Излучение: волны и частицы в пространстве

Введение

Волны или частицы, движущиеся в пространстве

В физике излучение – это испускание или передача энергии в форме волн или частиц через пространство или материальную среду. Это включает в себя:

электромагнитное излучение, состоящее из фотонов, таких как радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и гамма-излучение (γ);
частичное излучение, состоящее из частиц с ненулевой энергией покоя, таких как альфа-излучение (α), бета-излучение (β), протонное излучение и нейтронное излучение;
акустическое излучение, такое как ультразвук, звук и сейсмические волны, зависящее от физической среды передачи;
гравитационное излучение в виде гравитационных волн – ряби в пространстве-времени.

Излучение часто классифицируется как ионизирующее или неионизирующее в зависимости от энергии излучаемых частиц. Ионизирующее излучение несет в себе более 10 электронвольт (эВ), что достаточно для ионизации атомов и молекул и разрыва химических связей. Это важное различие, обусловленное значительной разницей в степени вредного воздействия на живые организмы. Распространенным источником ионизирующего излучения являются радиоактивные материалы, испускающие α-, β- или γ-излучение, состоящее соответственно из ядер гелия, электронов или позитронов и фотонов. Другие источники включают рентгеновские лучи, используемые при медицинских рентгенографических исследованиях, и мюоны, мезоны, позитроны, нейтроны и другие частицы, составляющие вторичные космические лучи, образующиеся после взаимодействия первичных космических лучей с атмосферой Земли. Гамма-лучи, рентгеновские лучи и более высокие энергии ультрафиолетового спектра составляют ионизирующую часть электромагнитного спектра. Слово «ионизировать» относится к отрыву одного или нескольких электронов от атома – процессу, требующему относительно высоких энергий, которые обеспечивают эти электромагнитные волны. Ниже по спектру неионизирующие низкие энергии нижнего ультрафиолетового спектра не могут ионизировать атомы, но могут нарушать межмолекулярные связи, формирующие молекулы, тем самым разрушая молекулы, а не атомы; типичным примером является солнечный ожог, вызванный ультрафиолетовым излучением с большой длиной волны. Волны с большей длиной волны, чем у УФ-излучения – видимый свет, инфракрасное и микроволновое излучение – не могут разрывать связи, но могут вызывать колебания в связях, которые воспринимаются как тепло. Радиоволны и излучение с еще большей длиной волны обычно не считаются вредными для биологических систем. Это не четкие границы энергий; наблюдается некоторое перекрытие в эффектах конкретных частот. Слово «излучение» происходит от явления распространения волн (то есть движения во всех направлениях) от источника. Этот аспект приводит к системе измерений и физических единиц, применимых ко всем типам излучения. Поскольку такое излучение расширяется по мере распространения в пространстве, а его энергия сохраняется (в вакууме), интенсивность всех типов излучения от точечного источника подчиняется обратному квадрату расстояния от источника. Как и любой идеальный закон, закон обратного квадрата приближенно описывает измеренную интенсивность излучения в той степени, в которой источник приближается к геометрической точке.

Radiation is often categorized as either ionizing or non ionizing depending on the energy of the radiated particles. Ionizing radiation carries more than 10 electron volts (eV), which is enough to ionize atoms and molecules and break chemical bonds. This is an important distinction due to the large difference in harmfulness to living organisms. A common source of ionizing radiation is radioactive materials that emit α, β, or γ radiation, consisting of helium nuclei, electrons or positrons, and photons, respectively. Other sources include X rays from medical radiography examinations and muons, mesons, positrons, neutrons and other particles that constitute the secondary cosmic rays that are produced after primary cosmic rays interact with Earth's atmosphere. Gamma rays, X rays, and the higher energy range of ultraviolet light constitute the ionizing part of the electromagnetic spectrum. The word "ionize" refers to the breaking of one or more electrons away from an atom, an action that requires the relatively high energies that these electromagnetic waves supply. Further down the spectrum, the non ionizing lower energies of the lower ultraviolet spectrum cannot ionize atoms, but can disrupt the inter atomic bonds that form molecules, thereby breaking down molecules rather than atoms; a good example of this is sunburn caused by long wavelength solar ultraviolet. The waves of longer wavelength than UV in visible light, infrared, and microwave frequencies cannot break bonds but can cause vibrations in the bonds which are sensed as heat. Radio wavelengths and below generally are not regarded as harmful to biological systems. These are not sharp delineations of the energies; there is some overlap in the effects of specific frequencies. The word "radiation" arises from the phenomenon of waves radiating (i. e., traveling outward in all directions) from a source. This aspect leads to a system of measurements and physical units that apply to all types of radiation. Because such radiation expands as it passes through space, and as its energy is conserved (in vacuum), the intensity of all types of radiation from a point source follows an inverse square law in relation to the distance from its source. Like any ideal law, the inverse square law approximates a measured radiation intensity to the extent that the source approximates a geometric point.

