в чем состоит явление обратимости световых лучей

В чем состоит явление обратимости световых лучей

Рассматривая в предыдущем параграфе явления, происходящие при падении света на границу раздела двух сред, мы считали, что свет распространяется в определенном направлении, указанном па рис. 180, 181 стрелками. Поставим теперь вопрос: что произойдет, если свет будет распространяться в обратном направлении? Для случая отражения света это означает, что падающий луч будет направлен не слева вниз, как на рис. 182, а, а справа вниз, как на рис. 182, б; для случая преломления мы будем рассматривать прохождение света не из первой среды во вторую, как на рис. 182, в, а из второй среды в первую, как на рис. 182, г,

Точные измерения показывают, что и в случае отражения и в случае преломления углы между лучами и перпендикуляром к поверхности раздела остаются неизменными, меняется только направление стрелок. Таким образом, если световой луч будет падать по направлению в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей(рис. 182, б), то луч отраженный пойдет по направлению в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей, т. е. окажется, что по сравнению с первым случаем падающий и отраженный пула поменялись местами. То же наблюдается и при преломлении светового луча. Пусть в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей— падающий луч, в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей— преломленный луч (рис. 182, в). Если свет падает по направлению в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей(рис. 182, г), то преломленный луч идет по направлению в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей, т. е. падающий и преломленный луни обмениваются местами.

в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

Рис. 182. Обратимость световых лучей при отражении (а, б) и при преломлении (в, г). Если в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей, то в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

Таким образом, как при отражении, так и при преломлении свет может проходить один и тот же путь в обоих противоположных друг другу направлениях (рис. 183). Это свойство света носит название обратимости световых лучей.

Обратимость световых лучей означает, что если показатель преломления при переходе из первой среды во вторую равняется в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей, то при переходе из второй среды в первую он равен в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Действительно, пусть свет падает под углом в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучейи преломляется под углом в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей, так что в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Если при обратном ходе лучей свет падает под углом в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей, то он должен преломляться под углом в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей(обратимость). В таком случае показатель преломления в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей, следовательно, в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Например, при переходе луча из воздуха в стекло в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей, а при переходе из стекла в воздух в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Свойство обратимости световых лучей сохраняется и при многократных отражениях и преломлениях, которые могут происходить в любой последовательности. Это следует из того, что при каждом отражении или преломлении направление светового луча может быть изменено на обратное.

в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

Рис. 183. К обратимости световых лучей при преломлении

Таким образом, если при выходе светового луна из любой системы преломляющих и отражающих сред заставить световой луч па последнем этапе отразиться точно назад, то он пройдет всю систему в обратном направлении и вернется к своему источнику.

Обратимость направления световых лучей можно теоретически доказать, используя законы преломления и отражения и не прибегая к новым опытам. Для случая отражения света доказательство проводится весьма просто (см. упражнение 22 в конце этой главы). Более сложное доказательство для случая преломления света можно найти в учебниках оптики.

Источник

Тест по физике Отражение света 8 класс

Тест по физике Отражение света, Закон отражения света для учащихся 8 класса с ответами. Тест включает в себя 14 заданий с выбором ответа.

1. В каком случае виден тот или иной предмет?

1) Когда излучаемый или отражаемый им свет попадает в гла­за
2) Когда его не закрывают другие предметы
3) Когда он освещен

2. Углом падения светового луча называют

1) угол между лучом света и поверхностью, на которую он па­дает
2) угол, образованный падающим на поверхность лучом света и продолжением перпендикуляра к этой поверхности в точ­ке падения луча
3) угол, образованный падающим на поверхность световым лучом и перпендикуляром к ней в точке падения луча

3. На рисунках должны быть обозначены углы падения светово­го луча. На каком из них это обозначение сделано верно?

