Що таке радіація та види випромінювання

Якщо сказати слово "радіація" трьом різним людям, можна отримати різні реакції, відгуки, втім переважна більшість їх передбачувані. Так працює наше асоціативне мислення, миттєво вихоплюючи зі схованок пам'яті яскраві епізоди, на щастя пов'язані, швидше за все, не з особистим досвідом, а з подіями з історії України чи світу.
І тоді набір тез на тему "радіація" може бути наприклад таким:

1. Катастрофа у Чорнобилі у 1986 році. До речі, не факт, що всі згадають рік, та й немає впевненості, що молодь, особливе юне покоління, знає про це.
2. Фукусіма. Аварія на АЕС у Японії. Це вже ближче за часом.
3. Ядерне бомбардування Хіросіми та Нагасакі. Трагічний та сумнівний з погляду необхідності, фінальний акорд Другої світової війни.

А оскільки радіація не обмежується лише наведеними фактами, з нею стикається буквально кожен із нас хоча б раз у житті (про флюорографію не забули?), про цю тему ми й поговоримо сьогодні.

Що таке радіація

Насамперед, треба розуміти, що радіація це поняття значно ширше, ніж випромінювання від радіоактивних матеріалів. Теж саме сонце несе на Землю колосальний потік радіації через простір 150 млн км. Наше щастя, що планета укутана "магнітною ковдрою" (так званий радіаційний пояс), яке затримує смертельно небезпечну енергію і до нас доходить лише її мала частина. Сонячний потік забезпечує термоядерний реактор, що працює вже мільярди років у надрах нашого світила, синтезує гелій з водню. Це так звана природна радіація, тобто не рукотворна. До цього виду радіоактивного випромінювання відносяться води з радоном, рудники, шахти (не обов'язково уранові, вугілля теж має фон поряд з відвалом або териконом, так що жителі, які проживають поряд у шахтарських містечках, теж опромінюються). Цю картину достовірно покаже недорогий прилад для вимірювання радіації для побуту. 

Випромінювання впливає на наші організми від смартфонів, мікрохвильових печей, телевізорів. Ми не можемо закритися і жити весь час у свинцевому коконі. Електромагнітні та інші поля, що огортають наш світ і пронизують нас – це плата за блага цивілізації.
Невеликий екскурс в історію радіації.
Більшість людей можуть сказати, що саме Марія Кюрі відкрила радіацію разом зі своїм чоловіком та партнером по наукових дослідженнях П'єром. За фактом так – Кюрі відкрила елемент радій у 1898 році, що по праву зробило її першою жінкою-лауреатом Нобелівської премії. Але ж трьома роками раніше, наприкінці 1895 року, вчений Вільгельм Рентген вперше виявив рентгенівські промені та явище радіоактивності. А Кюрі вже назвала це явище “променями”.
Також пізніше, після відкриття Рентгена, ще один французький учений - Анрі Беккерель спробував розібратися, що таке радіація і звідки все ж таки з'являються рентгенівські промені. Його досліди відповіли, що саме уран є джерелом потужного потоку випромінювання.
Двояка природа випромінювання. Це енергія, яка поширюється у вигляді високошвидкісних частинок (випромінювання частинок) або хвиль (електромагнітне випромінювання).

• Випромінення часток відбувається при розпаді нестабільного або радіоактивного атома.
• ЕМ випромінювання, з іншого боку, не має маси та поширюється хвилями. Воно може змінюватись від дуже низької енергії до дуже високої, і вчені, радіотехніки називають цей діапазон електромагнітним спектром.

Не варто пояснювати аксіому, що все, що пов'язане з радіоактивним випромінюванням, є небезпечним для життя. Це зараз є нормативи, дозиметричний контроль високочутливими приладами, причому не тільки професійними. У продажу в Україні є широкий асортимент індивідуальних дозиметрів. А ось на зорі досліджень, на стику 19 і 20 століть, всього цього звичайно не було і Марії Кюрі померла від анемії, проте вписавши своє ім'я в історію науки.

Види радіації

Електромагнітне випромінювання це потік фотонів, що розповсюджуються хвилями. Фотон є базовою частиною всім форм ЕМ випромінювання. Але що це таке? Це квант енергії — світла, який при цьому завжди перебуває в русі. Ось такий він неспокійний. І має, як ми вже зазначили, двояку природу. поводиться як хвиля і як частка. Це не так просто зрозуміти нам, але полегшує дослідження та розрахунки вчених.
Також назва є спеціальна, досить складна: корпускулярно-хвильовий дуалізм. Тобто фотон поводиться по-різному. У цій термінології не обійшлося без частки: corpusculum. Перекладається буквально як маленьке тіло.
Частинки з малою енергією (наприклад у радіозв'язку) поводяться як хвилі. А з високою енергією (наприклад, рентгенівське випромінювання) поводяться вже як частинки.
ЕМ-випромінювання може проходити через безповітряний простір. Воно не вимагає середовища для поширення на відміну, наприклад, від звуку або ультразвуку.

