Radiação - Radiation

Ilustração das habilidades relativas de três tipos diferentes de radiação ionizante para penetrar na matéria sólida. As partículas alfa típicas (α) são interrompidas por uma folha de papel, enquanto as partículas beta (β) são interrompidas por uma placa de alumínio. A radiação gama (γ) é amortecida quando penetra o chumbo. Observe as advertências no texto sobre este diagrama simplificado.

O símbolo internacional para tipos e níveis de radiação ionizante (radioatividade) que não são seguros para humanos sem blindagem . A radiação, em geral, existe em toda a natureza, como na luz e no som.

Em física , radiação é a emissão ou transmissão de energia na forma de ondas ou partículas através do espaço ou de um meio material. Isso inclui:

• radiação eletromagnética , como ondas de rádio , microondas , infravermelho , luz visível , ultravioleta , raios-x e radiação gama (γ)
• radiação de partículas , como radiação alfa (α) , radiação beta (β) , radiação de prótons e radiação de nêutrons (partículas de energia de repouso diferente de zero)
• radiação acústica , como ultrassom , som e ondas sísmicas (dependente de um meio de transmissão físico )
• radiação gravitacional , radiação que assume a forma de ondas gravitacionais ou ondulações na curvatura do espaço-tempo

A radiação é frequentemente categorizada como ionizante ou não ionizante, dependendo da energia das partículas irradiadas. A radiação ionizante carrega mais de 10 eV , o que é suficiente para ionizar átomos e moléculas e quebrar ligações químicas . Esta é uma distinção importante devido à grande diferença na nocividade para os organismos vivos. Uma fonte comum de radiação ionizante são materiais radioativos que emitem radiação α, β ou γ , consistindo de núcleos de hélio , elétrons ou pósitrons e fótons , respectivamente. Outras fontes incluem raios X de exames de radiografia médica e múons , mésons , pósitrons, nêutrons e outras partículas que constituem os raios cósmicos secundários que são produzidos depois que os raios cósmicos primários interagem com a atmosfera da Terra .

Os raios gama, os raios X e a faixa de energia mais alta da luz ultravioleta constituem a parte ionizante do espectro eletromagnético . A palavra "ionizar" se refere à separação de um ou mais elétrons de um átomo, uma ação que requer energias relativamente altas que essas ondas eletromagnéticas fornecem. Mais abaixo no espectro, as energias inferiores não ionizantes do espectro ultravioleta inferior não podem ionizar átomos, mas podem interromper as ligações interatômicas que formam moléculas, quebrando assim moléculas em vez de átomos; um bom exemplo disso é a queimadura solar causada pelo ultravioleta solar de longo comprimento de onda . As ondas de comprimento de onda mais longo que o UV na luz visível, frequências infravermelhas e de micro-ondas não podem quebrar as ligações, mas podem causar vibrações nas ligações que são detectadas como calor . Comprimentos de onda de rádio e abaixo geralmente não são considerados prejudiciais aos sistemas biológicos. Estas não são delineações nítidas das energias; há alguma sobreposição nos efeitos de frequências específicas .

A palavra radiação surge do fenômeno de ondas que irradiam (ou seja, viajando para fora em todas as direções) de uma fonte. Este aspecto leva a um sistema de medidas e unidades físicas aplicáveis ​​a todos os tipos de radiação. Como essa radiação se expande à medida que passa pelo espaço e como sua energia é conservada (no vácuo), a intensidade de todos os tipos de radiação de uma fonte pontual segue uma lei do inverso do quadrado em relação à distância de sua fonte. Como qualquer lei ideal, a lei do inverso do quadrado se aproxima de uma intensidade de radiação medida na medida em que a fonte se aproxima de um ponto geométrico.

Radiação ionizante

Alguns tipos de radiação ionizante podem ser detectados em uma câmara de nuvem .

A radiação com energia suficientemente alta pode ionizar átomos; ou seja, pode retirar elétrons dos átomos, criando íons. A ionização ocorre quando um elétron é retirado (ou "eliminado") de uma camada de elétrons do átomo, que deixa o átomo com uma carga líquida positiva. Como as células vivas e, mais importante, o DNA dessas células podem ser danificados por essa ionização, considera-se que a exposição à radiação ionizante aumenta o risco de câncer . Assim, a "radiação ionizante" é um tanto artificialmente separada da radiação de partículas e da radiação eletromagnética, simplesmente devido ao seu grande potencial de danos biológicos. Embora uma célula individual seja feita de trilhões de átomos, apenas uma pequena fração deles será ionizada com potências de radiação baixas a moderadas. A probabilidade de a radiação ionizante causar câncer depende da dose absorvida da radiação e é função da tendência ao dano do tipo de radiação ( dose equivalente ) e da sensibilidade do organismo ou tecido irradiado ( dose efetiva ).

