輻射(物理名詞)

輻射(物理名詞)

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輻射指的是由場源發出的電磁能量中一部分脫離場源向遠處傳播,而後不再返回場源的現象,能量電磁波粒子(如阿爾法粒子貝塔粒子等)的形式向外擴散。自然界中的一切物體,只要溫度在絕對溫度零度(-273.15攝氏度)以上,都以電磁波和粒子的形式時刻不停地向外傳送熱量,這種傳送能量的方式被稱為輻射。輻射之能量從輻射源向外所有方向直線放射。物體通過輻射所放出的能量,稱為輻射能。輻射按倫琴 /小時(R)計算。輻射有一個重要特點,就是它是“對等的”。不論物體(氣體)溫度高低都向外輻射,甲物體可以向乙物體輻射,同時乙也可向甲輻射。一般普遍將這個名詞用在電離輻射。輻射本身是中性詞,但某些物質的輻射可能會帶來危害

基本介绍

  • 中文名:輻射
  • 外文名:Radiation
  • 本質:物理名詞 
  • 拼音:fú shè
  • 套用學科:電信
概述,輻射介紹,輻射原理,主要種類,電離輻射,非電離輻射,常見輻射,太陽輻射,電磁輻射,熱輻射,影響因素,鑑別方法,

概述

根據與場源的關係,電磁波可以分為束縛電磁波與自由電磁波兩種。束縛電磁波主要集中在場源附近,以感應場的形式存在。它的能量不僅在電能與磁能兩種形式之間轉換,也在場源和周圍空間之間轉換,但沒有功率向遠處傳播。自由電磁波的能量能夠脫離場源,以電磁波的形式向遠處傳播,其電磁場稱為輻射場。在場源附近,束縛電磁波的能量遠大於自由電磁波的能量,而在遠離場源的地方,後者的能量遠大於前者。
電磁輻射與波源的頻率有關,當產生電磁波的振盪源的頻率提高到使其波長可與天線(輻射器)的尺寸相比擬時,輻射能量就顯著增長。輻射的強弱還與波源的形狀及分布有關。感應場的範圍與波長λ有關。呈輻射源的距離小於λ/2π的區域內,基本上以感應場為主,因此又稱為近區。而輻射場便相應的稱為遠區。

輻射介紹

熱的傳播方式的一種,從熱源沿直線向四周發射出去。光線無線電波等電磁波的傳播也叫輻射。

輻射原理

輻射指的是能量或是次原子粒子移動的型態傳送。輻射之能量從輻射源向外所有方向直線放射。
輻射以電磁波和粒子(如阿爾法粒子貝塔粒子等)的形式向外放散。無線電波和光波都是電磁波。它們的傳播速度很快,在真空中的傳播速度與光波(3×10^8米/秒)相同。

主要種類

可見光也屬於輻射,一般可依其能量的高低及電離物質的能力分類為電離輻射非電離輻射。一般普遍將這個名詞用在電離輻射。電離輻射具有足夠的能量可以將原子分子電離化,非電離輻射則否。輻射活性物質是指可放射出電離輻射之物質。電離輻射主要有三種:α、β及γ輻射(或稱射線)。

電離輻射

擁有足夠高能量的輻射,可以把原子電離。一般而言,電離是指電子被電離輻射從電子殼層中擊出,使原子帶正電。由於細胞由原子組成,電離作用可以引致癌症。一個細胞大約由數萬億個原子組成。電離輻射引致癌症的幾率取決於輻射劑量率及接受輻射生物之感應性。α、β、γ輻射及中子輻射均可以加速至足夠高能量電離原子。

非電離輻射

非電離輻射之能量較電離輻射弱。非電離輻射不會電離物質,而會改變分子或原子之旋轉,振動或價層電子軌態。非電離輻射對生物活組織的影響被研究的時間並不長。不同的非電離輻射可產生不同之生物學作用。

