Spektralbereiche elektromagnetischer Strahlung. Röntgen- und Gammastrahlung. Methoden der Spektralanalyse

Spektrum elektromagnetischer Wellen.

Elektromagnetische Wellen werden nach ihrer Lambda-Wellenlänge oder der zugehörigen f-Wellenfrequenz klassifiziert. Beachten Sie auch, dass diese Parameter nicht nur die Welle, sondern auch die Quanteneigenschaften des elektromagnetischen Feldes charakterisieren. Dementsprechend wird die elektromagnetische Welle im ersten Fall durch die in diesem Band untersuchten klassischen Gesetze und im zweiten Fall durch die in Band 5 dieses Handbuchs untersuchten Quantengesetze beschrieben.

Betrachten wir das Konzept des Spektrums elektromagnetischer Wellen. Spektrum elektromagnetischer Wellen ist das Frequenzband elektromagnetischer Wellen, die in der Natur vorkommen.

Das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung in der Reihenfolge zunehmender Frequenz ist:

1) Radiowellen;

2) Infrarotstrahlung;

3) Lichtstrahlung;

4) Röntgenstrahlung;

5) Gammastrahlung.

Verschiedene Teile des elektromagnetischen Spektrums unterscheiden sich in der Art und Weise, wie sie Wellen aussenden und empfangen, die zu dem einen oder anderen Teil des Spektrums gehören. Aus diesem Grund gibt es keine scharfen Grenzen zwischen verschiedenen Teilen des elektromagnetischen Spektrums.

Radiowellen werden durch die klassische Elektrodynamik untersucht. Infrarotlicht und ultraviolette Strahlung werden sowohl von der klassischen Optik als auch von der Quantenphysik untersucht. Röntgen- und Gammastrahlung werden in der Quanten- und Kernphysik untersucht.

Betrachten wir das Spektrum elektromagnetischer Wellen genauer.

Radiowellen.

Radiowellen sind elektromagnetische Wellen, deren Länge 0,1 mm überschreitet (Frequenz kleiner als 3 · 10 · 12 Hz = 3000 GHz).

Radiowellen werden unterteilt in:

1. Ultralange Wellen mit einer Wellenlänge größer als 10 km (Frequenz kleiner als 3 · 10 4 Hz = 30 kHz);

2. Lange Wellen im Längenbereich von 10 km bis 1 km (Frequenz im Bereich 3 · 10 4 Hz - 3 · 10 5 Hz = 300 kHz);

3. Mittelwellen im Längenbereich von 1 km bis 100 m (Frequenz im Bereich 3 · 10 5 Hz -310 · 6 Hz = 3 MHz);

4. Kurzwellen im Wellenlängenbereich von 100 m bis 10 m (Frequenz im Bereich 310,6 Hz-310,7 Hz = 30 MHz);

5. Ultrakurze Wellen mit einer Wellenlänge von weniger als 10 m (Frequenz größer als 310 7 Hz = 30 MHz).

Ultrakurze Wellen wiederum werden unterteilt in:

a) Meterwellen;

b) Zentimeterwellen;

c) Millimeterwellen;

d) Submillimeter oder Mikrometer.

Wellen mit einer Wellenlänge von weniger als 1 m (Frequenz unter 300 MHz) werden Mikrowellen oder Ultrahochfrequenzwellen (Mikrowellenwellen) genannt.

Aufgrund der großen Wellenlängen des Radiobereichs im Vergleich zur Größe von Atomen kann die Ausbreitung von Radiowellen ohne Berücksichtigung der atomaren Struktur des Mediums betrachtet werden, d. h. phänomenologisch, wie es bei der Konstruktion von Maxwells Theorie üblich ist. Die Quanteneigenschaften von Radiowellen treten nur bei den kürzesten Wellen neben dem Infrarotteil des Spektrums und bei der Ausbreitung des sogenannten auf. ultrakurze Impulse mit einer Dauer in der Größenordnung von 10 -12 Sek. - 10 -15 Sek., vergleichbar mit der Zeit der Elektronenschwingungen innerhalb von Atomen und Molekülen.

Infrarot- und Lichtstrahlung.

