Foarte foarte foarte scurt ghid al radiaţiilor electromagnetice

Pentru că pe internet circulă tot felul de temeri ce ţin de fenomenul ăsta numit “radiaţii”, m-am gândit să scriu un foarte scurt ghid despre radiaţiile electromagnetice care să te mai liniştească. Mă rog, e mai degrabă un dicţionar explicativ ce conţine strictul necesar. D-aia e un pic mai seacă postarea asta decât toate celelalte, dar cred că ajută în cazul ăsta. Oricum aceste concepte şi idei apar şi în alte postări de pe site-ul ăsta şi în orice enciclopedie, deci nu e nimic obscur. Hai să-i dăm drumu’.

Radiaţiile şi radioactivitatea

Radiaţia, în fizică, este emisia şi transmisia de energie sub formă de unde sau particule prin spaţiu sau un mediu material. Radiaţia poate fi de mai multe feluri: electromagnetică (unde radio, infraroşu, lumină vizibilă etc.), de particule (radiaţia alpha, radiaţia beta, etc.), acustică (unde sonore, unde seismice), gravitaţională (unde ale spaţiu-timpului produse de ciocniri dintre obiecte cosmice masive). Radiaţia este pur şi simplu energie (electromagnetică, cinetică etc.) care radiază, care se propagă. Nu este inerent nocivă. Undele sonore care se propagă prin aer atunci când vorbeşti reprezintă o formă de radiaţie, de exemplu.

Radioactivitatea este procesul natural şi spontan prin care atomii instabili ai unui element chimic emit energie în exces sub formă de particule sau unde. De exemplu, când atomul de Uraniu-238 devine prea instabil, acesta emite o particulă alpha (radiaţie alpha, formată din doi protoni şi doi neutroni, practic nucleul unui atom de Heliu) şi nişte energie, rămânând în urmă doar un atom de Toriu-234.

Spectrul electromagnetic

Spectrul electromagnetic reprezintă întreaga gamă de radiaţii electromagnetice. Radiaţia electromagnetică reprezintă forma de energie produsă prin perturbarea câmpului electromagnetic. “Mesagerii” acestui tip de radiație sunt fotonii (particule elementare responsabile pentru toate fenomenele electromagnetice). Toate radiațiile electromagnetice au atât surse naturale, cât și artificiale.

Radiaţiile electromagnetice au trei caracteristici foarte importante: lungimea de undă, frecvenţa şi energia.

Lungimea de undă reprezintă distanţa dintre “crestele” undelor electromagnetice. Aceasta se măsoară în metri, milimetri, micrometri, nanometri, picometri etc, în funcţie de tipul de radiaţie.

Frecvenţa reprezintă numărul de cicluri ale undelor electromagnetice care au loc într-o anumită perioadă de timp. Se măsoară în hertz (Hz).

Energia reprezintă energia radiaţiilor electromagnetice şi se măsoară în electronvolţi (eV).

Există o legătură directă între lungimea de undă, frecvenţa şi energia radiaţiei electromagnetice: cu cât are lungimea de undă mai mare, cu cât frecvenţa şi energia sunt mai joase, iar cu cât are lungimea de undă mai mică, cu atât are frecvenţa şi energia mai mare.

[NB: În funcție de sursă, lungimea de undă, frecvența și energia unui tip de radiație electromagnetică pot avea valori diferite (foarte ușor diferite). În contextul acestei postări, ele sunt prezente pentru a-ți putea face o imagine în ceea ce privește relația dintre acestea și să le compari.]

De asemenea, indiferent că vorbim de microunde, raze X, infraroșu, lumină vizibilă, toate radiațiile electromagnetice sunt în esență aceeași chestie, doar că le diferă cele trei proprietăți prezentate mai sus. E ca și cum ai avea un elastic: dacă tragi de el mai mult poți să zici că reprezintă undele ultraviolete, dacă tragi mai puțin poți să zici că reprezintă undele infraroșii. Practic radiațiile electromagnetice sunt niște nume pe care noi le-am dat anumitor porțiuni din acest spectru larg de radiații.

Radiaţiile ionizante

Radiaţiile ionizante reprezintă radiaţia cu destulă energie încât să interacţioneze cu un atom şi să îi “zboare de pe orbită” un electron, transformând atomul respectiv într-un ion pozitiv (un atom care are mai puțini electroni decât în mod normal), un atom încărcat electric cu sarcină pozitivă (în general un atom normal are sarcina electrică neutră). Au frecvenţa destul de mare şi lungimea de undă destul de mică încât să acţioneze asupra atomilor şi interiorului lor. Acestea sunt radiaţiile periculoase pentru noi.

