Radiații neionizante - Non-ionizing radiation
Radiația neionizantă (sau neionizantă ) se referă la orice tip de radiație electromagnetică care nu transportă suficientă energie per cuantică ( energie fotonică ) pentru a ioniza atomi sau molecule - adică pentru a elimina complet un electron dintr-un atom sau moleculă . In loc de a produce ioni încărcați atunci când trece prin materie, non-ionizante electromagnetice radiație are o energie suficientă numai pentru excitație (mișcarea unui electron la o stare de energie mai mare). Radiațiile neionizante pot provoca unele probleme de sănătate, în special arsurile solare , iar razele ultraviolete neionizante (UV-A) pot cauza melanom și cancer de piele non-melanom , dar în general nu reprezintă un risc semnificativ pentru sănătate. În schimb, radiațiile ionizante au o frecvență mai mare și o lungime de undă mai mică decât radiațiile neionizante și pot reprezenta un pericol grav pentru sănătate: expunerea la aceasta poate provoca arsuri, boli de radiații , multe tipuri de cancer și daune genetice . Utilizarea radiațiilor ionizante necesită măsuri elaborate de protecție radiologică , care, în general, nu sunt necesare în cazul radiațiilor neionizante.
Regiunea în care radiația este considerată „ionizantă” nu este bine definită, deoarece molecule și atomi diferiți ionizează la diferite energii . Definițiile obișnuite au sugerat că radiațiile cu energii de particule sau fotoni mai mici de 10 electronvolți (eV) să fie considerate neionizante. Un alt prag sugerat este 33 de electronvolți, care este energia necesară ionizării moleculelor de apă. Lumina de la Soare care ajunge pe pământ este compusă în mare parte din radiații neionizante, deoarece razele ultraviolete ionizante de departe au fost filtrate de gazele din atmosferă, în special de oxigen. Radiația ultravioletă rămasă de la Soare provoacă daune moleculare (de exemplu, arsuri solare) prin mijloace fotochimice și de producere a radicalilor liberi .
Mecanisme de interacțiune cu materia, inclusiv țesutul viu
Aproape ultraviolete , lumina vizibilă , infraroșu , cuptor cu microunde , unde radio și frecvența radio de joasă frecvență (unde lungi) sunt toate exemple de radiații neionizante. Prin contrast, lumina ultravioletă îndepărtată, razele X, razele gamma și toate radiațiile particulelor provenite din dezintegrarea radioactivă sunt ionizante. Radiațiile electromagnetice vizibile și aproape ultraviolete pot induce reacții fotochimice sau pot accelera reacții radicale , cum ar fi îmbătrânirea fotochimică a lacurilor sau descompunerea compușilor aromatizanți din bere pentru a produce „ aroma ușoară ”. Aproape radiațiile ultraviolete, deși tehnic neionizante, pot excita și provoca reacții fotochimice în unele molecule. Acest lucru se întâmplă deoarece la energiile cu fotoni ultraviolete, moleculele pot deveni excitate electronic sau pot fi promovate în formă de radicali liberi, chiar și fără ionizare.
Apariția ionizării depinde de energia particulelor sau undelor individuale și nu de numărul lor. O inundație intensă de particule sau unde nu va produce ionizare dacă aceste particule sau unde nu transportă suficientă energie pentru a fi ionizante, cu excepția cazului în care ridică temperatura unui corp la un punct suficient de ridicat pentru a ioniza fracțiuni mici de atomi sau molecule prin procesul de ionizare termică. În astfel de cazuri, chiar și „radiațiile neionizante” sunt capabile să provoace ionizare termică dacă depune suficientă căldură pentru a ridica temperaturile la energiile de ionizare. Aceste reacții apar la energii mult mai mari decât cu radiațiile ionizante, care necesită doar o singură particulă pentru a se ioniza. Un exemplu familiar de ionizare termică este ionizarea cu flacără a unui foc obișnuit și reacțiile de rumenire din produsele alimentare obișnuite induse de radiația infraroșie, în timpul gătitului de tip fierte.