Se a fonte da radiação ionizante for um material radioativo ou um processo nuclear, como fissão ou fusão , a radiação de partículas deve ser considerada. A radiação de partículas são partículas subatômicas aceleradas a velocidades relativísticas por reações nucleares. Por causa de seus momentos, eles são perfeitamente capazes de eliminar elétrons e materiais ionizantes, mas como a maioria tem carga elétrica, eles não têm o poder de penetração da radiação ionizante. A exceção são as partículas de nêutrons; Veja abaixo. Existem vários tipos diferentes dessas partículas, mas a maioria são partículas alfa , partículas beta , nêutrons e prótons . Grosso modo, fótons e partículas com energias acima de cerca de 10 elétron-volts (eV) são ionizantes (algumas autoridades usam 33 eV, a energia de ionização para água). A radiação de partículas de material radioativo ou raios cósmicos quase invariavelmente carrega energia suficiente para ser ionizante.

A maior parte da radiação ionizante se origina de materiais radioativos e do espaço (raios cósmicos) e, como tal, está naturalmente presente no meio ambiente, uma vez que a maioria das rochas e do solo possui pequenas concentrações de materiais radioativos. Como essa radiação é invisível e não detectável diretamente pelos sentidos humanos, instrumentos como contadores Geiger geralmente são necessários para detectar sua presença. Em alguns casos, pode levar à emissão secundária de luz visível em sua interação com a matéria, como no caso da radiação Cherenkov e da radioluminescência.

Gráfico mostrando as relações entre a radioatividade e a radiação ionizante detectada

A radiação ionizante tem muitos usos práticos na medicina, pesquisa e construção, mas apresenta um perigo para a saúde se usada inadequadamente. A exposição à radiação causa danos ao tecido vivo; doses altas resultam em síndrome de radiação aguda (ARS), com queimaduras na pele, perda de cabelo, falência de órgãos internos e morte, enquanto qualquer dose pode resultar em uma chance maior de câncer e danos genéticos ; uma forma particular de câncer, o câncer de tireoide , geralmente ocorre quando as armas nucleares e os reatores são a fonte de radiação devido às tendências biológicas do produto da fissão do iodo radioativo, o iodo-131 . No entanto, o cálculo do risco exato e da chance de formação de câncer nas células causado pela radiação ionizante ainda não é bem compreendido e atualmente as estimativas são vagamente determinadas por dados populacionais dos bombardeios atômicos de Hiroshima e Nagasaki e do acompanhamento de acidentes com reatores, tais como o desastre de Chernobyl . A Comissão Internacional de Proteção Radiológica afirma que "A Comissão está ciente das incertezas e da falta de precisão dos modelos e valores dos parâmetros", "A dose coletiva efetiva não se destina a ser uma ferramenta para avaliação de risco epidemiológico, e é inadequado para uso em projeções de risco "e" em particular, o cálculo do número de mortes por câncer com base em doses efetivas coletivas de doses individuais triviais deve ser evitado. "

Radiação ultravioleta

O ultravioleta, de comprimentos de onda de 10 nm a 125 nm, ioniza as moléculas do ar, fazendo com que seja fortemente absorvido pelo ar e, em particular, pelo ozônio (O ₃ ). O UV ionizante, portanto, não penetra na atmosfera da Terra em um grau significativo e às vezes é referido como ultravioleta de vácuo . Embora presente no espaço, esta parte do espectro ultravioleta não tem importância biológica, pois não atinge os organismos vivos na Terra.

Existe uma zona da atmosfera na qual o ozônio absorve cerca de 98% dos UV-C e UV-B não ionizantes, mas perigosos. A chamada camada de ozônio começa em cerca de 20 milhas (32 km) e se estende para cima. Parte do espectro ultravioleta que atinge o solo não é ionizante, mas ainda é biologicamente perigoso devido à capacidade de fótons únicos dessa energia de causar excitação eletrônica em moléculas biológicas e, assim, danificá-las por meio de reações indesejadas. Um exemplo é a formação de dímeros de pirimidina no DNA, que começa em comprimentos de onda abaixo de 365 nm (3,4 eV), que está bem abaixo da energia de ionização. Esta propriedade dá ao espectro ultravioleta alguns dos perigos da radiação ionizante em sistemas biológicos sem a ocorrência de ionização real. Em contraste, a luz visível e a radiação eletromagnética de comprimento de onda mais longo, como infravermelho, microondas e ondas de rádio, consiste em fótons com muito pouca energia para causar excitação molecular prejudicial e, portanto, essa radiação é muito menos perigosa por unidade de energia.