Razele gamma sunt cele mai puternice radiaţii electromagnetice, cu cea mai mare energie şi cea mai mică lungime de undă. Orientativ, ca mărime sunt cam cât nucleul unui atom. Se produce prin dezintegrarea diverselor elemente chimice radioactive. Pe Pământ și în Univers surse naturale de raze gamma sunt izotopi naturali precum potasiu-40 (care se găseşte în mod natural în banane, animale şi oameni), diverse interacţiuni ale atmosferei Pământului cu particule ale razelor cosmice şi alte surse cosmice (pulsari, nove, supernove). Majoritatea razelor gamma venite din spaţiu sunt absorbite de atmosferă, viaţa de pe Pământ fiind astfel protejată. Deşi au efecte nocive asupra corpului uman la nivel celular, acestea sunt folosite în medicină pentru realizarea diverselor diagnostice (PET scans – tomografie cu emisie de pozitroni) și pentru conservarea diverselor alimente. Lungime de undă: <1 pm (picometri). Energie: 1.24 MeV (megaelectronvolţi) – 1.24 keV (kiloelectronvolţi).

Razele X se suprapun uşor cu razele gamma şi au energie mai mică decât acestea şi lungimea de undă mai mare, dar tot prezintă în general un pericol pentru noi. Ca mărime sunt cam cât un atom. Surse naturale de raze X sunt roiuri de galaxii, stelele, supernovele, novele, găurile negre, Luna (deşi majoritatea strălucirii razelor X este reflectată de la Soare) etc. La fel ca razele gamma, şi razele X sunt în mare parte absorbite în de atmosferă. Deşi sunt radiaţii ionizante şi în general sunt nocive pentru oameni (și de fapt pentru orice organism), sunt folosite în medicină pentru a diagnostica diverse boli şi afecţiuni, pentru că în general timpul de expunere la ele este foarte scurt şi nu apucă să facă stricăciuni. Lungime de undă: 1 nm – 1 pm. Energie: 124 keV – 124 eV.

Undele ultraviolete nu sunt integral radiaţii ionizante, ci doar cele cu lungimea de undă între 124 nm şi 10 nm. Deşi există animale ce pot vedea radiaţia ultravioletă, oamenii nu pot să facă acest lucru pentru că e blocată de cristalin (care blochează radiaţiile cu lungimea de undă între 300 şi 400 nm), deşi există excepţii. Ca mărime sunt cam cât o moleculă. O sursă naturală de unde ultraviolete (şi cea mai mare pentru noi) o reprezintă Soarele. Pot cauza stricăciuni în atomii celulelor din piele (de exemplu), cauzând cancer de piele. De aceea stratul de ozon din atmosferă este o binecuvântare pentru că absoarbe o bună parte din acest tip de radiaţie. Pe de altă parte, puţină lumină ultravioletă nu strică, deoarece stimulează corpul să producă vitamina D. Partea proastă e că dacă vrem să le studiem, trebuie să o facem din spaţiu. Lungime de undă: 1 nm – 400 nm. Energie: aprox. 124 eV – 3,3 eV.

Lumina vizibilă

Deşi uneori în fizică termenul de lumină se referă şi la celelalte tipuri e radiaţie electromagnetică, în general este vorba de lumina vizibilă, acea fâşie foarte mică de radiaţie electromagnetică cu lungimea de undă cuprinsă între 400 nm şi 650-700 nm. Este radiaţia electromagnetică pe care noi o putem vedea şi are energia cuprinsă între 3,3 şi 1,7 eV. Se află (din punctul nostru de vedere) în mijlocul spectrului electromagnetic. Noi percepem lumina vizibilă în diverse culori în funcţie de frecvenţa, lungimea de undă şi energia ei. Lumina albastră bate spre lumina ultravioletă, iar lumina roşie bate spre lumina infraroşie. În afară de lumina vizibilă, în general toate tipurile de radiație electromagnetică sunt invizibile pentru ochiul uman, pentru că acesta s-a specializat doar pe această plajă foarte îngustă a spectrului electromagnetic. În mod normal lumina vizibilă nu este nocivă pentru om, având energia şi frecvenţa mult mai mici, iar lungimea de undă mult mai mare decât radiaţiile ionizante. Mărimea luminii vizibile este cam cât o bacterie, de aceea nu putem vedea obiecte mai mici decât acestea (precum virusuri sau atomi) cu un telescop optic (care se foloseşte de lumina vizibilă).