Ионизирующее излучение

Излучение с достаточно высокой энергией способно ионизировать атомы, то есть отрывать электроны от атомов, создавая ионы. Ионизация происходит, когда электрон выбивается из электронной оболочки атома, оставляя атом с положительным зарядом. Поскольку живые клетки и, что более важно, ДНК в этих клетках могут быть повреждены ионизацией, воздействие ионизирующего излучения повышает риск развития рака. Таким образом, термин "ионизирующее излучение" несколько искусственно отделен от корпускулярного и электромагнитного излучения, исключительно из-за его высокой потенциальной опасности для живых организмов. Хотя отдельная клетка состоит из триллионов атомов, при воздействии низких и умеренных доз радиации ионизируется лишь небольшая их часть. Вероятность развития рака под воздействием ионизирующего излучения зависит от поглощенной дозы, а также от способности излучения вызывать повреждения (эквивалентная доза) и чувствительности облучаемого организма или ткани (эффективная доза). Если источником ионизирующего излучения является радиоактивное вещество или ядерный процесс, такой как деление или синтез, необходимо учитывать корпускулярное излучение. Корпускулярное излучение – это субатомные частицы, разогнанные ядерными реакциями до релятивистских скоростей. Благодаря своей импульсу, они способны выбивать электроны и ионизировать вещества, однако большинство из них несут электрический заряд и поэтому обладают меньшей проникающей способностью, чем ионизирующее излучение. Исключение составляют нейтроны; см. ниже. Существует несколько видов этих частиц, но основными являются альфа-частицы, бета-частицы, нейтроны и протоны. В общем случае, фотоны и частицы с энергией выше примерно 10 электронвольт (эВ) являются ионизирующими (некоторые источники указывают 33 эВ, что соответствует энергии ионизации воды). Корпускулярное излучение от радиоактивных материалов или космических лучей почти всегда обладает достаточной энергией для ионизации. Большинство ионизирующих излучений происходит от радиоактивных веществ и космического пространства (космические лучи) и, следовательно, естественно присутствует в окружающей среде, поскольку большинство горных пород и почв содержат небольшие концентрации радиоактивных материалов. Поскольку это излучение невидимо и не воспринимается органами чувств человека, для его обнаружения обычно используются приборы, такие как счетчики Гейгера. В некоторых случаях взаимодействие излучения с веществом может приводить к вторичной эмиссии видимого света, как, например, в случае излучения Черенкова и радиолюминесценции. Ионизирующее излучение широко применяется в медицине, научных исследованиях и строительстве, но при неправильном использовании представляет опасность для здоровья. Воздействие радиации повреждает живые ткани; высокие дозы вызывают острую лучевую болезнь (ОЛБ) с кожными ожогами, выпадением волос, нарушением работы внутренних органов и смертью, в то время как любая доза может увеличить риск развития рака и генетических повреждений. Особая форма рака – рак щитовидной железы – часто возникает при воздействии радиации от ядерного оружия и реакторов из-за биологической склонности радиоактивного изотопа йода, йода-131.

