SUGÁRZÁSOK. ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK. Talián Csaba Gábor Biofizikai Intézet 2012. április 17.
MI A SUGÁRZÁS?
ENERGIA TERJEDÉSE A TÉRBEN RÉSZECSKÉK VAGY HULLÁMOK HALADÓ MOZGÁSA RÉVÉN Részecske: α-, β-sugárzás Elektromágneses sugárzás Mechanikai: hangsugárzás sugárforrás sugárzás besugárzott test Ionizáló: részecskesugárzás, UV, röntgen, γ-sugárzás Nem ionizáló ENERGIA
SUGÁRFORRÁS Ω / izotróp anizotróp felületi teljesítmény (M és Ebe) Δ Δ P 4 Δ Δ
Energiaáram-erősség: Δ Δ a sugárzásra jellemző mennyiség Energiaáram-sűrűség, intenzitás, fluxus: Δ Δ szemléltetése áramvonalakkal
r A l Nem változik 2 ~ 1 Nem merőleges esetre: E be = E be, max cosα
HULLÁMOK
FERMAT-ELV
HUYGENS-ELV
INTERFERENCIA, DIFFRAKCIÓ
POLARIZÁCIÓ
ELNYELÉS Lambert-Beer törvény: A OD E ln
HŐMÉRSÉKLETI SUGÁRZÁS.
ELEKTROMÁGNESES SUGÁRZÁS. C 1 C D D. 1
RÁDIÓHULLÁMOK EM sugárzás Tulajdonságok Keletkezés Felhasználás Extrém alacsony frekvencia (ELF) 3-30 (-300) Hz 100.000-10.000 km Villám, elektromos hálózatok Katonai kommunikáció (tengeralattjárók), meteorológia Szuperalacsony frekvencia (SLF) 30-300 Hz 10.000-1.000 km Mint ELF Mint ELF, rádióamatőrök Ultraalacsony frekvencia (ULF) 300-3000 Hz 1.000-100 km (hangfrekvencia) Külső légkör Magnetoszféra-kutatás, szeizmológia, katonai kommunikáció (talajban!) Nagyon alacsony frekvencia (VLF) 3-30 khz 100-10 km Villám Rádiónavigáció, órajelsugárzás, biztonságos katonai komm. (felszíni tengeralattjárók) Hosszúhullám (LF) 30-300 khz 10-1 km Elektromos zaj, villám, sarki fény AM rádiózás, órajelek, légiirányítás, katonai komm. Középhullám (MF) 300 khz-3 MHz 1.000-100 m AM rádiózás, partiőrség Rövidhullám (SW) 3-30 MHz 100-10 m Rádiózás, CB, repüléskommunikáció
RÁDIÓHULLÁMOK EM sugárzás Tulajdonságok Keletkezés Felhasználás Nagyon magas frekvencia (VHF) 30-300 MHz 10-1 m FM, URH rádiózás, televízió, radar, vízi és légi navigáció, MRI Deciméteres hullám (UHF) 300 MHz - 3 GHz 1 m - 10 cm Televízió, MRI, mobiltelefon, mikrohullámú sütő Centiméteres hullám (SHF) 3-30 GHz 10-1 cm WLAN, radar, rádiócsillagászat, műholdas televízió Milliméteres hullám (EHF) 30-300 GHz 1 cm 1 mm oxigénrezonancia Rádiócsillagászat, meteorológia, távközlés, radar, wifi, sugárterápia, biztonsági scanner
EM sugárzás Mikrohullám (MW) Infravörös (IR) Látható fény Tulajdonságok Keletkezés Felhasználás 1-1000 GHz 30 cm 0,3 mm dipólus rezgések 300 GHz - 400 THz 1 mm - 750 nm kötési rezgések ~ 750-380 nm Gyenge σ- és π- elektronok gerjesztési energiája Félvezetők, vákuumcső (magnetron) Hőmérsékleti sugárzás Lézerek (CO 2 ) Hőmérsékleti sugárzás Lumineszcencia mikrohullámú sütő, radar, mézer, kábeltv és internet, WLAN, GPS, ESR Éjszakai látás, termográfia, haditechnika (pozícióbemérés, nyomkövetés), hőterápia, hőmérsékletmérés, hősugárzó, vezeték nélküli kommunikáció (rövidtávolságú), meteorológia, IR-spektroszkópia, csillagászat
INFRAVÖRÖS SUGÁRZÁS
EM sugárzás Ultraibolya (UV) Röntgen (XR) Gammasugárzás Tulajdonságok Keletkezés Felhasználás 800 THz 30 PHz 380 10 nm Külső héj elektron gerjesztési energia 30 PHz - 30 EHz 10 pm - 10 nm Belső héj elektron gerjesztési energia > 30 EHz < 10 pm Atommagok gerjesztési energiája Hőmérsékleti sugárzás, UV ívlámpák, UV-lézer, UV-LED, gázkisülési csövek (Ar) Röntgenfluoreszcencia (karakterisztikus) Fékezési sugárzás (folytonos) Radioaktív bomlás, elektromos légköri jelenségek, maghasadás és fúzió, szupernova, pulzár, kvazár, párképződés Csillagászat, spektroszkópia, sterilizálás, levegő- és víztisztítás, vízjel, tűzérzékelés, helyszínelés, fényterápia, szolárium stb. Képalkotás, CT, krisztallográfia, röntgencsillagászat, biztonsági scanner, röntgenmikroszkópia, ipari radiográfia (hegesztések) Konténer átvilágítás, sterilizálás, daganatsebészet (gamma-kés), PET, SPECT, gamma-kamera
FÉNY
KÖLCSÖNHATÁSOK Transzmisszió Szóródás Rayleigh Raman Reflexió Abszorpció Relaxáció Belső konverzió Intersystem crossing Quenching Lumineszcencia fluoreszcencia foszforeszcencia
ELEKTRONÁTMENETEK Felhasadó energiaszintek Kasha-szabály
JABLONSKI DIAGRAM
FLUORESZCENS SPEKTROSZKÓPIA
SZÓRÁS Rayleigh rugalmas Raman rugalmatlan
IONIZÁLÓ SUGÁRZÁSOK részecske jellege energia spektrum α hélium mag 4-8 MeV vonalas β e - vagy p + 1-2 kev- 50 MeV folytonos γ elektromágneses 100 kev- 10 MeV vonalas
LET = linear energy transfer 2
RADIOAKTÍV BOMLÁS α β γ
RÖNTGEN-KÖLCSÖNHATÁS SO: shake-off P: fotoionizáció A: Auger-bomlás F: röntgenfluoreszcencia S, RS: szóródás