Infrarot, Licht, einschließlich Ultraviolett, Strahlung beträgt optischer Bereich des Spektrums elektromagnetischer Wellen im weitesten Sinne des Wortes. Die Nähe der Spektralbereiche der aufgeführten Wellen bestimmte die Ähnlichkeit der Methoden und Instrumente, die für ihre Forschung und praktische Anwendung verwendet wurden. In der Vergangenheit wurden für diese Zwecke Linsen, Beugungsgitter, Prismen, Blenden und optisch aktive Substanzen verwendet, die in verschiedenen optischen Geräten (Interferometer, Polarisatoren, Modulatoren usw.) enthalten waren.

Andererseits weist Strahlung aus dem optischen Bereich des Spektrums allgemeine Übertragungsmuster verschiedener Medien auf, die mithilfe geometrischer Optik erhalten werden können, die häufig für Berechnungen und Konstruktionen sowohl optischer Geräte als auch optischer Signalausbreitungskanäle verwendet wird.

Das optische Spektrum umfasst den Bereich elektromagnetischer Wellenlängen im Bereich von 210 -6 m = 2 µm bis 10 -8 m = 10 nm (Frequenz von 1,510 · 14 Hz bis 310 · 16 Hz). Obergrenze des optischen Bereichs bestimmt durch die langwellige Grenze des Infrarotbereichs und untere kurzwellige Ultraviolettgrenze(Abb. 2.14).

Optische Bandbreite nach Frequenz beträgt etwa 18 Oktaven 1 , wovon der optische Bereich etwa eine Oktave ausmacht(); für Ultraviolett - 5 Oktaven (), für Infrarotstrahlung - 11 Oktaven (

Im optischen Teil des Spektrums spielen Phänomene eine Rolle, die durch die atomare Struktur der Materie verursacht werden. Aus diesem Grund treten neben den Welleneigenschaften optischer Strahlung auch Quanteneigenschaften auf.

Röntgen- und Gammastrahlung.

Im Bereich der Röntgen- und Gammastrahlung treten die Quanteneigenschaften der Strahlung in den Vordergrund.

Röntgenstrahlung tritt auf, wenn schnell geladene Teilchen (Elektronen, Protonen usw.) abgebremst werden, sowie als Folge von Prozessen, die innerhalb der elektronischen Hüllen von Atomen ablaufen.

Gammastrahlung ist eine Folge von Phänomenen, die im Inneren von Atomkernen auftreten, sowie das Ergebnis von Kernreaktionen. Die Grenze zwischen Röntgen- und Gammastrahlung wird herkömmlicherweise durch die Größe des Energiequants bestimmt 2 , entsprechend einer gegebenen Strahlungsfrequenz.

Röntgenstrahlung besteht aus elektromagnetischen Wellen mit einer Länge von 50 nm bis 10 -3 nm, was einer Quantenenergie von 20 eV bis 1 MeV entspricht.

Gammastrahlung besteht aus elektromagnetischen Wellen mit einer Wellenlänge von weniger als 10 -2 nm, was einer Quantenenergie von mehr als 0,1 MeV entspricht.

Elektromagnetische Natur des Lichts.

Licht stellt den sichtbaren Teil des Spektrums elektromagnetischer Wellen dar, deren Wellenlängen das Intervall von 0,4 µm bis 0,76 µm einnehmen. Jeder Spektralkomponente der optischen Strahlung kann eine bestimmte Farbe zugeordnet werden. Färbung spektraler Komponenten optischer Strahlung durch ihre Wellenlänge bestimmt. Die Farbe der Strahlung ändert sich mit abnehmender Wellenlänge wie folgt: Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan, Indigo, Violett.

Rotes Licht, das der längsten Wellenlänge entspricht, definiert das rote Ende des Spektrums. Violettes Licht – entspricht dem violetten Rand.

