Неионизирующее излучение - Non-ionizing radiation

Различные типы электромагнитное излучение

Неионизирующий (или же неионизирующий) радиация относится к любому типу электромагнитное излучение этого не хватает энергия на квант (энергия фотона ) к ионизировать атомы или молекулы, то есть полностью удалить электрон из атом или же молекула.[1] Вместо того, чтобы производить заряженные ионы при прохождении через вещество, неионизирующий электромагнитный радиация имеет достаточно энергии только для возбуждения, движения электрона в более высокое энергетическое состояние. В отличие, ионизирующего излучения имеет более высокую частоту и более короткую длину волны, чем неионизирующее излучение, и может представлять серьезную опасность для здоровья; воздействие может вызвать ожоги, лучевая болезнь, рак, и генетическое повреждение. Использование ионизирующего излучения требует тщательного радиологическая защита меры, которые в общем случае не требуются при неионизирующем излучении.

Область, в которой излучение считается "ионизирующим", четко не определена, поскольку разные молекулы и атомы ионизируются при разные энергии. Обычные определения предполагают, что излучение с энергией частиц или фотонов менее 10 электронвольт (эВ) считается неионизирующим. Другой предлагаемый порог составляет 33 электронвольта, что является энергией, необходимой для ионизации молекул воды. Свет от солнце которая достигает Земли, в основном состоит из неионизирующего излучения, поскольку ионизирующая дальняяультрафиолетовый лучи были отфильтрованы газами в атмосфере, особенно кислородом. Оставшееся ультрафиолетовое излучение Солнца вызывает молекулярные повреждения (например, солнечный ожог) за счет фотохимический и свободный радикал -производственные средства.[нужна цитата ]

Для разных типов неионизирующего излучения наблюдаются разные биологические эффекты.[2][3][4] Верхние частоты неионизирующего излучения вблизи этих энергий (большая часть спектра УФ-света и немного видимого света) способны вызывать нетепловые биологические повреждения, подобные ионизирующему излучению. Поэтому споры о здоровье сосредоточены на нетепловых эффектах излучения гораздо более низких частот (микроволновое, миллиметровое и радиоволновое излучение). В Международное агентство по изучению рака недавно заявили, что неионизирующая радиация может представлять опасность для человека.[5] Но в последующем исследовании сообщалось, что основа оценки IARC не соответствует наблюдаемым тенденциям заболеваемости.[6] Этот и другие отчеты свидетельствуют о том, что результаты, на которых МАИР основывал свои выводы, практически не являются верными.[7]

Механизмы взаимодействия с веществом, в том числе с живой тканью

Ближний ультрафиолет, видимый свет, инфракрасный, микроволновая печь, радиоволны, и низкочастотные радиочастоты (длинноволновые) - все это примеры неионизирующего излучения. Напротив, дальний ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи, гамма-лучи и все излучение частиц от радиоактивный распад ионизирующие. Видимое и ближнее ультрафиолетовое электромагнитное излучение может вызывать фотохимические реакции, или ускориться радикальные реакции, например фотохимические старение лаков[8] или расщепление ароматизаторов в пиве с образованием "легкий аромат ".[9] Ближнее ультрафиолетовое излучение, хотя технически неионизирующее, все же может возбуждать и вызывать фотохимические реакции в некоторых молекулах. Это происходит потому, что при ультрафиолетовых энергиях фотонов молекулы могут становиться электронно возбужденными или переходить в свободнорадикальную форму, даже без ионизации.

Возникновение ионизации зависит от энергии отдельных частиц или волн, а не от их количества. Интенсивный поток частиц или волн не вызовет ионизацию, если эти частицы или волны не несут достаточно энергии для ионизации, если только они не поднимут температуру тела до точки, достаточно высокой для ионизации небольших фракций атомов или молекул в процессе ионизации. термоионизация. В таких случаях даже «неионизирующее излучение» способно вызвать тепловую ионизацию, если оно выделяет достаточно тепла для повышения температуры до энергии ионизации. Эти реакции происходят при гораздо более высоких энергиях, чем при ионизирующем излучении, для ионизации которого требуется только одна частица. Знакомый пример термической ионизации - это ионизация пламенем обычного огня, и потемнение реакции в обычных пищевых продуктах, вызванные инфракрасным излучением, во время жарки.