Radiation with sufficiently high energy can ionize atoms; that is to say it can knock electrons off atoms, creating ions. Ionization occurs when an electron is stripped (or "knocked out") from an electron shell of the atom, which leaves the atom with a net positive charge. Because living cells and, more importantly, the DNA in those cells can be damaged by this ionization, exposure to ionizing radiation increases the risk of cancer. Thus "ionizing radiation" is somewhat artificially separated from particle radiation and electromagnetic radiation, simply due to its great potential for biological damage. While an individual cell is made of trillions of atoms, only a small fraction of those will be ionized at low to moderate radiation powers. The probability of ionizing radiation causing cancer is dependent upon the absorbed dose of the radiation and is a function of the damaging tendency of the type of radiation (equivalent dose) and the sensitivity of the irradiated organism or tissue (effective dose). If the source of the ionizing radiation is a radioactive material or a nuclear process such as fission or fusion, there is particle radiation to consider. Particle radiation is subatomic particles accelerated to relativistic speeds by nuclear reactions. Because of their momenta, they are quite capable of knocking out electrons and ionizing materials, but since most have an electrical charge, they do not have the penetrating power of ionizing radiation. The exception is neutron particles; see below. There are several different kinds of these particles, but the majority are alpha particles, beta particles, neutrons, and protons. Roughly speaking, photons and particles with energies above about 10 electron volts (eV) are ionizing (some authorities use 33 eV, the ionization energy for water). Particle radiation from radioactive material or cosmic rays almost invariably carries enough energy to be ionizing. Most ionizing radiation originates from radioactive materials and space (cosmic rays), and as such is naturally present in the environment, since most rocks and soil have small concentrations of radioactive materials. Since this radiation is invisible and not directly detectable by human senses, instruments such as Geiger counters are usually required to detect its presence. In some cases, it may lead to secondary emission of visible light upon its interaction with matter, as in the case of Cherenkov radiation and radio luminescence. Ionizing radiation has many practical uses in medicine, research, and construction, but presents a health hazard if used improperly. Exposure to radiation causes damage to living tissue; high doses result in Acute radiation syndrome (ARS), with skin burns, hair loss, internal organ failure, and death, while any dose may result in an increased chance of cancer and genetic damage; a particular form of cancer, thyroid cancer, often occurs when nuclear weapons and reactors are the radiation source because of the biological proclivities of the radioactive iodine fission product, iodine 131.

Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны от 10 до 125 нм ионизирует молекулы воздуха, что приводит к его сильному поглощению воздухом и, в частности, озоном (O3). Ионизирующее УФ-излучение, таким образом, не проникает в атмосферу Земли в значительной степени и иногда называется вакуумным ультрафиолетом. Хотя эта часть UVA-спектра присутствует в космосе, она не имеет биологического значения, поскольку не достигает живых организмов на Земле. В атмосфере существует зона, где озон поглощает около 98% неионизирующих, но опасных УФ-излучений C и B. Этот озоновый слой начинается примерно на высоте и простирается вверх. Часть ультрафиолетового спектра, достигающая земной поверхности, является неионизирующей, но всё же биологически опасна из-за способности отдельных фотонов этой энергии вызывать электронное возбуждение в биологических молекулах и, следовательно, повреждать их посредством нежелательных реакций. Примером может служить образование пиримидиновых димеров в ДНК, которое начинается при длинах волн менее 365 нм (3,4 эВ), что значительно ниже энергии ионизации. Это свойство наделяет ультрафиолетовый спектр некоторыми опасностями, присущими ионизирующему излучению в биологических системах, без фактической ионизации. В отличие от этого, видимый свет и электромагнитное излучение с большей длиной волны, такое как инфракрасное, микроволновое и радиоизлучение, состоит из фотонов с недостаточной энергией для вызывания повреждающего молекулярного возбуждения, и, следовательно, это излучение гораздо менее опасно на единицу энергии.