Natürliches Licht ist nicht gefärbt und stellt eine Überlagerung elektromagnetischer Wellen aus dem gesamten sichtbaren Spektrum dar. Natürliches Licht entsteht durch die Emission elektromagnetischer Wellen durch angeregte Atome. Die Art der Anregung kann unterschiedlich sein: thermisch, chemisch, elektromagnetisch usw. Als Ergebnis der Anregung senden Atome etwa 10 -8 Sekunden lang zufällig elektromagnetische Wellen aus. Da das Energiespektrum der Anregung von Atomen recht breit ist, werden elektromagnetische Wellen aus dem gesamten sichtbaren Spektrum emittiert, deren Anfangsphase, Richtung und Polarisation zufällig sind. Aus diesem Grund ist natürliches Licht nicht polarisiert. Dies bedeutet, dass die „Dichte“ der spektralen Komponenten elektromagnetischer Wellen des natürlichen Lichts mit zueinander senkrechten Polarisationen gleich ist.

Als harmonische elektromagnetische Wellen werden Lichtwellen bezeichnet monochromatisch. Eines der Hauptmerkmale einer monochromatischen Lichtwelle ist die Intensität. Lichtwellenintensität stellt den Durchschnittswert der Energieflussdichte dar (1.25) Von der Welle getragen:

Wo ist der Poynting-Vektor?

Berechnung der Intensität einer leichten, ebenen, monochromatischen Welle mit einer elektrischen Feldamplitude in einem homogenen Medium mit dielektrischer und magnetischer Permeabilität anhand der Formel (1.35) berücksichtigen (1.30) Und (1.32) gibt:

wo ist der Brechungsindex des Mediums; - Wellenwiderstand des Vakuums.

Traditionell werden optische Phänomene mithilfe von Strahlen betrachtet. Die Beschreibung optischer Phänomene mittels Strahlen nennt man geometrisch-optisch. Die in der geometrischen Optik entwickelten Regeln zum Auffinden von Strahlbahnen werden in der Praxis häufig zur Analyse optischer Phänomene und beim Bau verschiedener optischer Instrumente verwendet.

Definieren wir einen Strahl basierend auf der elektromagnetischen Darstellung von Lichtwellen. Strahlen sind zunächst einmal Linien, entlang derer sich elektromagnetische Wellen ausbreiten. Aus diesem Grund Strahl ist eine Linie, an deren jedem Punkt der gemittelte Poynting-Vektor einer elektromagnetischen Welle tangential zu dieser Linie gerichtet ist.

In homogenen isotropen Medien fällt die Richtung des durchschnittlichen Poynting-Vektors mit der Normalen zur Wellenoberfläche (Gleichphasenoberfläche) zusammen, d. h. entlang des Wellenvektors.

In homogenen isotropen Medien stehen die Strahlen also senkrecht zur entsprechenden Wellenfront der elektromagnetischen Welle.

Betrachten Sie beispielsweise die Strahlen, die von einer punktförmigen monochromatischen Lichtquelle emittiert werden. Aus Sicht der geometrischen Optik gehen viele Strahlen vom Quellpunkt in radialer Richtung aus. Ausgehend von der elektromagnetischen Essenz des Lichts breitet sich eine kugelförmige elektromagnetische Welle vom Quellpunkt aus aus. Bei ausreichend großer Entfernung von der Quelle kann die Krümmung der Wellenfront vernachlässigt werden, da die lokal kugelförmige Welle als flach gilt. Durch die Unterteilung der Oberfläche der Wellenfront in eine große Anzahl lokal flacher Abschnitte ist es möglich, durch die Mitte jedes Abschnitts eine Normale zu zeichnen, entlang der sich eine ebene Welle ausbreitet, d. h. im geometrisch-optischen Interpretationsstrahl. Somit liefern beide Ansätze die gleiche Beschreibung des betrachteten Beispiels.

Die Hauptaufgabe der geometrischen Optik besteht darin, die Richtung des Strahls (Flugbahn) zu ermitteln. Die Trajektoriengleichung wird gefunden, nachdem das Variationsproblem gelöst wurde, das Minimum der sogenannten zu finden. Aktionen auf den gewünschten Flugbahnen. Ohne näher auf die strenge Formulierung und Lösung dieses Problems einzugehen, können wir davon ausgehen, dass es sich bei den Strahlen um Trajektorien mit der kürzesten optischen Gesamtlänge handelt. Diese Aussage ist eine Konsequenz des Fermatschen Prinzips.

