Tìm hiểu về quang phổ điện từ
Con người chúng ta hiện nay nhìn, cảm nhận, và thậm chí mọi thứ liên quan đến ăn, uống và gần như mọi hoạt động đều có sự hiện diện của sóng điện từ. tại sao bạn nói như vậy? Bởi vì sóng điện từ lan tỏa khắp mọi nơi trên thế giới của chúng ta, miễn là nhiệt độ trên không tuyệt đối, bất kỳ vật thể nào cũng sẽ có bức xạ điện từ.
Sóng điện từ được truyền bởi các photon, vì vậy chúng còn có thể được gọi là sóng ánh sáng. Nhưng sóng ánh sáng này được chia thành ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng không nhìn thấy, trong cuộc sống hàng ngày, sóng ánh sáng nói chung chỉ đề cập đến phần ánh sáng nhìn thấy của phổ điện từ, và ánh sáng nhìn thấy chỉ là một phần nhỏ của phổ điện từ. Bước sóng dài nhất của sóng điện từ là vài km hoặc thậm chí dài hơn, ngắn nhất là dưới 1 angstrom và ngắn nhất là tia gamma.
Sóng điện từ có bước sóng và tần số, và bước sóng tỷ lệ nghịch với tần số, tức là bước sóng càng dài và tần số càng nhỏ thì năng lượng càng nhỏ và ngược lại. Mối quan hệ giữa bước sóng và tần số của sóng điện từ là: c = λf. Ở đây c là tốc độ ánh sáng, λ là bước sóng và f là tần số. Bước sóng sóng điện từ dài nhất là sóng vô tuyến (bao gồm sóng dài, sóng trung bình, sóng ngắn, vi ba), sau đó từ dài đến ngắn: tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X, tia.
Bước sóng của sóng vô tuyến theo thứ tự từ km đến milimét, bước sóng của sóng dài có thể đến vài km, và bước sóng vi ba ngắn nhất chỉ 0,1 mm; bước sóng của ánh sáng nhìn thấy nằm trong khoảng từ 760nm đến 380nm, nm là nanomet – 1mm = 1000μm (micromet), 1μm = 1000nm, 1nm = 10 ^ -9m (mét).
Bước sóng của tia tử ngoại, tia X và tia gamma ngắn hơn nhiều.
Tất cả vật chất trên thế giới này đều rung động và do đó có tần số. Tần số là số lần một vật dao động trong một giây và tần số của sóng điện từ là số lần sóng điện từ dao động trong một giây, tính bằng Hz (Hertz). Tần số của sóng vô tuyến từ 1000Hz đến 10 ^ 9Hz; dải tần của ánh sáng nhìn thấy từ 3,9 x 10 ^ 14 đến 7,7 x 10 ^ 14Hz; dải tần của tia gamma là 10 ^ 12Hz đến 10 ^ 30Hz.
Để dễ hình dung, có thể hình dung kích thước của coronavirus là khoảng 100 nm, tuy nhiên kích thước của dải tia gamma dài nhất chỉ 0,1 nm – nhỏ hơn 1.000 lần so với coronavirus và tần số của nó nhiều hơn hơn một nghìn. tỷ lần mỗi giây. Vì vậy, có thể nói tia gamma là “tia sáng” mạnh nhất vũ trụ, nhưng thứ ánh sáng này lại vô hình và giết chết con người.
Nguyên lý tác hại của tia gamma đối với sinh vật
Do có bước sóng rất ngắn và năng lượng cực cao, tia gamma có thể xuyên qua cơ thể của bất kỳ sinh vật nào. Tất cả các sinh vật đều được tạo thành từ các tế bào, và cốt lõi của mỗi tế bào là DNA vật chất di truyền. Ví dụ, cơ thể con người bao gồm 40 đến 60 nghìn tỷ tế bào. Tế bào lớn nhất là tế bào trứng, và tế bào trứng trưởng thành có kích thước 200 μm (microns); Tế bào nhỏ nhất là tiểu cầu, đường kính chỉ khoảng 2 μm.
Khi cơ thể người bị chiếu tia, tia sẽ đi vào tế bào người và ion hóa tế bào, xâm nhập vào các phân tử hữu cơ phức tạp trong tế bào, phá hủy các mô tế bào. Vật liệu di truyền cốt lõi quan trọng nhất trong tế bào là DNA, là một đại phân tử có cấu trúc chuỗi xoắn kép.