в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

4. Углом отражения светового луча называют

1) угол между отраженным лучом света и отражающей по­верхностью
2) угол между отраженным световым лучом и перпендикуля­ром к отражающей поверхности в точке падения луча
3) угол между падающим и отраженным лучами света

5. На рисунках обозначены углы отражения светового луча. На каком из них обозначение сделано правильно?

в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

6. Согласно закону отражения света

1) угол падения светового луча больше его угла отражения
2) угол падения светового луча равен его углу отражения
3) угол падения светового луча меньше его угла отражения

7. На рисунках изображены падающий и отраженный свето­вые лучи. На каком из них отраженный луч построен пра­вильно?

в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

1) 70° и 20°
2) 20° и 70°
3) 90° и 50°

9. Луч света падает перпендикулярно поверхности тела. равен его угол отражения?

10. Углы отражения двух лучей от поверхности тела равны 30° и 45°. Каковы их углы падения?

1) 60° и 45°
2) 30° и 45°
3) 30° и 90°

11. Луч света направлен на зеркальную поверхность под углом к ней,
а) равным 30°,
б) равным 60°.
Каковы его углы падения в том и другом случае? Чему стал равен угол отражения во втором случае?

1) 30° и 60°; 60°
2) 60° и 30°; 30°
3) 60° и 30°; 60°
4) 30° и 60°; 30°

12. Как отражает свет шероховатая поверхность?

1) Хаотично — во все стороны
2) По закону отражения света, но только на малых участках поверхности
3) Рассеивая его вследствие разной ориентации участков по­верхности

13. На поверхность тела падает пучок параллельных лучей света. В каком случае отраженные лучи будут тоже параллельными?

1) Если лучи падают под небольшим углом (почти перпенди­кулярно поверхности)
2) Если поверхность зеркальная
3) Если поверхность шероховатая

14. В чем состоит явление обратимости световых лучей?

1) В равноценности направлений падения и отражения луча
2) В возможности отражать лучи обратно к их источнику
3) В возможности

Источник

Преломление света

Что происходит на границе веществ, которые являются прозрачными для света? Происходит его отражение, а также преломление (рефракция). Переходя в другую среду, световой поток изменяет свое направление на определенный угол. Причем явление рефракции проявляется, если поток света попадает под определенным углом на поверхность. Но может наблюдаться и такое явление, как полное отражение, тогда естественно преломленный луч наблюдаться не будет.

При перпендикулярном попадании луча на поверхность раздела отклонения не наблюдается. В соседствующем материале луч сохраняет свое направление, будет также направлен перпендикулярно, то есть угол падения и отклонения будет равен нулю.

Закон преломления

Рассмотрим случай для воздуха. Этот частный случай поможет перейти к общему закону рефракции. Поток света, который попадает на поверхность другой более плотной среды под определенным углом – что происходит с ним? Оказываясь в другом веществе поток света, подвергается рефракции – изменяет свое направление. Этот путь виден на рис.1.

в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

Рассмотрим точку О – это точка падения света на поверхность, к этой точке проведен перпендикуляр CD (ее также называют нормалью). Относительно этой нормали и определяются углы. Таким образом: угол падения – это \(\alpha\), а \(\beta\) – угол рефракции. Световой поток ОВ – преломленный луч, а угол β и будет углом преломления – угол между потоком света ОВ и нормалью CD.

Вещества, которые являются прозрачными для света, имеют свою характеристику – показатель преломления, имеющий прямую зависимость от скорости света для конкретного вещества. Для различных сред этот показатель \(n\) различен. Для воздуха \(n = 1,0003\), таким образом, можно принять \(n = 1\). Этот показатель \(n\) принимается таким же, как и показатель для вакуума и это значение применяется при расчетных задачах.

Закон преломления «воздух – среда»

Падающий и отклонённый световой поток, а также нормаль, проведенная к поверхности, находятся в единой плоскости.