常見輻射

太陽輻射

太陽向宇宙空間發射的電磁波和粒子流。地球所接受到的太陽輻射能量僅為太陽向宇宙空間放射的總輻射能量的二十億分之一,但卻是地球大氣運動的主要能量源泉。到達地球大氣上界的太陽輻射能量稱為天文太陽輻射量。在地球位於日地平均距離處時,地球大氣上界垂直於太陽光線的單位面積在單位時間內所受到的太陽輻射的全譜總能量,稱為太陽常數。太陽常數的常用單位為瓦/米2。因觀測方法和技術不同,得到的太陽常數值不同。世界氣象組織(WMO)1981年公布的太陽常數值是1368瓦/米2。地球大氣上界的太陽輻射光譜的99%以上在波長 0.15~4.0微米之間。大約50%的太陽輻射能量在可見光譜區(波長0.4~0.76微米),7%在紫外光譜區(波長0.76微米),最大能量在波長0.475微米處。由於太陽輻射波長較地面和大氣輻射波長(約3~120微米)小得多,所以通常又稱太陽輻射為短波輻射,稱地面和大氣輻射為長波輻射。太陽活動和日地距離的變化等會引起地球大氣上界太陽輻射能量的變化太陽輻射通過大氣,一部分到達地面,稱為直接太陽輻射;另一部分為大氣的分子、大氣中的微塵、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太陽輻射一部分返回宇宙空間,另一部分到達地面,到達地面的這部分稱為散射太陽輻射。到達地面的散射太陽輻射和直接太陽輻射之和稱為總輻射。太陽輻射通過大氣後,其強度和光譜能量分布都發生變化。到達地面的太陽輻射能量比大氣上界小得多,在太陽光譜上能量分布在紫外光譜區幾乎絕跡,在可見光譜區減少至40%,而在紅外光譜區增至60%。
天文輻射的時空變化特點是:①全年以赤道獲得的輻射最多,極地最少。這種熱量不均勻分布,必然導致地表各緯度的氣溫產生差異,在地球表面出現熱帶、溫帶和寒帶氣候;②天文輻射夏大冬小,它導致夏季溫高冬季溫低。大氣對太陽輻射的削弱作用包括大氣對太陽輻射的吸收、散射和反射。太陽輻射經過整層大氣時,0.29μm以下的紫外線幾乎全部被吸收,在可見光區大氣吸收很少。在紅外區有很強的吸收帶。大氣中吸收太陽輻射的物質主要有臭氧水汽液態水,其次有二氧化碳甲烷一氧化二氮塵埃等。雲層能強烈吸收和散射太陽輻射,同時還強烈吸收地面反射的太陽輻射。雲的平均反射率為0.50~0.55。經過大氣削弱之後到達地面的太陽直接輻射散射輻射之和稱為太陽總輻射。就全球平均而言,太陽總輻射只占到達大氣上界太陽輻射的45%。總輻射量隨緯度升高而減小,隨高度升高而增大。一天內中午前後最大,夜間為0;一年內夏大冬小。