Der Variationsansatz zur Bestimmung der Strahlbahn kann auch auf inhomogene Medien angewendet werden, d. h. solche Medien, bei denen der Brechungsindex eine Funktion der Koordinaten der Punkte des Mediums ist. Wenn eine Funktion die Form der Oberfläche einer Wellenfront in einem inhomogenen Medium beschreibt, dann kann sie anhand der Lösung der partiellen Differentialgleichung namens gefunden werden Eikonalgleichung und in der analytischen Mechanik als Gleichung Hamilton-Jacobi:

Somit besteht die mathematische Grundlage der geometrisch-optischen Näherung der elektromagnetischen Theorie aus verschiedenen Methoden zur Bestimmung der Felder elektromagnetischer Wellen auf Strahlen, basierend auf der Eikonalgleichung oder auf andere Weise. Die geometrisch-optische Näherung wird in der Praxis in der Funkelektronik häufig zur Berechnung des sogenannten verwendet. quasi-optische Systeme.

Zusammenfassend stellen wir fest, dass die Fähigkeit, Licht gleichzeitig sowohl von Wellenpositionen aus zu beschreiben, indem man die Maxwell-Gleichungen löst, als auch Strahlen zu verwenden, deren Richtung aus den Hamilton-Jacobi-Gleichungen bestimmt wird, die die Bewegung von Teilchen beschreiben, eine der Manifestationen des Dualismus ist des Lichts, was bekanntlich zur Formulierung der Grundprinzipien der Quantenmechanik führte.

Die Transparenz eines Stoffes für Gammastrahlen hängt im Gegensatz zum sichtbaren Licht nicht von der chemischen Form und dem Aggregatzustand des Stoffes ab, sondern hauptsächlich von der Ladung der Kerne, aus denen der Stoff besteht, und von der Energie der Gammastrahlen . Daher kann die Absorptionsfähigkeit einer Materieschicht für Gammastrahlen in erster Näherung durch ihre Oberflächendichte (in g/cm?) charakterisiert werden. Für γ-Strahlen gibt es keine Spiegel oder Linsen.

Es gibt keine scharfe Untergrenze für Gammastrahlung, aber man geht allgemein davon aus, dass Gammaquanten vom Kern und Röntgenquanten von der Elektronenhülle des Atoms emittiert werden (dies ist nur ein terminologischer Unterschied, der sich nicht auf die Strahlung auswirkt). physikalische Eigenschaften der Strahlung).

2.2. Röntgenstrahlung

Röntgenquanten werden hauptsächlich bei Übergängen von Elektronen in der Elektronenhülle schwerer Atome auf niedrigere Bahnen emittiert. Leerstellen in niedrigen Umlaufbahnen entstehen normalerweise durch Elektronenstoß. Die so erzeugte Röntgenstrahlung weist ein Linienspektrum mit für ein bestimmtes Atom charakteristischen Frequenzen auf (siehe charakteristische Röntgenstrahlung), das insbesondere die Untersuchung der Zusammensetzung von Stoffen ermöglicht (Röntgenfluoreszenzanalyse). Wärme-, Bremsstrahlung und Synchrotron-Röntgenstrahlung haben ein kontinuierliches Spektrum.

Bei Röntgenstrahlen wird eine Beugung an Kristallgittern beobachtet, da die Längen elektromagnetischer Wellen bei diesen Frequenzen nahe an den Perioden der Kristallgitter liegen. Darauf basiert die Methode der Röntgenbeugungsanalyse.

2.3. UV-Strahlung

Bereich: 400 nm (3,10 eV) bis 10 nm (124 eV)

2.4. Optische Strahlung

Strahlung im optischen Bereich (sichtbares Licht und nahe Infrarotstrahlung) durchdringt die Atmosphäre frei und kann in optischen Systemen leicht reflektiert und gebrochen werden. Quellen: Wärmestrahlung (einschließlich Sonne), Fluoreszenz, chemische Reaktionen, LEDs.

Im Gegensatz zum optischen Bereich erfolgt die Untersuchung des Spektrums im Funkbereich nicht durch physikalische Wellentrennung, sondern durch Signalverarbeitungsmethoden.