Отношение синусов углов падения и преломления светового потока равны \(n\):

Учитывая, что \(n\) всегда больше единицы \((n ≥1)\), то из формулы (1) получается: \(\sin<\alpha>>=\sin<\beta>\) или \(\beta в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

И для случая обратного хода будет справедлива формула \((1)\). Таким образом, отношение синуса угла имеющего большее значение к синусу угла с меньшим значением оказывается равным \(n\).

Общий Закон рефракции

Рассмотрим два случая прохождения светового потока:

в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

Для обоих случаев можно записать общий закон преломления для двух непрозрачных сред.

Закон преломления – рефракции

Падающий световой поток, отклонённый и нормаль к поверхности раздела фаз, обязательно находятся в одной плоскости.

Величины синусов для углов падения и преломления относятся так же, как показатели преломлений для сред:

Учитывая формулу (2) для показателей \(n_1\), \(n_2\) получаем запись:

Из формулы \((5)\) можно легко получить формулу \((1)\) для воздуха, просто подставив вместо \(n_1=1\)

Полное отражение

Внутреннее полное световое отражение характеризуется тем, что луч не покидает вещество, а остается в нем.

в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

Проанализируем вариант, когда поток света, поступает из воды, то есть из более плотного вещества, в воздух. Этот случай наблюдаем (рис.5.) на котором приведено распространение и отклонение световых потоков. \(S\) – это источник (точечный) который излучает в различные стороны. Рассматриваем несколько лучей исходящих от этого источника. Первый – \(SO_1\) попадает под небольшим углом на поверхность воды. Что происходит с этим лучом? Он преломляется \((О_1А_1)\), а также отражается \((О_1В_1)\). Энергия света распределяется соответственно между этими лучами.

Следующий луч \(SО_2\) имеет угол несколько больше предыдущего. Перераспределение энергии здесь будет несколько иным. Большая часть будет переходить к отраженному лучу \((О_2В_2)\). Как видим, чем больше угол, тем больше энергии получает отраженный луч, отклонённый луч получает все меньше и меньше энергии. И вот наступает момент, когда вся энергия переходит отраженному лучу, а отклоненный не получает энергии – исчезает! Продолжаем увеличивать угол – преломленный луч отсутствует.

Обстоятельства, при котором луч не выходит из вещества наружу называется полным внутренним световым отражением. Оно характеризуется углом полного светового отражения – \(\alpha_0\).

Он легко находится с использованием закона преломления:

\(\sin <90>= 1\), тогда получается

окончательно определяем угол:

Определяем этот угол для воды:

В технике это явление нашло применение в оптоволоконной оптике, без которой немыслима передача информации в огромном количестве и с огромной скоростью. Она (волоконная оптика) широко применяется в кабельном телевидении и интернете.

Источник

Закон обратимости световых лучей

в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

Пусть на какую-либо идеальную оптическую систему падает луч А и выходит из нее соответствующий ему луч В. Если пустить новый падающий луч навстречу В, получим новый выходящий из системы луч, идущий навстречу А.

Закон прямолинейности распространения света

В однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Мы воспринимаем источник света или предмет, от которого упал отраженный свет, на продолжении лучей, попавших в глаз. Этим законом объясняется образование геометрической тени, фотографирование камерой-обскурой (безлинзовой камерой с маленьким отверстием).

Законы отражения

1. Луч падающий, перпендикуляр к границе двух сред в точке падения и луч отраженный лежат в одной плоскости. То, что две из перечисленных прямых лежат в одной плоскости, — не закон, так как любые две пересекающиеся прямые удовлетворяют этому геометрическому положению. Физическим содержанием закона является нахождение третьей прямой и той же плоскости. Следовательно, углы падения и отражения лежат в плоскости падения.

2. Угол падения равен углу отражения (изменяя произвольно угол падения, получаем такое же изменение угла отражения): i = j

Различают отражения зеркальное и диффузное. Зеркальным называется отражение, при котором падающий на поверхность параллельный пучок лучей света остается параллельным (рис.2). Диффузным называется отражение, при котором падающий параллельный пучок рассеивается

Законы преломления

1. Луч падающий, перпендикуляр к границе двух сред в точке падения и преломленный луч лежат в одной плоскости (аналогично первому закону отражения, смысл этого закона в том, что третья из перечисленных прямых попала в плоскость, положение которой определяют первые две. Это плоскость падения).