raios X

Os raios X são ondas eletromagnéticas com um comprimento de onda menor que cerca de 10 ⁻⁹ m (maior que 3x10 ¹⁷ Hz e 1.240 eV). Um comprimento de onda menor corresponde a uma energia mais alta de acordo com a equação E = h c / λ . ("E" é energia; "h" é a constante de Planck; "c" é a velocidade da luz; "λ" é o comprimento de onda.) Quando um fóton de raios-X colide com um átomo, o átomo pode absorver a energia do fóton e impulsionar um elétron para um nível orbital mais alto ou se o fóton for extremamente energético, ele pode derrubar um elétron do átomo completamente, fazendo com que o átomo se ionize. Geralmente, átomos maiores são mais propensos a absorver um fóton de raios-X, uma vez que têm maiores diferenças de energia entre os elétrons orbitais. O tecido mole do corpo humano é composto de átomos menores do que os átomos de cálcio que constituem o osso, portanto, há um contraste na absorção dos raios-X. As máquinas de raio-X são projetadas especificamente para aproveitar a diferença de absorção entre o osso e o tecido mole, permitindo que os médicos examinem a estrutura do corpo humano.

Os raios X também são totalmente absorvidos pela espessura da atmosfera terrestre, impedindo que a emissão de raios X do sol, em quantidade menor que a do UV, mas ainda assim potente, chegue à superfície.

Radiação gama

Radiação gama detectada em uma câmara de nuvem de isopropanol .

A radiação gama (γ) consiste de fotões com um comprimento de onda inferior a 3x10 ^-11 metros (maior do que 10 ¹⁹ Hz e 41,4 keV). A emissão de radiação gama é um processo nuclear que ocorre para livrar um núcleo instável do excesso de energia após a maioria das reações nucleares. As partículas alfa e beta têm carga e massa elétricas e, portanto, muito provavelmente interagirão com outros átomos em seu caminho. A radiação gama, entretanto, é composta de fótons, que não têm massa nem carga elétrica e, como resultado, penetra muito mais na matéria do que a radiação alfa ou beta.

Os raios gama podem ser interrompidos por uma camada de material suficientemente espessa ou densa, onde o poder de interrupção do material por determinada área depende principalmente (mas não inteiramente) da massa total ao longo do caminho da radiação, independentemente de o material ser de alta ou baixa densidade. No entanto, como é o caso dos raios-X, os materiais com um alto número atômico, como chumbo ou urânio empobrecido, adicionam uma quantidade modesta (normalmente de 20% a 30%) de poder de parada sobre uma massa igual de materiais menos densos e de menor peso atômico (como água ou concreto). A atmosfera absorve todos os raios gama que se aproximam da Terra vindos do espaço. Até mesmo o ar é capaz de absorver raios gama, reduzindo pela metade a energia dessas ondas ao passar, em média, por 500 pés (150 m).

Radiação alfa

Partícula alfa detectada em uma câmara de nuvem de isopropanol

Partículas alfa são núcleos de hélio-4 (dois prótons e dois nêutrons). Eles interagem com a matéria fortemente devido às suas cargas e massa combinada, e em suas velocidades usuais penetram apenas alguns centímetros de ar, ou alguns milímetros de material de baixa densidade (como o material fino de mica que é especialmente colocado em alguns tubos contadores Geiger para permitir a entrada de partículas alfa). Isso significa que as partículas alfa do decaimento alfa comum não penetram nas camadas externas das células mortas da pele e não causam danos aos tecidos vivos abaixo. Algumas partículas alfa de altíssima energia compõem cerca de 10% dos raios cósmicos e são capazes de penetrar no corpo e até em placas de metal finas. No entanto, eles são perigosos apenas para os astronautas, uma vez que são desviados pelo campo magnético da Terra e, em seguida, interrompidos por sua atmosfera.

A radiação alfa é perigosa quando os radioisótopos emissores de alfa são ingeridos ou inalados (respirados ou engolidos). Isso traz o radioisótopo perto o suficiente do tecido vivo sensível para que a radiação alfa danifique as células. Por unidade de energia, as partículas alfa são pelo menos 20 vezes mais eficazes no dano celular como os raios gama e os raios-X. Veja a eficácia biológica relativa para uma discussão sobre isso. Exemplos de emissores alfa altamente venenosos são todos os isótopos de rádio , radônio e polônio , devido à quantidade de decomposição que ocorre nesses materiais de meia-vida curta.