Eigenschaften elektromagnetischer Strahlung. Elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen weist viele Unterschiede auf, aber alle, von Radiowellen bis hin zu Gammastrahlung, sind physikalischer Natur. Alle Arten elektromagnetischer Strahlung weisen mehr oder weniger die für Wellen charakteristischen Eigenschaften der Interferenz, Beugung und Polarisation auf. Gleichzeitig weisen alle Arten elektromagnetischer Strahlung mehr oder weniger Quanteneigenschaften auf.

Allen elektromagnetischen Strahlungen gemeinsam sind die Mechanismen ihres Auftretens: Elektromagnetische Wellen beliebiger Wellenlänge können bei der beschleunigten Bewegung elektrischer Ladungen oder beim Übergang von Molekülen, Atomen oder Atomkernen von einem Quantenzustand in einen anderen entstehen. Harmonische Schwingungen elektrischer Ladungen werden von elektromagnetischer Strahlung begleitet, deren Frequenz der Frequenz der Ladungsschwingungen entspricht.

Radiowellen. Beim Auftreten von Schwingungen mit Frequenzen von 10 5 bis 10 12 Hz entsteht elektromagnetische Strahlung, deren Wellenlängen im Bereich von mehreren Kilometern bis mehreren Millimetern liegen. Dieser Abschnitt der elektromagnetischen Strahlungsskala bezieht sich auf den Radiowellenbereich. Radiowellen werden für Funkkommunikation, Fernsehen und Radar verwendet.

Infrarotstrahlung. Elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 1-2 mm, aber mehr als 8 * 10 -7 m, d.h. Strahlung, die zwischen dem Radiowellenbereich und dem sichtbaren Lichtbereich liegt, wird als Infrarotstrahlung bezeichnet.

Der Bereich des Spektrums jenseits seines roten Randes wurde erstmals im Jahr 1800 experimentell untersucht. Englischer Astronom William Herschel (1738 - 1822). Herschel platzierte ein Thermometer mit einer geschwärzten Kugel am roten Ende des Spektrums und entdeckte einen Temperaturanstieg. Die Thermometerkugel wurde durch für das Auge unsichtbare Strahlung erhitzt. Diese Strahlung wurde Infrarotstrahlung genannt.

Infrarotstrahlung wird von jedem erhitzten Körper abgegeben. Quellen der Infrarotstrahlung sind Öfen, Warmwasserbereiter und elektrische Glühlampen.

Mit speziellen Geräten lässt sich Infrarotstrahlung in sichtbares Licht umwandeln und Bilder von erhitzten Objekten in völliger Dunkelheit erstellen. Infrarotstrahlung wird zum Trocknen von lackierten Produkten, Gebäudewänden und Holz verwendet.

Sichtbares Licht. Sichtbares Licht (oder einfach Licht) umfasst Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 8*10-7 bis 4*10-7 m, von rotem bis violettem Licht.

Die Bedeutung dieses Teils des Spektrums elektromagnetischer Strahlung im menschlichen Leben ist äußerst groß, da der Mensch fast alle Informationen über die Welt um ihn herum durch das Sehen erhält.

Licht ist eine Voraussetzung für die Entwicklung grüner Pflanzen und damit eine notwendige Voraussetzung für die Existenz von Leben auf der Erde.

UV-Strahlung. Im Jahr 1801 entdeckte der deutsche Physiker Johann Ritter (1776 - 1810) bei der Untersuchung des Spektrums, dass sich hinter seinem violetten Rand ein Bereich befindet, der durch für das Auge unsichtbare Strahlen erzeugt wird. Diese Strahlen beeinflussen bestimmte chemische Verbindungen. Unter dem Einfluss dieser unsichtbaren Strahlen zersetzt sich Silberchlorid, Zinksulfidkristalle und einige andere Kristalle leuchten.

Elektromagnetische Strahlung mit einer kürzeren Wellenlänge als violettem Licht, die für das Auge unsichtbar ist, wird ultraviolette Strahlung genannt. Ultraviolette Strahlung umfasst elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 4*10 -7 bis 1*10 -8 m.