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данной пары сред (то есть не изменяется при произвольном изменении угла падения и соответственном изменении угла преломления). Эта постоянная называется показателем преломления (n21) второй среды относительно первой:

Собирающие и рассеивающие линзы:

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой.

Линзы входят в состав практически всех оптических приборов. Линзы бывают собирающими и рассеивающими. Собирающая линза в середине толще, чем у краев, рассеивающая линза, наоборот, в средней части тоньше

Фотоаппаратомназывается прибор, для осуществления фотосъемки — первого из процессов получения изображения фотографическим способом.

Основные части фотоаппарата:
1) фотопленка;
2) корпус;
3) затвор;
4) объектив;
5) диафрагма.

Свет проходит через отверстие, масштабируется и попадает на светочувствительный элемент внутри устройства фотоаппарата. Будь это пленочной камерой или зеркальной цифровой фотокамерой.

Глаз человека представляет собой сложную оптическую систему, которая состоит из роговицы, влаги передней камеры, хрусталика и стекловидного тела. Преломляющая сила глаза зависит от величины радиусов кривизны передней поверхности роговицы, передней и задней поверхностей хрусталика, расстояний между ними и показателей преломления роговицы, хрусталика, водянистой влаги и стекловидного тела. Оптическая сила задней поверхности роговицы не учитывается, поскольку показатели преломления ткани роговицы и влаги передней камеры одинаковы.

в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучей

Приближенно можно сказать, что преломляющие поверхности глаза сферичны и их оптические оси совпадают, т. е. глаз является центрированной cистемой. В действительности же оптическая система глаза обладает многими погрешностями. Так, роговица сферична только в центральной зоне, показатель преломления наружных слоев хрусталика меньше, чем внутренних, неодинакова степень преломления лучей в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Помимо того, оптические характеристики в разных глазах существенно различаются, причем определить их трудно. Все это осложняет вычисление оптических констант глаза.

в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть фото в чем состоит явление обратимости световых лучей. Смотреть картинку в чем состоит явление обратимости световых лучей. Картинка про в чем состоит явление обратимости световых лучей. Фото в чем состоит явление обратимости световых лучейАккомодация глаза— изменение преломляющей силы глаза, обеспечивающее его способность ясно видеть предметы, находящиеся на различных расстояниях. Физиологический механизм аккомодации состоит в том, что при сокращении волокон ресничной мышцы глаза, иннервируемой глазодвигательным и симпатическими нервами, происходит расслабление ресничного пояска, с помощью которого хрусталик прикреплен к ресничному телу. При этом уменьшается натяжение сумки хрусталика, и он благодаря своим эластичным свойствам становится более выпуклым. Расслабление ресничной мышцы ведет к уплощению хрусталика. Аккомодационная способность глаза, хорошо развитая у детей и молодежи, уменьшается после 40 лет в связи со старением ресничного тела и хрусталика. Это проявляется дальнозоркостью, затрудненностью чтения, чувством усталости и болью в глазах. Снижение Способности к аккомодации можно заподозрить, если человеку приходится удалять от себя предметы, находящиеся в поле зрения, для лучшего их рассмотрения.

Адаптацией глаза называется процесс приспосабливания зрения к различны условиям освещения за счет изменения световой чувствительности зрительного анализатора. Человеческий глаз имеет очень большую адаптационную способность: ночью мы видим при свете звезд, а днем — при свете солнца. Это становится возможным, благодаря светочувствительным клеткам сетчатки — палочкам. Палочки обладают очень высокой световой чувствительностью и обеспечивают восприятие предметов в сумерки или ночью.