Radiação beta

Elétrons (radiação beta) detectados em uma câmara de nuvem de isopropanol

A radiação beta-menos (β ^- ) consiste em um elétron energético. É mais penetrante do que a radiação alfa, mas menos do que a gama. A radiação beta do decaimento radioativo pode ser interrompida com alguns centímetros de plástico ou alguns milímetros de metal. Ocorre quando um nêutron decai em um próton em um núcleo, liberando a partícula beta e um antineutrino . A radiação beta dos aceleradores linac é muito mais enérgica e penetrante do que a radiação beta natural. Às vezes é usado terapeuticamente em radioterapia para tratar tumores superficiais.

A radiação beta-plus (β ⁺ ) é a emissão de pósitrons , que são a forma de antimatéria dos elétrons. Quando um pósitron diminui para velocidades semelhantes às dos elétrons no material, o pósitron aniquila um elétron, liberando dois fótons gama de 511 keV no processo. Esses dois fótons gama estarão viajando na direção (aproximadamente) oposta. A radiação gama da aniquilação de pósitrons consiste em fótons de alta energia e também é ionizante.

Radiação de nêutrons

Os nêutrons são classificados de acordo com sua velocidade / energia. A radiação de nêutrons consiste em nêutrons livres . Esses nêutrons podem ser emitidos durante a fissão nuclear espontânea ou induzida. Os nêutrons são partículas de radiação raras; eles são produzidos em grande número apenas onde as reações de fissão ou fusão por reação em cadeia estão ativas; isso acontece por cerca de 10 microssegundos em uma explosão termonuclear ou continuamente dentro de um reator nuclear em operação; a produção dos nêutrons para quase imediatamente no reator quando ele deixa de ser crítico.

Os nêutrons podem tornar outros objetos ou materiais radioativos. Este processo, chamado de ativação de nêutrons , é o principal método usado para produzir fontes radioativas para uso em aplicações médicas, acadêmicas e industriais. Mesmo nêutrons térmicos de velocidade comparativamente baixa causam ativação de nêutrons (na verdade, eles a causam de forma mais eficiente). Os nêutrons não ionizam os átomos da mesma maneira que as partículas carregadas, como os prótons e os elétrons (pela excitação de um elétron), porque os nêutrons não têm carga. É por sua absorção pelos núcleos, que se tornam instáveis, que causam ionização. Conseqüentemente, os nêutrons são considerados "ionizantes indiretamente". Mesmo nêutrons sem energia cinética significativa estão indiretamente ionizando e, portanto, são um risco de radiação significativo. Nem todos os materiais são capazes de ativação de nêutrons; na água, por exemplo, os isótopos mais comuns de ambos os tipos de átomos presentes (hidrogênio e oxigênio) capturam nêutrons e se tornam mais pesados, mas permanecem como formas estáveis ​​desses átomos. Apenas a absorção de mais de um nêutron, uma ocorrência estatisticamente rara, pode ativar um átomo de hidrogênio, enquanto o oxigênio requer duas absorções adicionais. Assim, a água é apenas muito fracamente capaz de ativação. O sódio do sal (como na água do mar), por outro lado, precisa apenas absorver um único nêutron para se tornar Na-24, uma fonte muito intensa de decaimento beta, com meia-vida de 15 horas.

Além disso, nêutrons de alta energia (alta velocidade) têm a capacidade de ionizar átomos diretamente. Um mecanismo pelo qual nêutrons de alta energia ionizam átomos é atingir o núcleo de um átomo e tirar o átomo de uma molécula, deixando um ou mais elétrons para trás quando a ligação química é quebrada. Isso leva à produção de radicais livres químicos . Além disso, nêutrons de energia muito alta podem causar radiação ionizante por "fragmentação de nêutrons" ou nocaute, em que nêutrons causam emissão de prótons de alta energia de núcleos atômicos (especialmente núcleos de hidrogênio) no impacto. O último processo transmite a maior parte da energia do nêutron ao próton, da mesma forma que uma bola de bilhar atinge a outra. Os prótons carregados e outros produtos dessas reações são ionizantes diretamente.

Os nêutrons de alta energia são muito penetrantes e podem viajar grandes distâncias no ar (centenas ou mesmo milhares de metros) e distâncias moderadas (vários metros) em sólidos comuns. Eles normalmente requerem blindagem rica em hidrogênio, como concreto ou água, para bloqueá-los em distâncias de menos de um metro. Uma fonte comum de radiação de nêutrons ocorre dentro de um reator nuclear , onde uma camada de água com metros de espessura é usada como proteção eficaz.

Radiação cósmica

Existem duas fontes de partículas de alta energia que entram na atmosfera da Terra vindas do espaço sideral: o sol e o espaço profundo. O sol emite partículas continuamente, principalmente prótons livres, no vento solar e, ocasionalmente, aumenta o fluxo enormemente com ejeções de massa coronal (CME).