Рентгеновские лучи

Рентгеновские лучи – это электромагнитные волны с длиной волны менее 10−9 м (что соответствует частоте более 3x1017 Гц и энергии более 1240 эВ). Более короткая длина волны соответствует более высокой энергии, согласно уравнению E=h c/λ. ("E" – энергия; "h" – постоянная Планка; "c" – скорость света; "λ" – длина волны.) Когда рентгеновский фотон сталкивается с атомом, атом может поглотить энергию фотона и перевести электрон на более высокий орбитальный уровень, или, если фотон обладает очень высокой энергией, выбить электрон из атома, вызывая ионизацию. Как правило, более крупные атомы с большей вероятностью поглощают рентгеновские фотоны, поскольку разница в энергии между их орбитальными электронами больше. Мягкие ткани человеческого тела состоят из атомов меньшего размера, чем атомы кальция, составляющие кости, поэтому наблюдается разница в поглощении рентгеновских лучей. Рентгеновские аппараты специально разработаны для использования этой разницы в поглощении между костями и мягкими тканями, что позволяет врачам исследовать структуру человеческого тела. Рентгеновские лучи полностью поглощаются земной атмосферой, предотвращая достижение поверхности излучения Солнца, которое, хотя и меньше по количеству, чем ультрафиолетовое, но все же достаточно мощное.

Гамма-излучение

Гамма (γ) излучение состоит из фотонов с длиной волны менее 3x10−11 метров (более 1019 Гц и 41,4 кэВ). Выброс гамма-излучения — это ядерный процесс, происходящий для избавления нестабильного ядра от избыточной энергии после большинства ядерных реакций. И альфа-частицы, и бета-частицы имеют электрический заряд и массу, поэтому они с большой вероятностью будут взаимодействовать с другими атомами на своем пути. Однако гамма-излучение состоит из фотонов, которые не имеют массы и электрического заряда и, как следствие, проникает в вещество намного глубже, чем альфа- или бета-излучение. Гамма-лучи можно остановить достаточно толстым или плотным слоем материала, при этом останавливающая способность материала на единицу площади зависит главным образом (но не исключительно) от общей массы вдоль пути излучения, независимо от плотности материала. Тем не менее, как и в случае с рентгеновским излучением, материалы с высоким атомным номером, такие как свинец или обедненный уран, обеспечивают умеренное (обычно 20–30%) увеличение останавливающей способности по сравнению с равной массой менее плотных материалов с меньшим атомным весом (например, воды или бетона). Атмосфера поглощает все гамма-лучи, приходящие на Землю из космоса. Даже воздух способен поглощать гамма-лучи, уменьшая их энергию вдвое при прохождении в среднем через 152 метра.

Альфа-излучение

Альфа-частицы — это ядра гелия-4 (два протона и два нейтрона). Они сильно взаимодействуют с веществом из-за своего заряда и суммарной массы, и при обычных скоростях проникают лишь на несколько сантиметров в воздухе или на несколько миллиметров в материалы низкой плотности (например, тонкую слюду, которая специально помещается в некоторые трубки счётчика Гейгера для пропускания альфа-частиц). Это означает, что альфа-частицы при обычном альфа-распаде не проникают во внешние слои мертвых клеток кожи и не повреждают живые ткани, расположенные глубже. Некоторые высокоэнергетические альфа-частицы составляют около 10% космических лучей, и они способны проникать в тело и даже сквозь тонкие металлические пластины. Однако они представляют опасность только для астронавтов, поскольку отклоняются магнитным полем Земли и затем останавливаются в её атмосфере. Альфа-излучение опасно при попадании внутрь организма с альфа-излучающими радиоизотопами (путем вдыхания или проглатывания). Это приближает радиоизотоп к чувствительным живым тканям, позволяя альфа-излучению повреждать клетки. На единицу энергии альфа-частицы как минимум в 20 раз эффективнее гамма- и рентгеновских лучей в отношении повреждения клеток. Подробности – в статье об относительной биологической эффективности. Примерами сильнодействующих альфа-излучателей являются все изотопы радия, радона и полония из-за интенсивности распада в этих материалах с коротким периодом полураспада.