Всі форми електромагнітного випромінювання відносяться до ЕМ-спектру, який ранжує енергію від найнижчої енергії/найдовшої хвилі до найвищої енергії/найкоротшої довжини хвилі.

Тобто природа випромінювання, як бачимо, однакова. І як тільки було винайдено радіо і через наші тіла стали проходити радіохвилі, ми стали зазнавати впливу електромагнітного потоку. Втім, навіть наші далекі батьки – пітекантропи, які жили ще мільйон років тому, вже зазнавали впливу радіації. Навіть якщо тоді не було радіозв'язку. І справа не лише у сонячній радіації. Як писав О. Толстой у своєму творі "Гіперболоїд інженера Гаріна" про людину: “мікроорганізм, що вчепився в жаху смерті в кульку землі і літає з нею в пітьмі".
Так от у цій темряві пульсари, нейтронні зірки, і в цілому галактики випромінюють найширший спектр найпотужніших енергій. Вибухають наднові зірки. І все це тією чи іншою мірою рухається до Землі. Щоправда, поки нам щастить і до нас доходить лише мала частина.

Спектри

Але повернемось до радіації. І не забуваємо, що ми з'ясували – це не обов'язково випромінювання радіоактивних матеріалів. Ті самі радіохвилі теж можна віднести до радіації. Тільки вони мають найбільшу довжину хвилі в ЕМ-спектрі. Відчути їх, відчути, встановить наявність, присутність у навколишньому середовищі неможливо. Немає у нас таких датчиків та рецепторів.
А ось хвилі нашого мобільного телефону коротші, ніж радіохвилі, але в свою чергу довші за мікрохвилі.

Мікрохвилі

Це невидиме випромінювання, ми їх використовуємо для швидкого розігріву їжі. Через коливання молекул у рідині температура підвищується. Супутники зв'язку використовують мікрохвилі для передачі інформації. Їхня енергія може проникати крізь хмари, дим, гази. Деякі частоти використовуються для радарів, радіолокаційних станцій. Весь Всесвіт має слабке космічне мікрохвильове фонове випромінювання (назване реліктове випромінювання), яке вчені пов'язують з теорією Великого вибуху.

Інфрачервоний

Цей діапазон розташувався між видимою та невидимою частинами електромагнітного спектра. Декілька прикладів.

1. Пульт дистанційного керування телевізором для перемикання програм.
2. Ми відчуваємо інфрачервоне випромінювання щодня від сонячного тепла, опалювальних конвекторів.
3. Термограми в ІЧ спектрі показують розподіл температур по досліджуваній площі.
4. Головки самонаведення ракет для знищення повітряних цілей.

Видимий

Це єдина частина електромагнітного спектру, яку ми можемо бачити безпосередньо очима. без використання вимірювальних сенсорів та приладів. Ми бачимо різні довжини хвиль у цій частині спектру як кольори веселки і називаємо їх кольорами. Сонце, наприклад, є природним джерелом видимих хвиль. При погляді на об'єкт ми спостерігаємо відбите світло, а всі інші кольори поглинаються.

Ультрафіолет

Жорсткі сонячні промені УФ при непомірному прийнятті повітряних ванн викликають у нас опіки, а також ймовірні наслідки як рак шкіри. Це випромінювання також не бачимо нами. Але їхня користь у тому, що на певних довжинах хвиль цей вид радіації може знищувати віруси, бактерії, гриби та інші мікроорганізми. Озоновий шар нашої атмосфери блокує більшість УФ-випромінювання.

Рентгенівське випроміннювання

Це світлові хвилі дуже високої енергії. Ми найбільше знайомі з їх використанням у кабінеті лікаря (знімки грудної клітки, зубів, кісток при переломах), але рентгенівське випромінювання природно зустрічається і в космосі. А на землі за допомогою катодних трубок, до яких підведено високу напругу, X-промені навчилися отримувати ще на початку XX-го століття.

Гамма-промені

Мають найбільшу енергію та найкоротшу довжину хвилі з усього спектру. Генеруються ці промені внаслідок ядерних вибухів шляхом випромінювання радіоактивних матеріалів. Це і є радіація і визначається до речі не всіма приладами. Гамма-промені це іонізуюче випромінювання і може вбивати живі клітини, і онкологи використовують їх для променевої терапії.