Chuỗi xoắn kép DNA này mở ra dài khoảng 2m. Nếu tất cả các DNA trong tế bào người đều mở và được kết nối, người ta nói rằng nó có thể di chuyển từ Trái đất đến Mặt trời hơn 300 lần. Nhưng các vòng xoắn DNA chỉ có đường kính 2nm, và các tia gamma có thể phá vỡ và phá vỡ cấu trúc của chúng. Do đó, khi một sinh vật bị chiếu tia gamma, các liên kết phân tử của DNA của nó bị phá vỡ, khiến sinh vật không có khả năng sống sót.
Khi lượng bức xạ lớn, sinh vật sẽ chết ngay lập tức, thậm chí nếu bức xạ không lớn thì các liên kết phân tử của DNA trong cơ thể cũng bị tổn thương nghiêm trọng và sẽ chết dần.
Nguyên lý của tia gamma
Hạt nhân phóng xạ sẽ tạo ra một hạt nhân mới sau phân rã alpha và phân rã beta. Tia gamma xảy ra trong cả phản ứng tổng hợp hạt nhân và phân hạch hạt nhân, vì vậy vũ trụ chứa đầy bức xạ tia gamma.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân của mặt trời tiếp tục trong lõi trong vòng một phần tư bán kính thể tích. Quá trình chính là phản ứng dây chuyền của proti, từ proti đến đơteri đến heli-3, và cuối cùng là heli-4. Kết quả là sự hợp nhất của bốn hạt nhân proti thành một hạt nhân heli-4, giải phóng các photon gamma, neutrino và positron trong quá trình này. Neutrino nhanh chóng thoát ra khỏi bề mặt mặt trời vào không gian nhờ sức xuyên mạnh, nhưng không dễ để tia gamma mang năng lượng khổng lồ thoát ra ngoài.
Điều này liên quan đến lý thuyết về các photon di chuyển bên trong mặt trời. Đặc tính lan truyền của photon trong chân không là nhanh nhất, đạt 300.000 km / s. Bên trong mặt trời chứa đầy proton, và các photon va chạm với proton trong mỗi bước đi của chúng, liên tục va chạm và trao đổi. Do đó, để các photon này đi qua mặt trời, chúng phải di chuyển với bán kính 700.000 km, và phải va chạm và trao đổi với proton khoảng 10 ^ 26 lần, như vậy phải mất hàng trăm nghìn thậm chí hàng triệu năm. , các photon mới có thể đến được bề mặt của mặt trời.
Vì vậy, đừng ngạc nhiên, ánh sáng mặt trời chiếu vào chúng ta thực sự là các photon được sinh ra từ hàng trăm nghìn thậm chí hàng triệu năm trước.
Theo phân tích khoa học, ánh sáng mặt trời bao phủ toàn bộ dải sóng điện từ, nhưng hơn 99,9% năng lượng tập trung ở dải bước sóng 200 ~ 10000nm, và năng lượng bức xạ cực đại nằm ở 480nm, chính là dải. ánh sáng xanh nhìn thấy được. Vì vậy, bầu trời mà chúng ta nhìn thấy có màu xanh lam, và nước biển cũng có màu xanh lam.
Dải tần 200nm thuộc loại tia cực tím. Quá nhiều tia cực tím sẽ có hại cho cơ thể con người, nhưng hầu hết các tia cực tím sẽ bị hấp thụ hoặc phản xạ bởi tầng ôzôn khi chúng đi qua bầu khí quyển, và rất ít trong số chúng đến được mặt đất. Nhưng làn da của chúng ta vẫn sẽ bị tổn thương nếu tiếp xúc lâu với ánh nắng mặt trời.
Các ngôi sao trong vũ trụ đều đang trải qua phản ứng tổng hợp hạt nhân và không ngừng phát ra tia gamma; Ngoài ra còn có các vụ nổ siêu tân tinh và va chạm của các vật thể lớn và nhỏ như sao neutron, sẽ tạo ra nhiều tia gamma hơn và thậm chí là các vụ nổ tia gamma. Do đó, trong không gian tồn tại vô cùng nhiều tia gamma. Nhưng những tia gamma này bị chặn bởi bầu khí quyển, và rất ít trong số chúng đến được bề mặt Trái đất.