Бета-излучение

Бета-минус (β−) излучение состоит из энергичного электрона. Оно обладает большей проникающей способностью, чем альфа-излучение, но меньшей, чем гамма-излучение. Бета-излучение, возникающее при радиоактивном распаде, можно остановить несколькими сантиметрами пластика или несколькими миллиметрами металла. Оно возникает, когда нейтрон распадается на протон в ядре, высвобождая бета-частицу и антинейтрино. Бета-излучение от линейных ускорителей значительно более энергично и проникающее, чем природное бета-излучение. Иногда оно используется в терапевтических целях в лучевой терапии для лечения поверхностных опухолей. Бета-плюс (β+) излучение – это испускание позитронов, являющихся античастицами электронов. Когда позитрон замедляется до скоростей, сопоставимых со скоростями электронов в веществе, позитрон аннигилирует с электроном, высвобождая в процессе два гамма-фотона с энергией 511 кэВ. Эти два гамма-фотона будут распространяться в (приблизительно) противоположных направлениях. Гамма-излучение, возникающее при аннигиляции позитронов, состоит из фотонов высокой энергии и также является ионизирующим.

Нейтронное излучение

Нейтроны классифицируются по их скорости/энергии. Нейтронное излучение состоит из свободных нейтронов. Эти нейтроны могут испускаться при спонтанном или индуцированном ядерном делении. Нейтроны – редкие частицы излучения; они производятся в больших количествах только там, где происходят реакции цепного деления или реакции синтеза; это происходит около 10 микросекунд во время термоядерного взрыва или непрерывно внутри работающего ядерного реактора; выработка нейтронов почти мгновенно прекращается в реакторе, когда он становится недокритическим. Нейтроны могут делать другие объекты или материалы радиоактивными. Этот процесс, называемый нейтронной активацией, является основным методом получения радиоактивных источников для использования в медицинских, научных и промышленных целях. Даже относительно медленные тепловые нейтроны вызывают нейтронную активацию (фактически, они вызывают ее более эффективно). Нейтроны не ионизируют атомы так, как заряженные частицы, такие как протоны и электроны (путем возбуждения электрона), поскольку нейтроны не имеют заряда. Ионизация происходит за счет их поглощения ядрами, которые затем становятся нестабильными. Поэтому говорят, что нейтроны являются "косвенно ионизирующими". Даже нейтроны, не обладающие значительной кинетической энергией, являются косвенно ионизирующими и, следовательно, представляют собой существенную радиационную опасность. Не все материалы способны к нейтронной активации; в воде, например, наиболее распространенные изотопы обоих типов атомов (водород и кислород) захватывают нейтроны и становятся более тяжелыми, но остаются стабильными формами этих атомов. Только поглощение более одного нейтрона, что является статистически редким событием, может активировать атом водорода, в то время как кислороду требуется два дополнительных поглощения. Таким образом, вода обладает очень слабой способностью к активации. Натрий в соли (например, в морской воде), напротив, должен поглотить только один нейтрон, чтобы превратиться в Na-24, интенсивный источник бета-распада с периодом полураспада 15 часов. Кроме того, высокоэнергетические (высокоскоростные) нейтроны способны непосредственно ионизировать атомы. Один из механизмов, посредством которого высокоэнергетические нейтроны ионизируют атомы, заключается в том, что они сталкиваются с ядром атома и выбивают атом из молекулы, оставляя позади один или несколько электронов при разрыве химической связи. Это приводит к образованию химических свободных радикалов. Кроме того, нейтроны с очень высокой энергией могут вызывать ионизирующее излучение посредством "нейтронного спалляции" или выбивания, при котором нейтроны вызывают испускание высокоэнергетических протонов из атомных ядер (особенно ядер водорода) при столкновении. В этом процессе большая часть энергии нейтрона передается протону, подобно удару одного бильярдного шара о другой. Заряженные протоны и другие продукты таких реакций непосредственно ионизируют. Высокоэнергетические нейтроны обладают высокой проникающей способностью и могут проходить большие расстояния в воздухе (сотни или даже тысячи метров) и умеренные расстояния (несколько метров) в обычных твердых телах. Обычно для их экранирования требуется защита, богатая водородом, такая как бетон или вода, чтобы остановить их на расстоянии менее метра. Распространенным источником нейтронного излучения является внутренность ядерного реактора, где слой воды толщиной в несколько метров используется в качестве эффективной защиты.