As partículas do espaço profundo (intergalácticas e extra-galácticas) são muito menos frequentes, mas de energias muito superiores. Essas partículas também são principalmente prótons, com grande parte do restante consistindo de hélions (partículas alfa). Alguns núcleos completamente ionizados de elementos mais pesados ​​estão presentes. A origem desses raios cósmicos galácticos ainda não é bem compreendida, mas parecem ser resquícios de supernovas e, principalmente, explosões de raios gama (GRB), que apresentam campos magnéticos capazes das enormes acelerações medidas a partir dessas partículas. Eles também podem ser gerados por quasares , que são fenômenos de jato em toda a galáxia semelhantes aos GRBs, mas conhecidos por seu tamanho muito maior, e que parecem ser uma parte violenta do início da história do universo.

Radiação não ionizante

O espectro eletromagnético

A energia cinética das partículas de radiação não ionizante é muito pequena para produzir íons carregados ao passar pela matéria. Para radiação eletromagnética não ionizante (ver tipos abaixo), as partículas associadas (fótons) têm apenas energia suficiente para alterar as configurações de valência rotacional, vibracional ou eletrônica de moléculas e átomos. O efeito das formas não ionizantes de radiação no tecido vivo foi estudado apenas recentemente. No entanto, diferentes efeitos biológicos são observados para diferentes tipos de radiação não ionizante.

Mesmo a radiação "não ionizante" é capaz de causar ionização térmica se depositar calor suficiente para elevar as temperaturas às energias de ionização. Essas reações ocorrem em energias muito mais altas do que com a radiação de ionização, que requer apenas partículas únicas para causar a ionização. Um exemplo familiar de ionização térmica é a ionização por chama de um fogo comum e as reações de escurecimento em alimentos comuns induzidas por radiação infravermelha, durante o cozimento do tipo grelhado.

O espectro eletromagnético é a faixa de todas as frequências de radiação eletromagnética possíveis. O espectro eletromagnético (geralmente apenas espectro) de um objeto é a distribuição característica da radiação eletromagnética emitida por, ou absorvida por, esse objeto específico.

A porção não ionizante da radiação eletromagnética consiste em ondas eletromagnéticas que (como quanta ou partículas individuais, veja o fóton ) não são energéticas o suficiente para separar elétrons de átomos ou moléculas e, portanto, causar sua ionização. Isso inclui ondas de rádio, microondas, infravermelho e (às vezes) luz visível. As frequências mais baixas da luz ultravioleta podem causar alterações químicas e danos moleculares semelhantes à ionização, mas tecnicamente não é ionizante. As frequências mais altas de luz ultravioleta, bem como todos os raios X e raios gama, são ionizantes.

A ocorrência de ionização depende da energia das partículas ou ondas individuais, e não do seu número. Uma intensa inundação de partículas ou ondas não causará ionização se essas partículas ou ondas não transportarem energia suficiente para serem ionizantes, a menos que aumentem a temperatura de um corpo a um ponto alto o suficiente para ionizar pequenas frações de átomos ou moléculas pelo processo de ionização térmica (isto, no entanto, requer intensidades de radiação relativamente extremas).

Luz ultravioleta

Como observado acima, a parte inferior do espectro do ultravioleta, denominado UV suave, de 3 eV a cerca de 10 eV, é não ionizante. No entanto, os efeitos do ultravioleta não ionizante na química e os danos aos sistemas biológicos expostos a ele (incluindo oxidação, mutação e câncer) são tais que mesmo esta parte do ultravioleta é frequentemente comparada à radiação ionizante.

Luz visível

Luz, ou luz visível, é uma faixa muito estreita de radiação eletromagnética de um comprimento de onda que é visível ao olho humano, ou 380-750 nm, que equivale a uma faixa de frequência de 790 a 400 THz, respectivamente. Mais amplamente, os físicos usam o termo "luz" para significar radiação eletromagnética de todos os comprimentos de onda, sejam visíveis ou não.

Infravermelho

A luz infravermelha (IR) é a radiação eletromagnética com um comprimento de onda entre 0,7 e 300 micrômetros, que corresponde a uma faixa de frequência entre 430 e 1 THz, respectivamente. Os comprimentos de onda do infravermelho são mais longos do que a luz visível, mas mais curtos que os das microondas. O infravermelho pode ser detectado à distância dos objetos radiantes por "tato". As cobras com sensores infravermelhos podem detectar e focalizar o infravermelho por meio de lentes pinhole em suas cabeças, chamadas de "pits". A luz solar brilhante fornece uma irradiância de pouco mais de 1 quilowatt por metro quadrado ao nível do mar. Desta energia, 53% é radiação infravermelha, 44% é luz visível e 3% é radiação ultravioleta.