Nếu hoạt động ở ngoài khí quyển, bạn rất dễ bị ảnh hưởng bởi tia gamma và các tia vũ trụ khác, vì vậy các phi hành gia luôn phải mặc những bộ đồ vũ trụ hiện đại khi bước ra ngoài. Vũ trụ. Nhưng tia gamma rất khó bị chặn. Các phi hành gia hoạt động trong không gian hoặc trên các hành tinh ngoài Trái đất, mặc dù họ có tàu vũ trụ và bộ vũ trụ để bảo vệ tốt hơn, họ vẫn nhận được một lượng lớn bức xạ trong thực tế. nhiều hơn bề mặt Trái đất.
Tia gamma có sức đâm xuyên cực mạnh, chỉ những vật liệu đặc biệt với mật độ lớn như tấm chì mới có tác dụng ngăn chặn nhất định. Hơn nữa, theo cường độ của tia gamma, độ dày của tấm chì cũng cần được tăng lên.
Sử dụng tia gamma để mang lại lợi ích cho xã hội
Nền văn minh nhân loại ngày càng được nâng cao bởi sự hiểu biết không ngừng về các quy luật của tự nhiên. Bản thân tia gamma là một hiện tượng tự nhiên và là một dạng năng lượng được giải phóng bởi các hạt trong quá trình tập hợp hoặc phân tách.
Bất kỳ lĩnh vực khoa học nào cũng có thể được sử dụng để mang lại lợi ích cho con người hoặc được sử dụng để làm hại con người. Điều này cũng đúng với tia gamma, có thể giết người hoặc có lợi cho con người.
Tia gamma chủ yếu được sử dụng trong phát hiện lỗ hổng công nghiệp và chăm sóc sức khỏe. Phát hiện lỗ hổng công nghiệp thực sự sử dụng sức mạnh xuyên thấu của tia gamma để kiểm tra xem có vấn đề gì với cấu trúc bên trong của các sản phẩm công nghiệp hay không.
Trong điều trị y tế, dao gamma và xạ trị được sử dụng phổ biến. Tia X cũng có vai trò lớn trong điều trị y tế, nhưng chủ yếu được sử dụng để kiểm tra thị giác của con người để xem tình trạng bên trong cơ thể con người. Năng lượng của tia gamma lớn hơn tia X rất nhiều, có thể phá hủy các tổn thương trên cơ thể qua bề mặt cơ thể con người, từ đó tiêu diệt các tế bào ung thư và khối u trong cơ thể mà không để lại tổn thương, có thể giảm thiểu tác hại cho cơ thể con người, và cũng có thể chạm vào chấn thương phẫu thuật.
Con người hiện nay cũng có thể tạo ra tia gamma năng lượng cao
Giờ đây, con người không chỉ được hưởng lợi từ tia gamma tự nhiên mà các nhà khoa học còn tạo ra tia gamma năng lượng cao. Vào tháng 9 năm 2011, một nhóm nghiên cứu từ Đại học Strathclyde, Vương quốc Anh đã phát hiện ra rằng các xung laser cực ngắn có thể phản ứng với các chất khí bị ion hóa để tạo ra một chùm tia laser cường độ cao.
Chùm tia laser mà nhóm nghiên cứu thu được sáng hơn mặt trời 1 nghìn tỷ lần và có thể xuyên qua một tấm chì dày 20cm, và chỉ có bức tường bê tông dày 1,5 mét mới có thể che chắn hoàn toàn.
Ánh sáng nhìn thấy rõ nhất trong quang phổ điện từ của mặt trời nằm trong dải tần 480nm, trong khi bước sóng này ngắn hơn 1 nghìn tỷ lần, là 4,8 x 10 ^ -21m. Tần số tương ứng của sóng điện từ bước sóng ngắn đó là 6,25 x 10 ^ 28Hz, và đây chắc chắn là một chùm gamma cường độ cao.
Khám phá sáng tạo này có ý nghĩa quan trọng và có tiềm năng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực trong tương lai, chẳng hạn như hình ảnh y tế tốt hơn, xạ trị và rộng rãi hơn trong các thí nghiệm khoa học và công nghiệp. Tuy nhiên, thời gian tồn tại của nó chỉ là 10 mili giây, đủ nhanh để ghi lại phản ứng của hạt nhân với kích thích, vì vậy nó có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu hạt nhân tiếp theo.
Vì vậy, có thể kết luận rằng nhân loại đã hiểu và nắm vững nguyên lý của tia gamma, và từ lâu đã bắt đầu sử dụng quy luật tự nhiên này để mang lại lợi ích cho con người.
Tổng hợp: Công Nghệ Chính Nhân
