Энергия ЭМИ

Рассмотрим ЭМИ следующих спектральных диапазонов:

электромагнитное ионизирующее излучение с длиной волны от 5.10~⁴ до 0,01 нм (у-излучение) и от 0,01 до 6 нм (рентгеновское излучение);

Ультрафиолетовое (УФ) излучение от 0,05 до 0,4 мкм;

Видимое излучение от 0,4 до 0,77 мкм; инфракрасное (ИК) излучение от 0,77 до 1000 мкм; сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение от 1 мм до 3м.

Специфика воздействия ЭМИ в основном объясняется различными значениями энергий квантов соответствующих частот. Энергия кванта W_KB связана с частотой излучения ? следующей зависимостью: W_m = ?f,

где h – постоянная Планка, равная 6,62—10~³⁴ Дж-с. Если энергию кванта измерять в электрон-вольтах, а длину волны излучения ? в нанометрах, то имеем преобразование:

W_KB=1240/?, 1 ГэВ = 10⁹ эВ, 1 эВ = 1,6*10^—12 эрг = 1,6*10¹⁹ Дж.

Минимальная энергия кванта, способная вызвать ионизацию воды и атомов кислорода, водорода, азота и углерода, составляет 12 … 15 эВ [66]. Энергию кванта 12 эВ можно рассматривать как нижний предел ионизации для биологических систем. Этой энергии соответствует Х,= 100 нм. Квант электромагнитного излучения, в зависимости от энергии, может вызвать ядерные превращения, ионизацию атомов вещества или возбуждение электронных оболочек. В биологических системах поглощение квантов ЭМИ неионизирующих уровней энергии может приводить к диссоциации молекул при передаче энергии электронам связи, рассеянию энергии возбуждения в виде флуоресцентного или фосфоресцентного излучения, к образованию свободных радикалов, к превращению энергии излучения в энергию колебательного, вращательного, поступательного движения молекул, т. е. в тепло.

Биологический эффект воздействия ЭМИ на живые организмы зависит как от энергии квантов ЭМИ, так и от глубины проникновения излучения в систему, способности участвующих в процессе взаимодействия молекул испытывать в результате поглощения энергии химические превращения, а также от других физико-биологических факторов. Важное значение имеют энергия и мощность излучения.

Характерная энергия объединения оценивается по порядку величины как 10² ГэВ (ГэВ – это сокращенное от гигаэлектрон-вольт, 1 ГэВ = 10⁹ эВ,

1 эВ = 1,6*10^—12 эрг = 1,6*10¹⁹ Дж). Для сравнения отметим, что характерная энергия электрона в основном состоянии атома водорода порядка 10^—8 ГэВ, характерная энергия связи атомного ядра порядка 10^—2 ГэВ, характерная энергия связи твердого тела порядка 10^—10 ГэВ. Таким образом, характерная энергия объединения электромагнитных и слабых взаимодействий огромна по сравнению с характерными энергиями в атомной и ядерной физике. По этой причине электромагнитное и слабое взаимодействия не проявляют в обычных физических явлениях своей единой сущности.

Общая картина разделения единого великого взаимодействия на отдельные сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия выглядит следующим образом. При энергиях порядка 10¹⁵ ГэВ и выше существует единое взаимодействие. Когда энергия становится ниже 10¹⁵ ГэВ, сильное и электрослабое взаимодействия отделяются друг от друга и представляются как различные фундаментальные взаимодействия. При дальнейшем уменьшении энергии ниже 10² ГэВ происходит отделение слабого и электромагнитного взаимодействий. В результате на масштабе энергий, характерных для физики макроскопических явлений, три рассматриваемых взаимодействия выглядят как не имеющие единой природы.

Заметим теперь, что энергия 10¹⁵ ГэВ отстоит не так далеко от планковской энергии (11.1), при которой становятся существенными квантовогравитационные эффекты.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.