свечение экрана. Включил трубку вновь  и вновь появилось свечение. Значит свечение вызывает катодная трубка! Но каким образом?  Ведь катодные лучи задерживаются чехлом, да и воздушный метровый промежуток между трубкой и экраном для них является броней. Оправившись от минутного изумления, я начал изучать обнаруженное явление и новые лучи, названные  мной Х – лучами. С экраном в руках я начал двигаться по лаборатории. Оказывается, полтора – два метра для этих лучей не преграда. Они легко проникали через книгу, стекло, станиоль. Лучи, попавшие на фотопластинку, засветили ее. Они не расходились вокруг трубки сферически, а имели определенное направление».

В 1901 году Рентген стал первым Нобелевским лауреатом. Х-лучи были названы рентгеновскими. Обнаружение дифракции рентгеновских лучей позволило оценить длину волны: λ≈10^-8 см. В современных условиях для получения рентгеновских лучей созданы специальные рентгеновские трубки, на которые подается высокое напряжение, порядка 50-200 кВ. Электроны, испускаемые накаленным катодом рентгеновской трубки, ускоряются сильным электрическим полем в пространстве между анодом и катодом и с большой скоростью ударяются об анод.

Спектры тормозного рентгеновского излучения

Причина возникновения излучения:  Вокруг летящих электронов существует магнитное поле, поскольку движение электронов представляет собой электрический ток. При резком торможении электрона в момент удара о препятствие магнитное поле электрона быстро изменяется и в пространство излучается электромагнитная волна.

Рентгеновское излучение относится к радиационному. Различные рентгеновские аппараты используются в медицинских учреждениях.  

При флюорографии грудной клетки, то действие излучения приведет к одномоментной дозе 370 мбэр. Еще больше даст рентгенография зуба – 3 бэр. Если задумали рентгеноскопию желудка, то вас ждет 30 бэр местного облучения. Дозы эти очень небольшие, организм человека успевает за короткий срок как бы залечить незначительные радиационные поражения и восстановить свое первоначальное состояние. Источником излучения являются экран компьютера, телевизора. Если смотреть передачи в течение года ежедневно по 3 часа, то это приведет к облучению дозой 0,1 мбэр.

Дифракция рентгеновских лучей

Впервые дифракцию рентгеновских лучей наблюдали в 1913 г. Лауэр, Фридрих и Книппинг. Они рассматривали дифракцию рентгеновских лучей на кристаллах. В кристаллах выполняется условие, при котором период дифракционной решетки больше длины рентгеновского излучения.

Дифракция рентгеновских лучей от кристаллов используется для изучения состава спектра рентгеновского излучения (рентгеновская спектроскопия) и при исследовании кристаллических структур (рентгеноструктурный анализ).

Находя направления максимумов, которые получаются при дифракции рассматриваемого рентгеновского излучения от кристаллов, структура которых известна, находя длины волн. Проще всего для нахождения длин волн использовать кристаллы кубической системы. Межплоскостные расстояния при этом находят из плотности и относительной молекулярной массы кристалла.