Microondas

Na radiação eletromagnética (como micro-ondas de uma antena, mostrada aqui), o termo "radiação" se aplica apenas às partes do campo eletromagnético que irradiam para o espaço infinito e diminuem em intensidade por uma lei do inverso do quadrado de potência, de modo que a radiação total a energia que atravessa uma superfície esférica imaginária é a mesma, não importa quão longe da antena a superfície esférica esteja desenhada. A radiação eletromagnética inclui a parte do campo distante do campo eletromagnético em torno de um transmissor. Uma parte do "campo próximo" perto do transmissor faz parte do campo eletromagnético em mudança, mas não conta como radiação eletromagnética.

Microondas são ondas eletromagnéticas com comprimentos de onda que variam de um milímetro a um metro, o que equivale a uma faixa de frequência de 300 MHz a 300 GHz. Essa definição ampla inclui UHF e EHF (ondas milimétricas), mas várias fontes usam outros limites diferentes. Em todos os casos, as microondas incluem toda a banda de frequência superalta (3 a 30 GHz, ou 10 a 1 cm) no mínimo, com a engenharia de RF muitas vezes colocando o limite inferior em 1 GHz (30 cm) e o superior em torno de 100 GHz ( 3mm).

Ondas de rádio

As ondas de rádio são um tipo de radiação eletromagnética com comprimentos de onda no espectro eletromagnético maiores do que a luz infravermelha. Como todas as outras ondas eletromagnéticas, elas viajam à velocidade da luz. Ondas de rádio que ocorrem naturalmente são feitas por raios ou por certos objetos astronômicos. As ondas de rádio geradas artificialmente são usadas para comunicação de rádio fixa e móvel, radiodifusão, radar e outros sistemas de navegação, comunicação por satélite, redes de computadores e inúmeras outras aplicações. Além disso, quase qualquer fio com corrente alternada irradiará parte da energia na forma de ondas de rádio; estes são principalmente chamados de interferência. Diferentes frequências de ondas de rádio têm diferentes características de propagação na atmosfera da Terra; ondas longas podem dobrar na taxa da curvatura da Terra e podem cobrir uma parte da Terra de forma muito consistente, ondas mais curtas viajam ao redor do mundo por reflexos múltiplos da ionosfera e da Terra. Comprimentos de onda muito mais curtos se curvam ou refletem muito pouco e viajam ao longo da linha de visão.

Frequência muito baixa

Frequência muito baixa (VLF) refere-se a uma faixa de frequência de 30 Hz a 3 kHz que corresponde a comprimentos de onda de 100.000 a 10.000 metros, respectivamente. Como não há muita largura de banda nesta faixa do espectro de rádio, apenas os sinais mais simples podem ser transmitidos, como para a navegação por rádio. Também conhecida como banda de miriametro ou onda de miriametro, pois os comprimentos de onda variam de dez a um miriametro (uma unidade métrica obsoleta igual a 10 quilômetros).

Frequência extremamente baixa

A frequência extremamente baixa (ELF) é a frequência de radiação de 3 a 30 Hz (10 ⁸ a 10 ⁷ metros, respectivamente). Na ciência da atmosfera, geralmente é dada uma definição alternativa, de 3 Hz a 3 kHz. Na ciência da magnetosfera relacionada, as oscilações eletromagnéticas de frequência mais baixa (pulsações que ocorrem abaixo de ~ 3 Hz) são consideradas como estando na faixa ULF, que também é definida de forma diferente das Bandas de Rádio ITU. Uma enorme antena militar ELF em Michigan irradia mensagens muito lentas para receptores de outra forma inacessíveis, como submarinos submersos.

Radiação térmica (calor)

A radiação térmica é um sinônimo comum para a radiação infravermelha emitida por objetos em temperaturas frequentemente encontradas na Terra. A radiação térmica se refere não apenas à própria radiação, mas também ao processo pelo qual a superfície de um objeto irradia sua energia térmica na forma de radiação de corpo negro. A radiação infravermelha ou vermelha de um radiador doméstico comum ou aquecedor elétrico é um exemplo de radiação térmica, assim como o calor emitido por uma lâmpada incandescente em funcionamento. A radiação térmica é gerada quando a energia do movimento de partículas carregadas dentro dos átomos é convertida em radiação eletromagnética.

Conforme observado acima, mesmo a radiação térmica de baixa frequência pode causar ionização de temperatura sempre que depositar energia térmica suficiente para elevar as temperaturas a um nível alto o suficiente. Exemplos comuns disso são a ionização (plasma) observada em chamas comuns e as mudanças moleculares causadas pelo " escurecimento " durante o cozimento dos alimentos, que é um processo químico que começa com um grande componente de ionização.