Energia particulelor de radiații neionizante este redusă și, în loc să producă ioni încărcați atunci când trece prin materie, radiația electromagnetică neionizantă are doar suficientă energie pentru a schimba configurațiile de valență rotaționale, vibraționale sau electronice ale moleculelor și atomilor. Acest lucru produce efecte termice. Posibilele efecte non-termice ale formelor de radiații neionizante asupra țesuturilor vii au fost studiate abia recent. O mare parte a dezbaterii actuale se referă la niveluri relativ scăzute de expunere la radiații de frecvență radio (RF) de la telefoanele mobile și stațiile de bază care produc efecte „non-termice”. Unele experimente au sugerat că pot exista efecte biologice la niveluri de expunere non-termică, dar dovezile pentru producerea unui pericol pentru sănătate sunt contradictorii și nedovedite. Comunitatea științifică și organismele internaționale recunosc că sunt necesare cercetări suplimentare pentru a ne îmbunătăți înțelegerea în anumite domenii. Între timp, consensul este că nu există dovezi științifice consecvente și convingătoare ale efectelor negative asupra sănătății cauzate de radiațiile RF la puteri suficient de mici încât să nu se producă efecte termice asupra sănătății.
Riscuri de sanatate
Se observă diferite efecte biologice pentru diferite tipuri de radiații neionizante. Frecvențele superioare ale radiațiilor neionizante din apropierea acestor energii (o mare parte din spectrul luminii UV și o parte din lumina vizibilă) sunt capabile de daune biologice non-termice, similar cu radiațiile ionizante. Daunele cauzate de frecvențele superioare sunt un fapt acceptat. Singurul domeniu de dezbatere rămas se concentrează asupra faptului dacă efectele non-termice ale radiațiilor cu frecvențe mult mai mici (microunde, milimetri și radiații cu microunde) implică riscuri pentru sănătate.
Frecvențe superioare
Expunerea la lumina ultravioletă neionizantă provoacă cancer de piele , arsuri solare , îmbătrânire prematură a pielii și alte efecte.
Frecvențe mai mici
În plus față de efectul binecunoscut al luminii ultraviolete neionizante care cauzează cancer de piele, radiațiile neionizante pot produce efecte non-mutagene , cum ar fi incitarea energiei termice în țesutul biologic care poate duce la arsuri. În 2011, Agenția Internațională pentru Cercetarea Cancerului (IARC) de la Organizația Mondială a Sănătății (OMS) a lansat o declarație prin care adăuga câmpuri electromagnetice RF (inclusiv unde cu microunde și unde milimetrice) la lista lor de lucruri care sunt posibil cancerigene pentru oameni.
În ceea ce privește potențialele efecte biologice, porțiunea neionizantă a spectrului poate fi împărțită în:
- Porțiunea de radiație optică, unde poate avea loc excitația electronică (lumină vizibilă, lumină infraroșie)
- Porțiunea în care lungimea de undă este mai mică decât corpul. Poate apărea încălzirea prin curenți induși. În plus, există afirmații privind alte efecte biologice adverse. Astfel de efecte nu sunt bine înțelese și chiar refuzate în mare măsură. (Cuptor cu microunde și RF cu frecvență mai mare).
- Porțiunea în care lungimea de undă este mult mai mare decât corpul și încălzirea prin curenți induși apare rar (RF cu frecvență mai mică, frecvențe de putere, câmpuri statice).
Efectele de mai sus s-au arătat doar datorate efectelor de încălzire. La niveluri reduse de energie, unde nu există efect de încălzire, riscul de cancer nu este semnificativ.