Neutrons are categorized according to their speed/energy. Neutron radiation consists of free neutrons. These neutrons may be emitted during either spontaneous or induced nuclear fission. Neutrons are rare radiation particles; they are produced in large numbers only where chain reaction fission or fusion reactions are active; this happens for about 10 microseconds in a thermonuclear explosion, or continuously inside an operating nuclear reactor; production of the neutrons stops almost immediately in the reactor when it goes non critical. Neutrons can make other objects, or material, radioactive. This process, called neutron activation, is the primary method used to produce radioactive sources for use in medical, academic, and industrial applications. Even comparatively low speed thermal neutrons cause neutron activation (in fact, they cause it more efficiently). Neutrons do not ionize atoms in the same way that charged particles such as protons and electrons do (by the excitation of an electron), because neutrons have no charge. It is through their absorption by nuclei which then become unstable that they cause ionization. Hence, neutrons are said to be "indirectly ionizing." Even neutrons without significant kinetic energy are indirectly ionizing, and are thus a significant radiation hazard. Not all materials are capable of neutron activation; in water, for example, the most common isotopes of both types atoms present (hydrogen and oxygen) capture neutrons and become heavier but remain stable forms of those atoms. Only the absorption of more than one neutron, a statistically rare occurrence, can activate a hydrogen atom, while oxygen requires two additional absorptions. Thus water is only very weakly capable of activation. The sodium in salt (as in sea water), on the other hand, need only absorb a single neutron to become Na 24, a very intense source of beta decay, with half life of 15 hours. In addition, high energy (high speed) neutrons have the ability to directly ionize atoms. One mechanism by which high energy neutrons ionize atoms is to strike the nucleus of an atom and knock the atom out of a molecule, leaving one or more electrons behind as the chemical bond is broken. This leads to production of chemical free radicals. In addition, very high energy neutrons can cause ionizing radiation by "neutron spallation" or knockout, wherein neutrons cause emission of high energy protons from atomic nuclei (especially hydrogen nuclei) on impact. The last process imparts most of the neutron's energy to the proton, much like one billiard ball striking another. The charged protons and other products from such reactions are directly ionizing. High energy neutrons are very penetrating and can travel great distances in air (hundreds or even thousands of meters) and moderate distances (several meters) in common solids. They typically require hydrogen rich shielding, such as concrete or water, to block them within distances of less than a meter. A common source of neutron radiation occurs inside a nuclear reactor, where a meters thick water layer is used as effective shielding.

Космическое излучение

Существует два источника высокоэнергетических частиц, поступающих в атмосферу Земли из космического пространства: Солнце и дальний космос. Солнце непрерывно излучает частицы, преимущественно свободные протоны, в составе солнечного ветра, и периодически значительно усиливает этот поток корональными выбросами массы (CME). Частицы из дальнего космоса (меж- и внегалактические) встречаются гораздо реже, но обладают значительно большей энергией. Эти частицы также в основном состоят из протонов, при этом большая часть оставшихся – это гелионы (альфа-частицы). Присутствует небольшое количество полностью ионизированных ядер более тяжелых элементов. Происхождение этих галактических космических лучей пока недостаточно изучено, но предполагается, что они являются остатками сверхновых и, особенно, гамма-всплесков (GRB), характеризующихся магнитными полями, способными к тем огромным ускорениям, которые наблюдаются у этих частиц. Они также могут генерироваться квазарами – галактическими струйными образованиями, схожими с GRB, но известными своими гораздо большими размерами и, по-видимому, являющимися частью бурной ранней истории Вселенной.