Radiação de corpo negro

A radiação de corpo negro é um espectro idealizado de radiação emitida por um corpo que está em uma temperatura uniforme. A forma do espectro e a quantidade total de energia emitida pelo corpo é uma função da temperatura absoluta desse corpo. A radiação emitida cobre todo o espectro eletromagnético e a intensidade da radiação (potência / unidade-área) em uma determinada frequência é descrita pela lei da radiação de Planck . Para uma dada temperatura de um corpo negro, existe uma frequência particular na qual a radiação emitida está em sua intensidade máxima. Essa frequência de radiação máxima se move em direção a frequências mais altas à medida que a temperatura do corpo aumenta. A frequência com que a radiação do corpo negro atinge o máximo é dada pela lei do deslocamento de Wien e é função da temperatura absoluta do corpo. Um corpo negro é aquele que emite a qualquer temperatura a quantidade máxima possível de radiação em qualquer comprimento de onda. Um corpo negro também absorverá o máximo possível de radiação incidente em qualquer comprimento de onda. Um corpo negro com uma temperatura igual ou inferior à temperatura ambiente, portanto, pareceria absolutamente preto, pois não refletiria nenhuma luz incidente nem emitiria radiação suficiente em comprimentos de onda visíveis para que nossos olhos os detectassem. Teoricamente, um corpo negro emite radiação eletromagnética em todo o espectro, desde ondas de rádio de frequência muito baixa até raios X, criando um continuum de radiação.

A cor de um corpo negro radiante indica a temperatura de sua superfície radiante. É responsável pela cor das estrelas , que variam do infravermelho ao vermelho (2.500K), ao amarelo (5.800K), ao branco e ao branco-azulado (15.000K) conforme o pico de brilho passa por esses pontos no espectro visível . Quando o pico está abaixo do espectro visível o corpo é preto, enquanto quando está acima o corpo é branco-azulado, uma vez que todas as cores visíveis são representadas do azul diminuindo ao vermelho.

Descoberta

A radiação eletromagnética de comprimentos de onda diferentes da luz visível foi descoberta no início do século XIX. A descoberta da radiação infravermelha é atribuída a William Herschel , o astrônomo . Herschel publicou seus resultados em 1800 antes da Royal Society of London . Herschel, assim como Ritter, usava um prisma para refratar a luz do Sol e detectava o infravermelho (além da parte vermelha do espectro), por meio de um aumento na temperatura registrada por um termômetro .

Em 1801, o físico alemão Johann Wilhelm Ritter fez a descoberta do ultravioleta observando que os raios de um prisma escureciam as preparações de cloreto de prata mais rapidamente do que a luz violeta. Os experimentos de Ritter foram os primeiros precursores do que se tornaria a fotografia. Ritter observou que os raios ultravioleta eram capazes de causar reações químicas.

As primeiras ondas de rádio detectadas não eram de fonte natural, mas foram produzidas deliberada e artificialmente pelo cientista alemão Heinrich Hertz em 1887, usando circuitos elétricos calculados para produzir oscilações na faixa de radiofrequência, seguindo fórmulas sugeridas pelas equações de James Clerk Maxwell .

Wilhelm Röntgen descobriu e deu nome aos raios-X . Enquanto fazia experiências com altas tensões aplicadas a um tubo evacuado em 8 de novembro de 1895, ele notou uma fluorescência em uma placa próxima de vidro revestido. Em um mês, ele descobriu as principais propriedades dos raios X que conhecemos até hoje.

Em 1896, Henri Becquerel descobriu que os raios que emanam de certos minerais penetraram no papel preto e causaram o embaçamento de uma chapa fotográfica não exposta. Sua aluna de doutorado, Marie Curie, descobriu que apenas certos elementos químicos emitiam esses raios de energia. Ela chamou esse comportamento de radioatividade .

Raios alfa (partículas alfa) e raios beta ( partículas beta ) foram diferenciados por Ernest Rutherford por meio de experimentação simples em 1899. Rutherford usou uma fonte radioativa de pitchblenda genérica e determinou que os raios produzidos pela fonte tinham diferentes penetrações nos materiais. Um tipo tinha penetração curta (foi interrompido por papel) e uma carga positiva, que Rutherford chamou de raios alfa. O outro era mais penetrante (capaz de expor o filme através do papel, mas não do metal) e tinha uma carga negativa, e esse tipo Rutherford chamou de beta. Esta foi a radiação que foi detectada pela primeira vez por Becquerel a partir de sais de urânio. Em 1900, o cientista francês Paul Villard descobriu um terceiro tipo de radiação do rádio com carga neutra e especialmente penetrante, e depois de descrevê-lo, Rutherford percebeu que deveria ser ainda um terceiro tipo de radiação, que em 1903 Rutherford chamou de raios gama .