電磁輻射

電磁波(又稱電磁輻射)是由同相振盪且互相垂直的電場磁場在空間中以的形式移動,其傳播方向垂直於電場與磁場構成的平面,有效的傳遞能量動量。電磁輻射可以按照頻率分類,從低頻率到高頻率,包括無線電波微波紅外線可見光紫外線、(電離輻射)X射線伽馬射線等等。人眼可接收到的電磁輻射,波長大約在380至780納米之間,稱為可見光。只要是本身溫度大於絕對零度的物體,都可以發射電磁輻射,而世界上並不存在溫度等於或低於絕對零度的物體。因此,人們周邊所有的物體時刻都在進行電磁輻射。儘管如此,只有處於可見光頻域以內的電磁波,才是可以被人們看到的。電磁波不需要依靠介質傳播,各種電磁波在真空中速率固定,速度為光速
1.常見的電磁輻射源 :一般來說,雷達系統、電視、手機和廣播發射系統、射頻感應及介質加熱設備、射頻及微波醫療設備、各種電加工設備、通信發射台站、衛星地球通信站、大型電力發電站、輸變電設備、高壓及超高壓輸電線、捷運列車及電氣火車以及大多數家用電器等都是可以產生各種形式、不同頻率、不同強度的電磁輻射源。
2.電磁
輻射場區的劃分:電磁輻射場區一般分為遠區場和近區場。
3.1.近區場及特點:以場源為中心,在一個波長範圍內的區域,通常稱為近區場,也可稱為感應場。近區場通常具有如下特點:近區場內,電場強度與磁場強度的大小沒有確定的比例關係。即:E¹377H。一般情況下,對於電壓高電流小的場源(如發射天線、饋線等),電場要比磁場強得多,對於電壓低電流大的場源(如某些感應加熱設備的模具),磁場要比電場大得多。近區場的電磁場強度比遠區場大得多。從這個角度上說,電磁防護的重點應該在近區場。近區場 的電磁場強度隨距離的變化比較快,在此空間內的不均勻度較大。
3.2遠區場及特點在以場源為中心,半徑為一個波長之外的空間範圍稱為遠區場,也可稱為輻射場。遠區場的主要特點如下:在遠區場中,所有的電磁能量基本上均以電磁波形式輻射傳播,這種場輻射強度的衰減要比感應場慢得多。 在遠區場,電場強度與磁場強度有如下關係:在國際單位制中,E=377H,電場與磁場的運行方向互相垂直,並都垂直於電磁波的傳播方向。遠區場為弱場,其電磁場強度均較小。
3.3近區場與遠區場劃分的意義:通常,對於一個固定的可以產生一定強度的電磁輻射源來說,近區場輻射的電磁場強度較大,所以,我們應該格外注意對電磁輻射近區場的防護。另外,應該有對近區場一個概念,對我們最經常接觸的從短波段30MHz到微波段的3000MHz的頻段範圍,其波長範圍從10米到0.1米。

熱輻射

熱輻射,是一種物體用電磁輻射的形式把熱能向外散發的熱傳方式。它不依賴任何外界條件而進行。它是熱的三種主要傳導方式之一。
任何物體在發出輻射能的同時,也不斷吸收周圍物體發來的輻射能。一物體輻射出的能量與吸收的能量之差,就是它傳遞出去的淨能量。物體的輻射能力(即單位時間內單位表面向外輻射的能量),隨溫度的升高增加很快。
輻射能被物體吸收時發生熱的效應,物體吸收的輻射能不同,所產生的溫度也不同。因此,輻射是能量轉換為熱量的重要方式。輻射傳熱(radiant heat transfer)指依靠電磁波輻射實現熱冷物體間熱量傳遞的過程,是一種非接觸式傳熱,在真空中也能進行。物體發出的電磁波,理論上是在整個波譜範圍內分布,但在工業上所遇到的溫度範圍內,有實際意義的是波長位於0.38~1000μm之間的熱輻射,而且大部分位於紅外線(又稱熱射線)區段中0.76~20μm的範圍內。所謂紅外線加熱,就是利用這一區段的熱輻射。研究熱輻射規律,對於爐內傳熱的合理設計十分重要,對於高溫爐操作工的勞動保護也有積極意義。當某系統需要保溫時,即使此系統的溫度不高,輻射傳熱的影響也不能忽視。如保溫瓶膽鍍銀,就是為了減少由輻射傳熱造成的熱損失。
一般說來,當一物體受到其他物體投來的輻射(能量為Q)時,其中被吸收轉為熱能的部分為QA,被反射的部分為QR,透過物體的部分為QD,顯然這些部分與總能量之間有下式所示的關係:
QA+QR+QD=Q如果把A=QA/Q稱為吸收率,R=QR/Q稱為反射率,D=QD/Q稱為穿透率
則有: A+R+D=1若物體的A=1,R=D=0,即到達該物體表面的熱輻射的能量完全被吸收,此物體稱為絕對黑體,簡稱黑體。
若R=1,A=D=0,即到達該物體表面的熱輻射的能量全部被反射;
當這種反射是規則的,此物體稱為鏡體;如果是亂反射,則稱為絕對白體
若D=1,A=R=0,即到達物體表面的熱輻射的能量全部透過物體,此物體稱為透熱體。
實際上沒有絕對黑體和絕對白體,僅有些物體接近絕對黑體或絕對白體。
例如:沒有光澤的黑漆表面接近於黑體,其吸收率為0.97~0.98;磨光的銅表面接近於白體,其反射率可達0.97。
影響固體表面的吸收和反射性質的,主要是表面狀況和顏色,表面狀況的影響往往比顏色更大。固體和液體一般是不透熱的。熱輻射的能量穿過固體或液體的表面後只經過很短的距離(一般小於1mm,穿過金屬表面後只經過1μm),就被完全吸收。氣體對熱輻射能幾乎沒有反射能力,在一般溫度下的單原子和對稱雙原子氣體(如 Ar、He、H2.N2.O2等),可視為透熱體,多原子氣體(如CO2、H2O、SO2、NH3、CH4等)在特定波長範圍內具有相當大的吸收能力。