Agenția Internațională de Cercetare a Cancerului a declarat recent că ar putea exista un anumit risc de non-radiatii ionizante la om. Dar un studiu ulterior a raportat că baza evaluării IARC nu a fost în concordanță cu tendințele de incidență observate. Acest raport și alte rapoarte sugerează că practic nu există nicio modalitate prin care rezultatele pe care IARC și-a bazat concluziile să fie corecte.
| Sursă | Lungime de undă | Frecvență | Efecte biologice | |
|---|---|---|---|---|
| UV-A | Lumina neagră , lumina soarelui | 319–400 nm | 750–940 THz | Ochi: cataractă fotochimică ; piele: eritem , inclusiv pigmentare |
| Lumina vizibila | Lumina soarelui , focul , LED-urile, becurile, laserele | 400–780 nm | 385–750 THz | Ochi: leziuni fotochimice și termice ale retinei; piele: fotoîmbătrânire |
| IR-A | Lumina soarelui, radiații termice , becuri incandescente , lasere , telecomenzi | 780 nm - 1,4 µm | 215–385 THz | Ochi: leziuni ale retinei termice, cataractă termică; piele: arsuri |
| IR-B | Lumina soarelui, radiații termice, becuri incandescente, lasere | 1,4–3 µm | 100-215 THz | Ochi: arsură corneeană , cataractă; piele: arsuri |
| IR-C | Lumina soarelui, radiația termică, becurile cu incandescență, laserul cu infraroșu îndepărtat | 3 µm - 1 mm | 300 GHz - 100 THz | Ochi: arsură corneeană, cataractă; încălzirea suprafeței corpului |
| Cuptor cu microunde | Telefoane mobile / mobile, cuptoare cu microunde, telefoane fără fir, unde milimetrice, scanere aeroportuare milimetrice, detectoare de mișcare, telecomunicații pe distanțe lungi, radar, Wi-Fi | 1 mm - 33 cm | 1–300 GHz | Încălzirea țesutului corporal |
| Radiații cu frecvență radio | Telefoane mobile / mobile, televiziune, FM, AM, unde scurte, CB, telefoane fără fir | 33 cm - 3 km | 100 kHz - 1 GHz | Încălzirea țesutului corporal, temperatura corpului crescută |
| RF de joasă frecvență | Linii de înaltă tensiune | > 3 km | <100 kHz | Cumularea sarcinii pe suprafața corpului; tulburări ale răspunsurilor nervoase și musculare |
| Câmp static | Magneți puternici, RMN | Infinit | 0 Hz (câmpurile statice din punct de vedere tehnic nu sunt „radiații”) | Încărcare electrică pe suprafața corpului |
Tipuri de radiații electromagnetice neionizante
În apropierea radiațiilor ultraviolete
Lumina ultravioletă poate provoca arsuri la nivelul pielii și cataractă la ochi. Ultravioletul este clasificat în UV apropiat, mediu și îndepărtat în funcție de energie, unde ultravioletele apropiate și medii sunt neionizante din punct de vedere tehnic, dar unde toate lungimile de undă UV pot provoca reacții fotochimice care într-o oarecare măsură imită ionizarea (inclusiv deteriorarea ADN-ului și carcinogeneza). Radiația UV peste 10 eV (lungimea de undă mai mică de 125 nm) este considerată ionizantă. Cu toate acestea, restul spectrului UV de la 3,1 eV (400 nm) la 10 eV, deși tehnic neionizant, poate produce reacții fotochimice care dăunează moleculelor prin alte mijloace decât căldura simplă. Deoarece aceste reacții sunt adesea foarte asemănătoare cu cele cauzate de radiațiile ionizante, adesea întregul spectru UV este considerat a fi echivalent cu radiația de ionizare în interacțiunea sa cu multe sisteme (inclusiv sisteme biologice).