Энергия частиц неионизирующего излучения мала, и вместо того, чтобы производить заряженные ионы при прохождении через вещество, неионизирующее электромагнитное излучение имеет достаточно энергии только для изменения вращательной, колебательной или электронной валентной конфигурации молекул и атомов. Это вызывает тепловые эффекты. Возможные нетепловые эффекты неионизирующих форм излучения на живые ткани были изучены совсем недавно. Большая часть текущих споров связана с относительно низкими уровнями воздействия радиочастотного (РЧ) излучения мобильных телефонов и базовых станций, вызывающих «нетепловые» эффекты. Некоторые эксперименты предполагают, что могут иметь место биологические эффекты при нетепловых уровнях воздействия, но доказательства возникновения опасности для здоровья противоречивы и бездоказательны. Научное сообщество и международные организации признают, что необходимы дальнейшие исследования для улучшения нашего понимания в некоторых областях. Между тем, все согласны с тем, что нет последовательных и убедительных научных доказательств неблагоприятных последствий для здоровья, вызываемых радиочастотным излучением при достаточно низких мощностях, при которых не возникает теплового воздействия на здоровье.[2][4]

Однако многофотонные технологии, такие как используемые в импульсных лазерах, действительно объединяют фотоны с энергией ниже порога ионизации. Эти многофотонные методы можно использовать для ионизации микроволнами. Даже если микроволновое поле относительно слабое, эта многофотонная ионизация намного более эффективна, чем прямая однофотонная ионизация при высоких энергиях фотонов, и может привести к ионизации.[10] Поскольку микроволновая технология разрабатывается для поколений телекоммуникаций, которые зависят от эффективной передачи фотонов, эти многофотонные поля и лучи становятся все более эффективными при ионизации. Ионизация происходит в окружающей среде как из природных, так и из искусственных источников, и следует учитывать ее увеличение из-за многофотонных источников с учетом воздействия на здоровье.

Риск для здоровья

Неионизирующее излучение знак опасности

Неионизирующее излучение может производить немутагенный эффекты, такие как возбуждение тепловой энергии в биологических тканях, что может привести к ожогам. В 2011 г. Международное агентство по изучению рака (МАИР) из Всемирная организация здоровья (ВОЗ) выпустила заявление, в котором добавила радиочастотные электромагнитные поля (включая микроволновые и миллиметровые волны) в свой список вещей, которые могут быть канцерогенными для человека.[3]

С точки зрения потенциальных биологических эффектов неионизирующая часть спектра может быть подразделена на:

  1. Часть оптического излучения, где может происходить электронное возбуждение (видимый свет, инфракрасный свет)
  2. Часть, где длина волны меньше длины тела. Может происходить нагрев индуцированными токами. Кроме того, есть заявления о других неблагоприятных биологических эффектах. Такие эффекты недостаточно изучены и даже в значительной степени отрицаются. (СВЧ и высокочастотные радиочастоты).
  3. Участок, где длина волны намного больше длины тела, и нагрев индуцированными токами происходит редко (низкочастотные радиочастоты, электрические частоты, статические поля).[2]

Было показано, что указанные выше эффекты возникают только из-за эффектов нагрева. На низких уровнях мощности, где отсутствует эффект нагрева, риск рака незначителен.[11][неудачная проверка ]