У этого термина существуют и другие значения, см. Радиация (значения).

Ионизи́рующееизлуче́ние — в самом общем смысле — различные виды микрочастиц и физических полей, способные ионизировать вещество. В более узком смысле к ионизирующему излучению не относят ультрафиолетовое излучение и излучение видимого диапазона света, которое в отдельных случаях также может быть ионизирующим. Излучение микроволнового и радиодиапазонов не является ионизирующим[1][2][3][4][5], поскольку его энергии недостаточно для ионизации атомов и молекул в основном состоянии.Содержание [показать]

Природа ионизирующего излучения

Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения:[1][2][6][7]

Коротковолновое электромагнитное излучение (поток фотонов высоких энергий):

бета-частиц (электронов и позитронов);

альфа-частиц (ядер атома гелия-4);

протонов, других ионов, мюонов и др.;

осколков деления (тяжёлых ионов, возникающих при делении ядер).

Источники ионизирующего излучения

Природные источники ионизирующего излучения:[8][6][7]

Спонтанный радиоактивный распад радионуклидов.

Термоядерные реакции, например на Солнце.

Индуцированные ядерные реакции в результате попадания в ядро высокоэнергетичных элементарных частиц или слияния ядер.

Искусственные источники ионизирующего излучения:

Ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение).

Рентгеновский аппарат как разновидность ускорителей, генерирует тормозное рентгеновское излучение.

Многие стабильные атомы в результате облучения и соответствующей индуцированной ядерной реакции превращаются в нестабильные изотопы. В результате такого облучения стабильное вещество становится радиоактивным, причем тип вторичного ионизирующего излучения будет отличаться от первоначального облучения. Наиболее ярко такой эффект проявляется после нейтронного облучения.

Цепочка ядерных превращений

В процессе ядерного распада или синтеза возникают новые нуклиды, которые также могут быть нестабильны. В результате возникает цепочка ядерных превращений. Каждое превращение имеет свою вероятность и свой набор ионизирующих излучений. В результате интенсивность и характер излучений радиоактивного источника может значительно меняться со временем.

Измерение ионизирующих излучений

См. также: Детектор элементарных частиц

Широкое применение в науке получили сцинтилляторы. Эти приборы преобразуют энергию излучения в видимый свет за счет поглощения излучения в специальном веществе. Вспышка света регистрируется фотоэлектронным умножителем. Сцинтилляторы хорошо разделяют излучение по энергиям.

Для исследования элементарных частиц применяют множество других методов, позволяющих полнее исследовать их свойства, например пузырьковая камера, камера Вильсона.

Эффективность взаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависит от типа излучения, энергии частиц и сечения взаимодействия облучаемого вещества. Важные показатели взаимодействия ионизирующего излучения с веществом:

линейная передача энергии (ЛПЭ), показывающая, какую энергию излучение передаёт среде на единице длины пробега при единичной плотности вещества.

поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества.

В Международной системе единиц СИ единицей поглощённой дозы является грэй (Гр, англ. gray, Gy), численно равный поглощённой энергии в 1 Дж на 1 кг массы вещества. Иногда встречается устаревшая внесистемная единица рад (англ. rad): доза, соответствующая поглощенной энергии 100 эрг на 1 грамм вещества. 1 рад = 0,01 Гр.

Также широко применяется устаревающее понятие экспозиционная доза излучения — величина, показывающая, какой заряд создаёт фотонное (гамма- или рентгеновское) излучение в единице объёма воздуха. Для этого обычно используют внесистемную единицу экспозиционной дозы рентген (Р, англ. roentgen, R): доза фотонного излучения, образующего ионы с зарядом в 1 ед. заряда СГСЭ ((1/3)·10−9 кулон) в 1 см³ воздуха. В системе СИ используется единица кулон на килограмм (Кл/кг, англ. C/kg): 1 Кл/кг = 3876 Р; 1 Р = 2,57976·10−4 Кл/кг.[9]

Активность радиоактивного источника ионизирующего излучения определяется как среднее количество распадов ядер в единицу времени. Соответствующая единица в системе СИ беккерель (Бк, англ. Becquerel, Bq) обозначает количество распадов в секунду. Применяется также внесистемная единица кюри (Ки, англ. Ci). 1 Ки = 3,7·1010 Бк. Первоначальное определение этой единицы соответствовало активности 1 г радия-226.