De exemplu, lumina ultravioletă, chiar și în domeniul neionizant, poate produce radicali liberi care induc leziuni celulare și pot fi cancerigene . Fotochimia, cum ar fi formarea dimerilor pirimidinici în ADN, se poate întâmpla prin majoritatea benzii UV, incluzând o mare parte din banda care este formal neionizantă. Lumina ultravioletă induce producția de melanină din celulele melanocite pentru a provoca bronzarea solară a pielii. Vitamina D este produsă pe piele printr-o reacție radicală inițiată de radiațiile UV.
Ochelarii de soare din plastic ( policarbonat ) absorb în general radiațiile UV. Supraexpunerea UV la ochi provoacă orbire la zăpadă , comună în zonele cu suprafețe reflectorizante, cum ar fi zăpada sau apa.
Lumina vizibila
Lumina sau lumina vizibilă este gama foarte îngustă de radiații electromagnetice care este vizibilă pentru ochiul uman (aproximativ 400-700 nm), sau până la 380-750 nm. Mai larg, fizicienii se referă la lumină ca radiație electromagnetică a tuturor lungimilor de undă, indiferent dacă este vizibilă sau nu.
Lumina vizibilă cu energie ridicată este lumină albastru-violet cu un potențial dăunător mai mare.
Infraroşu
Lumina cu infraroșu (IR) este o radiație electromagnetică cu o lungime de undă cuprinsă între 0,7 și 300 micrometri, care echivalează cu un interval de frecvență între aproximativ 1 și 430 THz. Lungimile de undă IR sunt mai lungi decât cea a luminii vizibile, dar mai scurte decât cea a microundelor cu radiație terahertz. Lumina puternică a soarelui oferă o iradiere de puțin peste 1 kilowatt pe metru pătrat la nivelul mării. Din această energie, 527 de wați sunt radiații infraroșii, 445 de wați este lumină vizibilă, iar 32 de wați sunt radiații ultraviolete.
Cuptor cu microunde
Microundele sunt unde electromagnetice cu lungimi de undă variind de la un metru până la un milimetru sau echivalent, cu frecvențe cuprinse între 300 MHz (0,3 GHz) și 300 GHz. Această definiție amplă include atât UHF, cât și EHF (unde milimetrice), iar diverse surse utilizează limite diferite. În toate cazurile, cuptorul cu microunde include întreaga bandă SHF (3 până la 30 GHz sau 10 până la 1 cm) cel puțin, cu inginerie RF care pune deseori limita inferioară la 1 GHz (30 cm), iar partea superioară în jur de 100 GHz (3 mm) . Aplicațiile includ telefoane mobile (radare), scanere de aeroport, cuptoare cu microunde, sateliți de teledetecție și comunicații radio și prin satelit.
Unde radio
Undele radio sunt un tip de radiație electromagnetică cu lungimi de undă în spectrul electromagnetic mai lungi decât lumina infraroșie. La fel ca toate celelalte unde electromagnetice, acestea călătoresc cu viteza luminii. Undele radio naturale se produc prin fulgere sau prin obiecte astronomice. Undele radio generate artificial sunt utilizate pentru comunicații radio fixe și mobile, difuzare, radar și alte sisteme de navigație, comunicații prin satelit, rețele de calculatoare și nenumărate alte aplicații. Diferite frecvențe ale undelor radio au caracteristici de propagare diferite în atmosfera Pământului; undele lungi pot acoperi o parte a Pământului foarte consecvent, undele mai scurte pot reflecta ionosfera și pot călători în jurul lumii, iar lungimile de undă mult mai scurte se îndoaie sau reflectă foarte puțin și se deplasează pe o linie de vedere.
Frecvență foarte joasă (VLF)
Frecvența foarte joasă sau VLF este intervalul de RF de la 3 la 30 kHz. Deoarece nu există prea multă lățime de bandă în această bandă a spectrului radio, sunt utilizate doar cele mai simple semnale, cum ar fi pentru navigația radio. Cunoscută și sub numele de bandă miriametrică sau undă miriametrică, deoarece lungimile de undă variază de la zece la un miriametru (o unitate metrică învechită egală cu 10 kilometri).