[4]ИсточникДлина волныЧастотаБиологические эффекты
UVAЧерный свет, Солнечный свет318–400 нм750–950 ТГцГлаз: фотохимический катаракта; кожа: эритема, включая пигментацию
Видимый светСолнечный свет, Огонь, Светодиоды, лампочки, лазеры400–780 нм385–750 ТГцГлаза: фотохимическое и термическое повреждение сетчатки; кожа: фотостарение
IR-AСолнечный свет, тепловое излучение, лампы накаливания, лазеры, пульты управления780 нм - 1,4 мкм215–385 ТГцГлаза: термическое повреждение сетчатки, термическая катаракта; кожа: ожог
IR-BСолнечный свет, тепловое излучение, лампы накаливания, лазеры1,4–3 мкм100–215 ТГцГлаз: ожог роговицы, катаракта; кожа: ожог
IR-CСолнечный свет, тепловое излучение, лампы накаливания, дальний инфракрасный лазер3 мкм - 1 мм300 ГГц - 100 ТГцГлаза: ожог роговицы, катаракта; нагрев поверхности тела
СВЧМобильные / сотовые телефоны, микроволновые печи, беспроводные телефоны, миллиметровые волны, миллиметровые сканеры аэропортов, детекторы движения, дальней связи, радары, Вай фай1 мм - 33 см1–300 ГГцОтопление ткани тела
Радиочастотное излучениеМобильные / сотовые телефоны, телевидение, FM, AM, коротковолновое, CB, беспроводные телефоны33 см - 3 км100 кГц - 1 ГГцНагрев тканей тела, повышение температуры тела
Низкочастотный RFЛинии электропередач> 3 км<100 кГцНакопление заряда на поверхности тела; нарушение нервных и мышечных реакций[12]
Статическое поле[2]Сильные магниты, МРТБесконечный0 Гц (технически статические поля не являются «излучением»)Электрический заряд на поверхности тела

Виды неионизирующего электромагнитного излучения

Основная статья: Электромагнитное излучение

Ближнее ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолетовый свет может вызвать ожоги к шкуре[13] и катаракта к глазам.[13] Ультрафиолет классифицируется на ближний, средний и дальний УФ в зависимости от энергии, где ближний и средний ультрафиолет технически неионизируют, но где все длины волн УФ могут вызывать фотохимические реакции, которые в некоторой степени имитируют ионизацию (включая повреждение ДНК и канцерогенез). УФ-излучение выше 10 эВ (длина волны короче 125 нм) считается ионизирующим. Однако остальная часть УФ-спектра от 3,1 эВ (400 нм) до 10 эВ, хотя технически неионизирующая, может вызывать фотохимические реакции, которые повреждают молекулы за счет иных средств, кроме простого нагрева. Поскольку эти реакции часто очень похожи на реакции, вызванные ионизирующим излучением, часто весь УФ-спектр считается эквивалентным ионизирующему излучению при его взаимодействии со многими системами (включая биологические системы).

Например, ультрафиолетовый свет даже в неионизирующем диапазоне может производить свободные радикалы которые вызывают повреждение клеток и могут быть канцерогенный. Фотохимия, такая как димер пиримидина образование в ДНК может происходить в большей части УФ-диапазона, включая большую часть полосы, которая формально неионизируется. Ультрафиолетовый свет вызывает меланин производство из меланоцит клетки вызывать Солнечный загар кожи. Витамин Д образуется на коже в результате радикальной реакции, инициированной УФ-излучением.

Пластик (поликарбонат ) солнцезащитные очки обычно поглощают УФ-излучение. Избыточное воздействие ультрафиолета на глаза вызывает снежная слепота, обычное для областей с отражающими поверхностями, такими как снег или вода.

Видимый свет

Основная статья: Свет

Свет, или видимый свет, представляет собой очень узкий диапазон электромагнитного излучения, видимого человеческим глазом (около 400–700 нм) или до 380–750 нм.[4] В более широком смысле физики называют свет электромагнитным излучением всех длин волн, видимым или невидимым.

Видимый свет с высокой энергией это сине-фиолетовый свет с более высоким потенциалом поражения.