Корпускулярное ионизирующее излучение также характеризуется кинетической энергией частиц. Для измерения этого параметра наиболее распространена внесистемная единица электронвольт (эВ). Как правило радиоактивный источник генерирует частицы с определенным спектром энергий. Датчики излучений также имеют неравномерную чувствительность по энергии частиц.

Физические свойства ионизирующих излучений

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц — ядер гелия-4. Альфа-частицы, рождающиеся при радиоактивном распаде, могут быть легко остановлены листом бумаги. Бета-излучение — это поток электронов, возникающих при бета-распаде; для защиты от бета-частиц энергией до 1 МэВ достаточно алюминиевой пластины толщиной в несколько миллиметров. Гамма-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, поскольку состоит из высокоэнергичных фотонов, не обладающих зарядом; для защиты эффективны тяжёлые элементы (свинец и т. д.), поглощающие МэВ-ные фотоны в слое толщиной несколько см. Проникающая способность всех видов ионизирующего излучения зависит от энергии.

По механизму взаимодействия с веществом выделяют непосредственно потоки заряженных частиц и косвенно ионизирующее излучение (потоки нейтральных элементарных частиц — фотонов и нейтронов). По механизму образования — первичное (рождённое в источнике) и вторичное (образованное в результате взаимодействия излучения другого типа с веществом) ионизирующее излучение.

Энергия частиц ионизирующего излучения лежит в диапазоне от нескольких сотен электронвольт (рентгеновское излучение, бета-излучение некоторых радионуклидов) до 1015 — 1020 и выше электронвольт (протоны космического излучения, для которых не обнаружено верхнего предела по энергии).

Длина пробега и проникающая способность сильно различаются — от микрометров в конденсированной среде (альфа-излучение радионуклидов, осколки деления) до многих километров (высокоэнергетические мюоны космических лучей).

Биологическое действие ионизирующих излучений

Разные типы ионизирующего излучения обладают разным разрушительным эффектом и разным способом воздействия на биологические ткани. Соответственно, одной и той же поглощённой дозе соответствует разная биологическая эффективность излучения. Поэтому для описания воздействия излучения на живые организмы вводят понятие относительной биологической эффективности излучения, которая измеряется с помощью коэффициента качества. Для рентгеновского, гамма- и бета-излучений коэффициент качества принят за 1. Альфа-излучение и осколки ядер имеют коэффициент качества составляет 10…20. Нейтроны — 3…20 в зависимости от энергии. Для заряженных частиц биологическая эффективность прямо связана с линейной передачей энергии данного типа частиц (средняя потеря энергии частицей на единицу длины пробега частицы в ткани).

Для учёта биологического эффекта поглощённой дозы была введена эквивалентная поглощённая доза ионизирующего излучения, численно равная произведению поглощённой дозы на коэффициент биологической эффективности. В системе СИ эффективная и эквивалентная поглощенная доза измеряется в зивертах (Зв, англ. sievert, Sv).

Ранее широко применялась единица измерения эквивалентной дозы бэр (Биологический Эквивалент Рентгена для гамма-излучения, англ. rem). Эквивалентная доза 1 бэр соответствует облучению гамма-квантами с поглощённой дозой 1 рентген. Эквивалентная поглощённая доза приводится к поглощённой дозе гамма-излучения, поскольку массовые измерительные приборы регистрируют в основном именно гамма-излучение, и такая величина наиболее соответствует возможностям измерений. Для рентгеновского и гамма-излучений 1 бэр = 0,01 Зв, соответственно принимают, что 1 рентген = 0,01 Зв.