Frecvență extrem de joasă (ELF)
Frecvența extrem de joasă (ELF) este gama de frecvențe de radiație de la 300 Hz la 3 kHz. În știința atmosferei, o definiție alternativă este de obicei dată, de la 3 Hz la 3 kHz. În știința magnetosferei conexe, oscilațiile electromagnetice cu frecvență inferioară (pulsații care apar sub ~ 3 Hz) sunt considerate a fi în domeniul ULF, care este astfel definit și diferit de benzile radio ITU.
Radiație termala
Radiația termică, un sinonim comun pentru infraroșu atunci când apare la temperaturi întâlnite în mod obișnuit pe Pământ, este procesul prin care suprafața unui obiect își radiază energia termică sub formă de unde electromagnetice. Radiațiile infraroșii pe care le simțiți emanând de la un încălzitor de uz casnic, lampa cu căldură cu infraroșu sau cuptorul de bucătărie sunt exemple de radiații termice, la fel ca și IR și lumina vizibilă emisă de un bec incandescent strălucitor (nu suficient de fierbinte pentru a emite lumina albastră frecvențe și, prin urmare, apar gălbuie; lămpile fluorescente nu sunt termice și pot apărea mai albastre). Radiația termică este generată atunci când energia din mișcarea particulelor încărcate în molecule este convertită în energia radiantă a undelor electromagnetice. Frecvența de undă emisă a radiației termice este o distribuție de probabilitate în funcție doar de temperatură, iar pentru un corp negru este dată de legea radiației lui Planck. Legea deplasării Wien oferă frecvența cea mai probabilă a radiației emise, iar legea Stefan – Boltzmann dă intensitatea căldurii (puterea emisă pe zonă).
Părți din spectrul electromagnetic al radiației termice pot fi ionizante, dacă obiectul care emite radiația este suficient de fierbinte (are o temperatură suficient de ridicată ). Un exemplu obișnuit de astfel de radiații este lumina soarelui, care este radiația termică din fotosfera Soarelui și care conține suficientă lumină ultravioletă pentru a provoca ionizarea în multe molecule și atomi. Un exemplu extrem îl reprezintă fulgerul de la detonarea unei arme nucleare , care emite un număr mare de raze X ionizante pur ca produs al încălzirii atmosferei din jurul bombei la temperaturi extrem de ridicate.
După cum sa menționat mai sus, chiar și radiația termică cu frecvență joasă poate provoca ionizarea temperaturii ori de câte ori depune suficientă energie termică pentru a ridica temperaturile la un nivel suficient de ridicat. Exemple obișnuite în acest sens sunt ionizarea (plasma) observată în flăcările obișnuite și modificările moleculare cauzate de „ rumenire ” în gătitul alimentar, care este un proces chimic care începe cu o componentă mare de ionizare.
Radiația corpului negru
Radiația corpului negru este radiația unui radiator idealizat care emite la orice temperatură cantitatea maximă posibilă de radiație la orice lungime de undă dată. Un corp negru va absorbi, de asemenea, radiația incidentă maximă posibilă la orice lungime de undă dată. Radiația emisă acoperă întregul spectru electromagnetic, iar intensitatea (puterea / unitatea-zonă) la o anumită frecvență este dictată de legea radiației Planck . Un corp negru la temperaturi la sau sub temperatura camerei ar părea astfel absolut negru, deoarece nu ar reflecta nicio lumină. Teoretic, un corp negru emite radiații electromagnetice pe întregul spectru de la unde radio de frecvență foarte joasă la raze X. Frecvența la care radiația corpului negru este maximă este dată de legea deplasării lui Wien .
Vezi si
- Hipersensibilitate electromagnetică
- Radiații electromagnetice și sănătate
- Hărțuirea electronică
- Radiații ionizante
- Radiații și sănătate ale telefonului mobil
- Dispozitive electronice fără fir și sănătate