Инфракрасный

Основная статья: Инфракрасный

Инфракрасный (ИК) свет - это электромагнитное излучение с длиной волны от 0,7 до 300 микрометров, что соответствует диапазону частот приблизительно от 1 до 430 ТГц. Длины волн инфракрасного излучения больше, чем у видимого света, но короче, чем у микроволн терагерцового диапазона. Яркий солнечный свет обеспечивает освещенность чуть более 1 киловатта на квадратный метр на уровне моря. Из этой энергии 527 Вт составляет инфракрасное излучение, 445 Вт - видимый свет и 32 Вт - ультрафиолетовое излучение.[4]

СВЧ

Основная статья: СВЧ

Микроволны - это электромагнитные волны с длинами волн от одного метра до одного миллиметра или, что эквивалентно, с частотами от 300 МГц (0,3 ГГц) до 300 ГГц. Это широкое определение включает как УВЧ, так и КВЧ (миллиметровые волны), и различные источники используют разные границы.[4] Во всех случаях микроволновая печь включает в себя как минимум весь СВЧ-диапазон (от 3 до 30 ГГц или от 10 до 1 см), при этом в радиотехнике часто нижняя граница составляет 1 ГГц (30 см), а верхняя - около 100 ГГц (3 мм). . Приложения включают мобильные (мобильные) телефоны, радары, сканеры аэропортов, микроволновые печи, спутники дистанционного зондирования Земли, а также радио- и спутниковую связь.

Радиоволны

Основная статья: Радиоволны

Радиоволны - это тип электромагнитного излучения с длинами волн в электромагнитном спектре больше, чем у инфракрасного света. Как и все другие электромагнитные волны, они движутся со скоростью света. Естественные радиоволны создаются молниями или астрономическими объектами. Искусственно созданные радиоволны используются для фиксированной и мобильной радиосвязи, радиовещания, радиолокационных и других навигационных систем, спутниковой связи, компьютерных сетей и множества других приложений. Радиоволны разных частот имеют разные характеристики распространения в атмосфере Земли; длинные волны могут очень последовательно покрывать часть Земли, более короткие волны могут отражаться от ионосферы и распространяться по миру, а волны гораздо более коротких длин изгибаются или отражаются очень мало и распространяются по линии прямой видимости.

Очень низкая частота (VLF)

Очень низкая частота или VLF - это диапазон RF от 3 до 30 кГц. Поскольку в этой полосе радиочастотного спектра нет большой полосы пропускания, используются только самые простые сигналы, например, для радионавигации. Также известен как мириаметр полоса или мириаметровая волна, поскольку длины волн находятся в диапазоне от десяти до одного мириаметра (устаревшая метрическая единица, равная 10 километрам).

Чрезвычайно низкая частота (ELF)

Чрезвычайно низкая частота (КНЧ) - это диапазон частот излучения от 300 Гц до 3 кГц. В науке об атмосфере обычно дается альтернативное определение от 3 Гц до 3 кГц.[4] В соответствующей науке о магнитосфере низкочастотные электромагнитные колебания (пульсации, происходящие ниже ~ 3 Гц) считаются находящимися в УНЧ диапазоне, который, таким образом, также определяется иначе, чем радиодиапазоны МСЭ.

Тепловое излучение

Основная статья: Тепловое излучение

Тепловое излучение, распространенный синоним инфракрасного излучения, когда оно возникает при температурах, обычно встречающихся на Земле, - это процесс, при котором поверхность объекта излучает свою тепловая энергия в виде электромагнитных волн. Инфракрасное излучение, исходящее от бытового обогревателя, инфракрасная тепловая лампа, или кухонная плита являются примерами теплового излучения, а также инфракрасный и видимый свет, излучаемый светящимся лампа накаливания (недостаточно горячее, чтобы излучать высокие частоты синего цвета, и поэтому кажется желтоватым; люминесцентные лампы не являются тепловыми и могут казаться более синими). Тепловое излучение генерируется, когда энергия движения заряженных частиц внутри молекул преобразуется в энергию энергия излучения электромагнитных волн. Частота испускаемой волны теплового излучения представляет собой распределение вероятностей, зависящее только от температуры, и для черное тело дается законом излучения Планка. Закон смещения Вина дает наиболее вероятную частоту испускаемого излучения, а Закон Стефана – Больцмана дает тепловую интенсивность (мощность, излучаемую на площадь).

Части электромагнитного спектра теплового излучения могут быть ионизирующими, если объект, излучающий излучение, достаточно горячий (имеет достаточно высокий температура ). Типичным примером такого излучения является солнечный свет, то есть тепловое излучение Солнца. фотосфера и который содержит достаточно ультрафиолетового света, чтобы вызвать ионизацию многих молекул и атомов. Ярким примером является вспышка от детонации ядерное оружие, который излучает большое количество ионизирующих рентгеновских лучей исключительно в результате нагрева атмосферы вокруг бомбы до чрезвычайно высоких температур.

Как отмечалось выше, даже низкочастотное тепловое излучение может вызвать температурную ионизацию, когда оно выделяет достаточно тепловой энергии для повышения температуры до достаточно высокого уровня. Типичными примерами этого являются ионизация (плазма), наблюдаемая в обычном пламени, и молекулярные изменения, вызванные "потемнение "в приготовлении пищи, который представляет собой химический процесс, который начинается с ионизации.

Излучение черного тела

Основная статья: Излучение черного тела

Черное тело радиация - это излучение идеализированного излучателя, которое при любой температуре испускает максимально возможное количество излучения на любой заданной длине волны. А черное тело также будет поглощать максимально возможное падающее излучение на любой данной длине волны. Излучаемое излучение охватывает весь электромагнитный спектр, а его интенсивность (мощность на единицу площади) на заданной частоте определяется Закон планка излучения. А черное тело таким образом, при температурах равной или ниже комнатной будет казаться абсолютно черным, поскольку не будет отражать свет. Теоретически черное тело излучает электромагнитное излучение во всем спектре от радиоволн очень низкой частоты до рентгеновских лучей. Частота, при которой излучение черного тела является максимальным, определяется выражением Закон смещения Вина.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Ионизирующее и неионизирующее излучение». Агентство по охране окружающей среды. 16 июля 2014 г. В архиве из оригинала 11 июля 2014 г.. Получено 12 октября 2020.
  2. ^ а б c d Джон Э. Моулдер. «Статические электрические и магнитные поля и здоровье человека». Архивировано из оригинал 2 сентября 2014 г.
  3. ^ а б МАИР (31 мая 2011 г.). «МАИР классифицирует радиочастотные электромагнитные поля как потенциально канцерогенные для человека» (PDF). Пресс-релиз (Пресс-релиз).
  4. ^ а б c d е ж грамм Кван-Хунг Нг (20–22 октября 2003 г.). «Неионизирующие излучения - источники, биологические эффекты, выбросы и воздействия» (PDF). Материалы Международной конференции по неионизирующим излучениям в UNITEN ICNIR2003 Электромагнитные поля и наше здоровье.
  5. ^ ВОЗ / МАИР классифицирует электромагнитные поля как потенциально канцерогенные для человека
  6. ^ Маленький член парламента, Раджараман П., Кертис Р. Э., Девеса С. С., Инскип П. Д., Чек Д. П., Линет М. С. (2012). «Использование мобильных телефонов и риск глиомы: сравнение результатов эпидемиологического исследования с тенденциями заболеваемости в США». BMJ. 344: e1147. Дои:10.1136 / bmj.e1147. ЧВК  3297541. PMID  22403263.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  7. ^ Эмили Остер (6 января 2015 г.). "Мобильные телефоны не вызывают рак мозга". Пять тридцать восемь.
  8. ^ "Helv. Чим. Acta т. 83 (2000), стр. 1766 " (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 21 июня 2006 г.. Получено 10 сентября 2007.
  9. ^ Фотохимические и фотобиологические науки, 2004, 3, 337-340, Дои:10.1039 / b316210a
  10. ^ http://www.scholarpedia.org/article/Microwave_ionization_of_hydrogen_atoms
  11. ^ «Электромагнитные поля и рак». Национальный институт рака. Получено 10 сентября 2018.
  12. ^ Колин Дж. Мартин; Дэвид Г. Саттон; ОУП Оксфорд; Второе издание (18 февраля 2015 г.). «Практическая радиационная защита в здравоохранении».
  13. ^ а б "Опасности ультрафиолетового излучения для UW EH&S".

внешняя ссылка