O próprio Henri Becquerel provou que os raios beta são elétrons rápidos, enquanto Rutherford e Thomas Royds provaram em 1909 que as partículas alfa são hélio ionizado. Rutherford e Edward Andrade provaram em 1914 que os raios gama são como os raios X, mas com comprimentos de onda mais curtos.

As radiações de raios cósmicos que atingem a Terra a partir do espaço sideral foram finalmente reconhecidas e comprovadas como existindo em 1912, quando o cientista Victor Hess carregou um eletrômetro a várias altitudes em um vôo livre de balão. A natureza dessas radiações só foi gradualmente compreendida nos anos posteriores.

O Neutron e radiação de neutrões foram descobertos por James Chadwick em 1932. Um número de outras radiações de partículas de alta energia tais como positrões , muões , e piões foram descobertos por exame câmara nuvem de reacções de raios cósmicos pouco tempo depois, e os outros foram produzidos tipos de radiação de partícula artificialmente em aceleradores de partículas , ao longo da última metade do século XX.

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Medicina

Radiação e substâncias radioativas são usadas para diagnóstico, tratamento e pesquisa. Os raios X, por exemplo, passam pelos músculos e outros tecidos moles, mas são interrompidos por materiais densos. Esta propriedade dos raios X permite que os médicos encontrem ossos quebrados e localizem cânceres que podem estar crescendo no corpo. Os médicos também descobrem certas doenças injetando uma substância radioativa e monitorando a radiação emitida conforme a substância se move pelo corpo. A radiação usada no tratamento do câncer é chamada de radiação ionizante porque forma íons nas células dos tecidos pelos quais passa, enquanto desaloja elétrons dos átomos. Isso pode matar células ou alterar genes para que as células não possam crescer. Outras formas de radiação, como ondas de rádio, microondas e ondas de luz, são chamadas de não ionizantes. Eles não têm tanta energia, então não são capazes de ionizar as células.

Comunicação

Todos os sistemas de comunicação modernos usam formas de radiação eletromagnética. As variações na intensidade da radiação representam mudanças no som, nas imagens ou em outras informações transmitidas. Por exemplo, uma voz humana pode ser enviada como uma onda de rádio ou micro-ondas, fazendo a onda variar de acordo com as variações correspondentes na voz. Os músicos também fizeram experiências com sonificação de raios gama, ou usando radiação nuclear, para produzir som e música.

Ciência

Os pesquisadores usam átomos radioativos para determinar a idade dos materiais que já fizeram parte de um organismo vivo. A idade de tais materiais pode ser estimada medindo a quantidade de carbono radioativo que eles contêm em um processo chamado datação por radiocarbono . Da mesma forma, usando outros elementos radioativos, a idade das rochas e outras características geológicas (até mesmo alguns objetos feitos pelo homem) podem ser determinados; isso é chamado de datação radiométrica . Cientistas ambientais usam átomos radioativos, conhecidos como átomos traçadores , para identificar os caminhos percorridos pelos poluentes no meio ambiente.

A radiação é usada para determinar a composição dos materiais em um processo chamado análise de ativação de nêutrons . Nesse processo, os cientistas bombardeiam uma amostra de uma substância com partículas chamadas nêutrons. Alguns dos átomos da amostra absorvem nêutrons e tornam-se radioativos. Os cientistas podem identificar os elementos da amostra estudando a radiação emitida.

Possíveis danos à saúde e ao meio ambiente causados ​​por certos tipos de radiação

A radiação ionizante em certas condições pode causar danos aos organismos vivos, causando câncer ou danos genéticos.

A radiação não ionizante em certas condições também pode causar danos aos organismos vivos, como queimaduras . Em 2011, a Agência Internacional de Pesquisa sobre o Câncer (IARC) da Organização Mundial da Saúde (OMS) divulgou um comunicado acrescentando campos eletromagnéticos de radiofrequência (incluindo ondas milimétricas e de microondas) à sua lista de coisas possivelmente cancerígenas para humanos.

O site EMF-Portal da RWTH Aachen University apresenta um dos maiores bancos de dados sobre os efeitos da radiação eletromagnética . Em 12 de julho de 2019, tinha 28.547 publicações e 6.369 resumos de estudos científicos individuais sobre os efeitos dos campos eletromagnéticos.

Veja também

Notas e referências

links externos

• Radiação em nosso tempo na BBC
• Site da Educação Pública da Sociedade de Física da Saúde
• Radiação ionizante e radônio da Organização Mundial da Saúde
• Perguntas e Respostas: Efeitos da exposição à radiação na saúde , BBC News , 21 de julho de 2011.
• John Tyndall (1865), On Radiation , Rede Lecture (1ª ed.), London: Longman , LCCN  05005356 , OCLC  4920745 , Wikidata  Q19086230