Помимо биологической эффективности, необходимо учитывать проникающую способность излучений. Например, тяжёлые ядра атомов и альфа-частицы имеют крайне малую длину пробега в сколько-нибудь плотном веществе, поэтому радиоактивные альфа-источники опасны при попадании внутрь организма. Наоборот, гамма-излучение обладает значительной проникающей способностью.

Некоторые радиоактивные изотопы способны встраиваться в процесс обмена веществ живого организма, замещая неактивные элементы. Это приводит к удержанию и накоплению радиоактивного вещества непосредственно в живых тканях, что существенно увеличивает опасность контакта. Например, широко известны йод-131, изотопы стронция, плутония и т.п.. Для характеристики этого явления используется понятие период полувыведения изотопа из организма.

Механизмы биологического воздействия

См. также: Радиобиология и Порог дозы

Ионизация, создаваемая излучением в клетках, приводит к образованию свободных радикалов. Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки.

После действия излучения на организм в зависимости от дозы могут возникнуть детерминированные и стохастические радиобиологические эффекты. Например, порог появления симптомов острой лучевой болезни у человека составляет 1—2 Зв на всё тело.

В отличие от детерминированных, стохастические эффекты не имеют чёткого дозового порога проявления. С увеличением дозы облучения возрастает лишь частота проявления этих эффектов. Проявиться они могут как спустя много лет после облучения (злокачественные новообразования), так и в последующих поколениях (мутации)[10].

Основным источником информации о стохастических эффектах воздействия ионизирующего излучения являются данные наблюдений за здоровьем людей, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки. Японские специалисты в течение всех лет после атомной бомбардировки двух городов наблюдали тех 87 500 человек, которые пережили ее. Средняя доза их облучения составила 240 миллизиверт. При этом прирост онкологических заболеваний за последующие годы составил 9 %. При дозах менее 100 миллизиверт отличий между ожидаемой и наблюдаемой в реальности заболеваемостью никто в мире не установил.[11]

Гигиеническое нормирование ионизирующих излучений

Нормирование осуществляется по санитарным правилам и нормативам СанПин 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)». Устанавливаются дозовые пределы эквивалентной дозы для следующих категорий лиц:

персонал — лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);

все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.

Основные пределы доз и допустимые уровни облучения персонала группы Б равны четверти значений для персонала группы А.

Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) 1000 мЗв, а для обычного населения за всю жизнь — 70 мЗв. Планируемое повышенное облучение допускается только для мужчин старше 30 лет при их добровольном письменном согласии после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья.

Применение ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения применяются в различных отраслях:

Стерилизация медицинских инструментов, расходных материалов и продуктов питания.

В медицине (рентгенография, рентгеноскопия, лучевая терапия, некоторые виды томографии).

Датчики пожара (задымления).

Датчики и счетчики предметов.

Для лечения опухолей и других патологических очагов используют облучение гамма-квантами, рентгеном, электронами, тяжёлыми ядерными частицами, такими как протоны, тяжёлые ионы, отрицательные π-мезоны и нейтроны разных энергий. Используется также введение в организм радиофармацевтических препаратов, как с лечебными, так и с диагностическими целями.

Знак радиационной опасности

Новый знак радиационной опасности

Международный условный знак радиационной опасности («трилистник», «вентилятор») имеет форму трёх секторов шириной 60°, расставленных на 120° друг относительно друга, с небольшим кругом в центре. Выполняется чёрным цветом на жёлтом фоне.

В таблице символов Юникод есть символ знака радиационной опасности — ☢ (U+2622).

В 2007 году был принят новый знак радиационной опасности, в котором «трилистник» дополнен знаками «смертельно» («череп с костями») и «уходи!» (силуэт бегущего человечка и указывающая стрелка). Новый знак призван стать более понятным для тех, кто не знаком со значением традиционного «трилистника».

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *