Promieniowanie, radiacja – rodzaj strumienia cząstek lub niektórych innych fal, a także proces ich wysyłania (emisji). Promieniowaniem mogą być dowolne cząstki elementarne, ich układy jak jądra atomowe, a także fale czasoprzestrzeni zwane promieniowaniem grawitacyjnym.
Przyczyny promieniowania ciał są różne. Elektrodynamika przewiduje, że wysyłanie fal elektromagnetycznych towarzyszy przyspieszaniu ładunków; przykłady zjawisk tego typu to promieniowanie hamowania, promieniowanie synchrotronowe i promieniowanie cieplne. Inne źródła fal EM to np. rekombinacja plazmy, która wytworzyła mikrofalowe promieniowanie tła; zachodzą także emisja wymuszona, różne rodzaje luminescencji oraz niektóre reakcje jądrowe i cząstek elementarnych, na przykład anihilacja materii zwykłej z antymaterią. Przyczyną niektórych rozpadów jądrowych są za to oddziaływania słabe. Promieniowanie grawitacyjne powstaje m.in. przy spadaniu na siebie dwóch gęstych ciał jak gwiazda neutronowa i czarna dziura.
Od końca XVIII wieku odkryto coraz nowsze rodzaje promieniowania, dla których znaleziono szereg zastosowań naukowo-technicznych, ale wskazano też na zagrożenia płynące z nadmiaru promieni.
Rodzaje promieniowania
Promieniowanie można podzielić na kilka sposobów, tj. wg różnych kryteriów:
Według składu
- promieniowanie elektromagnetyczne (EM), złożone z fotonów – dzieli się je według energii na kilka kategorii, wspomnianych w osobnym artykule. Oprócz tego fale EM mogą mieć różne pochodzenie:
- promieniowanie cieplne (termiczne) – promieniowanie elektromagnetyczne wysyłane przez każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego,
- mikrofalowe promieniowanie tła (promieniowanie reliktowe),
- promieniowanie laserowe,
- promieniowanie synchrotronowe – wytwarzane przez naładowane cząstki poruszające się po okręgach w polu magnetycznym w synchrotronach lub w polu gwiazd neutronowych,
- promieniowanie hamowania,
- promieniowanie Czerenkowa,
- strumienie innych cząstek – pierwotnie nazywano je promieniowaniem korpuskularnym, jednak w latach 20. XX wieku udowodniono, że także fale EM mają naturę korpuskularną; przykłady nieelektromagnetycznych strumieni cząstek to część promieniowania jądrowego oraz kosmicznego;
- promieniowanie grawitacyjne.
Według energii
Według źródła
- promieniowanie naturalne – promieniowanie radionuklidów zawartych w środowisku naturalnym,
- promieniowanie kosmiczne,
- promieniowanie słoneczne,
- promieniowanie atmosferyczne,
- promieniowanie jądrowe – strumień cząstek wytwarzany podczas przemian jąder atomowych,
- promieniowanie alfa – strumień jąder atomów helu,
- promieniowanie beta – strumień elektronów lub pozytonów powstających z rozpadów beta,
- promieniowanie gamma – wiązka fotonów o bardzo wysokiej energii,
- promieniowanie plazmy – promieniowanie wytwarzane przez plazmę.
Dzieje badań
Historycznie pierwszym rodzajem promieniowania zaobserwowanym przez człowieka było światło widzialne. Pod koniec XVIII wieku odkryto podczerwień (IR), a w XIX wieku także nadfiolet (UV), mikrofale, fale radiowe i promienie rentgenowskie (X), które zidentyfikowano jako różne rodzaje fal elektromagnetycznych (EM), różniące się długością i przez to częstotliwością.
Pod koniec XIX wieku Henri Becquerel odkrył nowy rodzaj promieniowania, który Maria Skłodowska-Curie nazwała promieniotwórczością (radioaktywnością), a Ernest Rutherford udowodnił, że jest to forma rozpadu atomu – przekształcania go w atomy lżejszych pierwiastków. W XX wieku odkrycie jądra atomowego pozwoliło udowodnić, że promienie te pochodzą właśnie stamtąd – przez co są nazywane promieniowaniem jądrowym. Część z nich, konkretniej promieniowanie gamma (γ), okazało się jeszcze jednym rodzajem fali elektromagnetycznej, jednak promieniowanie alfa (α) i beta (β) jest złożone z cząstek naładowanych, jak się potem okazało – jąder helu (He2+) oraz elektronów (e−) i pozytonów (e+). Dekady później potwierdzono, że rozpadom beta towarzyszy też emisja obojętnych elektrycznie i prawie nieważkich neutrin (ν).
W 1912 roku Victor Franz Hess odkrył promieniowanie kosmiczne, w którym znaleziono potem cząstki nieobserwowane wcześniej jak piony (π) czy mion (μ). W 1916 roku Albert Einstein zapoczątkował spekulacje o promieniowaniu grawitacyjnym, a późniejsi fizycy – w tym Andrzej Trautman – przewidzieli, że są one ścisłym przewidywaniem ogólnej teorii względności, z której wynika możliwość ich obserwacji. Ostateczne dowody tego zjawiska ogłoszono w 2016 roku, co otworzyło nową dziedzinę astronomii.
Rola
Wpływ promieniowania na organizmy żywe jest zróżnicowany:
- życie wymaga odpowiedniej temperatury, którą Ziemia utrzymuje dzięki promieniowaniu cieplnemu Słońca. Poza tym część organizmów bezpośrednio potrzebuje światła – rośliny i sinice to fototrofy, tzn. żywią się procesem fotosyntezy, a ciało ludzkie wymaga światła do wytwarzania witaminy D. Z drugiej strony Słońce wytwarza też nadfiolet, który może być rakotwórczy (kancerogenny);
- nadmiar promieniowania jonizującego może wywołać chorobą popromienną, ale ten typ promieni ma też zastosowania medyczne, zarówno w diagnozie – np. obrazowaniu – jak i w leczeniu; poświęcona jest im cała specjalizacja lekarska znana jako radiologia. Oprócz tego w latach 20. XXI wieku nie wykluczono hipotezy hormezy radiacyjnej, zgodnie z którą obecne w środowisku niskie dawki promieniowania jonizującego mają działanie profilaktyczne;
- niektóre rodzaje promieniowania jak to neutrinowe lub grawitacyjne oddziałują z materią zbyt słabo, żeby wpływać na funkcjonowanie.
Zobacz też
Przypisy
- ↑ radiacja [w:] Słownik języka polskiego [online], PWN [dostęp 2023-02-05].
- ↑ promieniowanie, [w:] Encyklopedia PWN [dostęp 2023-02-05].
- ↑ Sabine Hossenfelder, What is radiation? How harmful is it?, kanał autorski na YouTube, 26 grudnia 2020 [dostęp 2023-02-05].
Linki zewnętrzne
- Matt Anticole, Is radiation dangerous? (ang.), kanał TED-Ed na YouTube, 14 marca 2016 [dostęp 2023-02-05].