Неионизирующее излучение

Кинетическая энергия частиц неионизирующего излучения слишком мала для образования заряженных ионов при прохождении через вещество. Для неионизирующего электромагнитного излучения (см. типы ниже) связанные частицы (фотоны) обладают лишь достаточной энергией для изменения вращательных, колебательных или электронных валентных конфигураций молекул и атомов. Влияние неионизирующих форм излучения на живые ткани изучается относительно недавно. Тем не менее, для различных типов неионизирующего излучения наблюдаются различные биологические эффекты. Даже "неионизирующее" излучение способно вызывать тепловую ионизацию, если оно передает достаточно тепла для повышения температуры до энергий ионизации. Эти реакции происходят при значительно более высоких энергиях, чем при ионизирующем излучении, для которого достаточно одной частицы, чтобы вызвать ионизацию. Хорошо известный пример тепловой ионизации – ионизация пламени в обычном огне, а также реакции потемнения в обычных продуктах питания, вызванные инфракрасным излучением при жарке. Электромагнитный спектр – это диапазон всех возможных частот электромагнитного излучения. Врачи также диагностируют некоторые заболевания, вводя радиоактивное вещество и отслеживая излучение, которое оно испускает при перемещении по организму. Излучение, используемое для лечения рака, называется ионизирующим, поскольку оно образует ионы в клетках тканей, через которые проходит, выбивая электроны из атомов. Это может уничтожать клетки или изменять гены, препятствуя их росту. Другие формы излучения, такие как радиоволны, микроволны и световые волны, называются неионизирующими. Они обладают недостаточной энергией для ионизации клеток.

Сообщение

Все современные системы связи используют формы электромагнитного излучения. Изменения в интенсивности излучения отражают изменения в передаваемом звуке, изображениях или другой информации. Например, человеческий голос может быть передан в виде радиоволны или микроволн, модулируя волну в соответствии с изменениями голоса. Музыканты также экспериментировали с сонофикацией гамма-лучей, то есть с использованием ядерного излучения для создания звука и музыки.

Наука

Исследователи используют радиоактивные атомы для определения возраста материалов, которые когда-то были частью живого организма. Возраст таких материалов можно оценить, измеряя количество содержащегося в них радиоактивного углерода в процессе, называемом радиоуглеродным датированием. Аналогичным образом, используя другие радиоактивные элементы, можно определить возраст горных пород и других геологических образований (даже некоторых искусственных объектов); это называется радиометрическим датированием. Специалисты по охране окружающей среды используют радиоактивные атомы, известные как индикаторные атомы, для выявления путей распространения загрязняющих веществ в окружающей среде. Радиация используется для определения состава материалов в процессе, называемом нейтронным активационным анализом. В этом процессе ученые бомбардируют образец вещества частицами, называемыми нейтронами. Некоторые атомы в образце поглощают нейтроны и становятся радиоактивными. Ученые могут идентифицировать элементы в образце, изучая испускаемое ими излучение.

Возможный вред здоровью и окружающей среде от некоторых видов излучения

Радиация не всегда опасна, и не все виды радиации одинаково опасны, вопреки нескольким распространенным медицинским мифам. Например, хотя бананы содержат естественно встречающиеся радиоактивные изотопы, в частности калий-40 (40K), которые излучают ионизирующее излучение при радиоактивном распаде, уровни такого излучения слишком низки, чтобы вызвать лучевую болезнь, и бананы не представляют радиационной опасности. Физически невозможно съесть достаточно бананов, чтобы вызвать лучевую болезнь, поскольку доза радиации от бананов не накапливается. Радиация повсеместна на Земле, и люди приспособлены к выживанию при нормальных низких и умеренных уровнях радиации, встречающихся на поверхности Земли. Зависимость между дозой и токсичностью часто нелинейна, и многие вещества, которые токсичны в очень высоких дозах, на самом деле оказывают нейтральное или положительное воздействие на здоровье или являются биологически важными в умеренных или низких дозах. Существуют некоторые данные, подтверждающие это и для ионизирующего излучения: нормальные уровни ионизирующего излучения могут стимулировать и регулировать активность механизмов восстановления ДНК. Однако достаточно высокие уровни любого вида радиации в конечном итоге становятся смертельными. Ионизирующее излучение при определенных условиях может повреждать живые организмы, вызывая рак или генетические повреждения. На веб-сайте EMF-портала Университета RWTH Аахена представлена одна из крупнейших баз данных о воздействии электромагнитного излучения. По состоянию на 12 июля 2019 года она содержит 28 547 публикаций и 6 369 резюме отдельных научных исследований о воздействии электромагнитных полей.