Radiaţiile neionizante

Radiaţiile neionizante se referă la radiaţiile electromagnetice care nu au destulă energie pentru a ioniza atomi. Astfel, acestea nu pot produce stricăciuni în interiorul atomilor. În schimb, acestea au capacitatea de a excita moleculele, furnizându-le energie cinetică şi crescând temperatura corpului alcătuit din ele. De aceea sunt în general folosite la încălzire (tablouri cu infraroşu, cuptoare cu microunde etc.) Au energia şi frecvenţa mai mici decât lumina vizibilă şi lungimea de undă mai mare decât aceasta. Singurele probleme de sănătate pe care le poate dezvolta corpul uman ca rezultat al expunerii la radiaţii neionizante ar rezulta din încălzirea excesivă. Cu toate acestea energia întâlnită de oameni în viaţa de zi cu zi (că e de la diverse surse artificiale sau naturale) nu este destul de mare încât să cauzeze probleme (asta dacă nu cumva eşti destul de imbecil să îţi bagi capul în cuptorul cu microunde în timp ce funcţionează).

Conform Organizaţiei Mondiale a Sănătăţii:

“În domeniul efectelor biologice şi aplicaţiilor medicale ale radiaţiilor neionizante, aproximativ 25.000 de articole [adică studii științifice – n.r.] au fost publicate în ultimii 30 de ani. În ciuda părerii unor oameni că e nevoie de mai multe studii şi cercetare, cunoştinţele ştiinţifice în acest domeniu sunt acum mai extinse decât cele pentru majoritatea substanţelor chimice. În baza unor revizuiri aprofundate recente a literaturii ştiinţifice, OMS a concluzionat că dovezile actuale nu confirmă existenţa oricăror consecinţe asupra sănătăţii cauzate de expunerea la câmpuri electromagnetice de nivel scăzut. Cu toate acestea, există unele lacune în cunoaşterea efectelor biologice şi necesită o cercetare ulterioară.”

Infraroşul (lumina infraroşie, radiaţiile infraroşii) are energia şi frecvenţa mai mici decât lumina vizibilă şi lungimea de undă mai mare. Ca mărime sunt cam cât vârful unui ac. În general nu putem vedea acest tip de radiaţie, dar îl simţim ca energie termică (“căldură”). Există animale ce pot vedea în infraroşu: şerpi, insecte care se hrănesc cu sânge (ex. ţânţari), unii peşti (peştişorii aurii, piranha, somonii), broaştele. Orice corp din Univers care are o temperatură de peste 0 K (0 grade Kelvin) emite radiaţii infraroşii, indiferent că vorbim de o ființă sau un obiect neînsuflețit precum o piatră. Aplicaţiile radiaţiilor infraroşii sunt numeroase: de la vedere pe timpul nopţii, până la încălzire, răcire, spectroscopie şi astronomie. Lungime de undă: 750 nm – 1 mm. Energie: 1,7 eV – 1,24 meV.

Microundele au energia şi frecvenţa şi mai mici decât lumina vizibilă şi lungimea de undă şi mai mare. Ca mărime sunt cam cât o insectă. La fel ca radiaţiile infraroşii, acestea sunt emise de orice corp care are o temperatură de peste 0 K, inclusiv oamenii (deşi le emitem în cantităţi mai mici decât cele infraroşii). Una din cele mai mari surse de microunde din Univers este chiar Universul: peste tot în jurul nostru există ceea ce numim Cosmic Background Radiation, o radiaţie din microunde care ne înconjoară uniform şi este lumina care a provenit de la Big Bang. De asemenea, şi Soarele şi alte obiecte cosmice emit cantităţi mici de microunde. Sunt folosite în comunicaţii, navigaţie, radioastronomie, spectroscopie şi pentru a încălzi mâncarea. Lungimea de undă: 1 mm – 1 m. Energie: 1,24 meV – 1,24 µeV (microelectronvolţi).

Undele radio au cea mai joasă energie şi frecvenţă şi cea mai mare lungime de undă. Câteva surse naturale de unde radio sunt fulgerele, Soarele, diferite obiecte cosmice precum cuasari sau pulsari. Undele radio sunt în principal folosite la comunicaţii, navigaţie şi radioastronomie. Lungimea de undă: 1 m – 100.000 km. Energie: 1,24 µeV – 12,4 feV (femtoelectronvolţi).

[Sursă feature image: Planetary Society.]