影響因素

弱相互作用是自然界的4種基本相互作用之一。簡稱弱作用。弱相互作用是基本粒子之間一種特殊作用,它和強相互作用,電磁作用和萬有引力作用並成為四種基本相互作用
最早觀察到的弱作用現象是原子核β衰變。後來又觀察到介子重子輕子通過弱作用的衰變中微子散射等弱作用過程。弱作用的力程在四種作用中是最短的,在低能過程中可以近似地看作是參與弱作用過程的粒子在同一點的作用。
分析實驗的經過發現,費米子在一點的弱作用(稱為費米作用),是兩個費密子弱作用流的耦合,所謂弱作用流相當於電磁作用的電流。耦合常數G與質子質量二次方的乘積是無量綱的,比電磁作用的精細結構常數小1000倍。這個比例反映了兩種作用在低能下強度的差別。
弱相互作用的另一個特點是對稱性低。在弱相互作用中,空間反射、電荷共軛和時間反演的對稱性都被破壞;同位旋奇異數粲數底數等在強作用下守恆的量子數都不守恆。但是破壞時間反演的弱作用比不破壞時間反演的弱作用弱得多。
弱相互作用與電磁相互作用雖然很不相同,卻又有相似之處。弱作用流與電流一樣是守恆的,它們之間還有以對稱性相聯繫的關係。
有兩種弱相互作用,一種是有輕子(電子e,中微子ν,μ子以及它們的反粒子)參與的反應,如β衰變,正β衰變,μ子的衰變以及π介子的衰變等;另一種是Κ介子和∧超子的衰變。這兩種弱相互作用的強度相同,都比強相互作用弱10^12倍,相互作用時間約為10^(-6)~10^(-8)s 。
質子和中子能夠通過以下弱相互作用過程互化:1.質子+電子=(可逆)中子+電子中微子2.質子+反電子中微子=(可逆)中子+正電子

鑑別方法

電磁輻射和電磁輻射污染區別
電磁輻射和電磁輻射污染是兩個概念,任何帶電體都有電磁輻射,當電磁輻射強度超過國家標準,就會產生負面效應,引起人體的不同病變和危害,這部分超過標準的電磁場強度的輻射叫電磁輻射污染。
手機基站輻射對人身體影響
手機輻射與手機基站輻射的不同。一般一部手機的電磁輻射值在0.03-0.7之間,而一個手機基站的輻射值在10微瓦。一個手機基站所產生的輻射值比一部手機的值高不出多少。另外,電磁輻射是距離越近、受輻射時間越長,所受到的傷害越深。而一般的居民家樓屋頂上安裝的手機基站離我們的距離為安全距離,所以這種影響是比較小的。

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