Ultraviolette Strahlung kann pathogene Bakterien abtöten und wird daher häufig in der Medizin eingesetzt. Ultraviolette Strahlung in der Zusammensetzung des Sonnenlichts verursacht biologische Prozesse, die zur Verdunkelung der menschlichen Haut führen – Bräunung.

Gasentladungslampen werden in der Medizin als Quellen ultravioletter Strahlung eingesetzt. Die Röhren solcher Lampen bestehen aus Quarz, der für ultraviolette Strahlen durchlässig ist; Deshalb werden diese Lampen Quarzlampen genannt.

Röntgenstrahlen. Wenn in einer Vakuumröhre zwischen einer beheizten, ein Elektron emittierenden Kathode und der Anode eine konstante Spannung von mehreren zehntausend Volt angelegt wird, werden die Elektronen zunächst durch das elektrische Feld beschleunigt und dann in der Anodensubstanz bei der Wechselwirkung mit ihr stark abgebremst Atome. Beim Abbremsen schneller Elektronen in einem Stoff oder bei Elektronenübergängen an den inneren Hüllen von Atomen entstehen elektromagnetische Wellen mit einer kürzeren Wellenlänge als der ultravioletten Strahlung. Diese Strahlung wurde 1895 vom deutschen Physiker Wilhelm Röntgen (1845-1923) entdeckt. Elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 10 -14 bis 10 -7 m wird als Röntgenstrahlung bezeichnet.

Röntgenstrahlen sind für das Auge unsichtbar. Sie passieren ohne nennenswerte Absorption erhebliche Materialschichten, die für sichtbares Licht undurchsichtig sind. Röntgenstrahlen werden durch ihre Fähigkeit erkannt, in bestimmten Kristallen ein bestimmtes Leuchten hervorzurufen und auf fotografische Filme einzuwirken.

Die Fähigkeit von Röntgenstrahlen, dicke Materieschichten zu durchdringen, wird zur Diagnose von Erkrankungen der inneren Organe des Menschen genutzt. In der Technik werden Röntgenstrahlen zur Kontrolle der inneren Struktur verschiedener Produkte und Schweißnähte eingesetzt. Röntgenstrahlen haben starke biologische Wirkungen und werden zur Behandlung bestimmter Krankheiten eingesetzt.

Gammastrahlung. Gammastrahlung ist elektromagnetische Strahlung, die von angeregten Atomkernen emittiert wird und durch die Wechselwirkung von Elementarteilchen entsteht.

Gammastrahlung ist die elektromagnetische Strahlung mit der kürzesten Wellenlänge (l < 10 -10 m). Seine Besonderheit sind seine ausgeprägten korpuskulären Eigenschaften. Daher wird Gammastrahlung üblicherweise als ein Strom von Teilchen – Gammaquanten – betrachtet. Im Wellenlängenbereich von 10 -10 bis 10 -14 überschneiden sich die Bereiche von Röntgen- und Gammastrahlung; in diesem Bereich sind Röntgen- und Gammastrahlung von gleicher Natur und unterscheiden sich lediglich in der Herkunft.

Elektromagnetisches Spektrum

Elektromagnetisches Spektrum- die Gesamtheit aller Frequenzbereiche elektromagnetischer Strahlung.

Wellenlänge – Frequenz – Photonenenergie

Als spektrale Eigenschaften elektromagnetischer Strahlung werden folgende Größen verwendet:

• Schwingungsfrequenz – die Frequenzskala ist in einem separaten Artikel angegeben;
• Photonenenergie (elektromagnetisches Feldquantum).

Die Transparenz eines Stoffes für Gammastrahlen hängt im Gegensatz zum sichtbaren Licht nicht von der chemischen Form und dem Aggregatzustand des Stoffes ab, sondern hauptsächlich von der Ladung der Kerne, aus denen der Stoff besteht, und von der Energie der Gammastrahlen . Daher kann die Absorptionsfähigkeit einer Stoffschicht für Gammastrahlen in erster Näherung durch ihre Oberflächendichte (in g/cm²) charakterisiert werden. Für γ-Strahlen gibt es keine Spiegel oder Linsen.

Es gibt keine scharfe Untergrenze für Gammastrahlung, aber man geht allgemein davon aus, dass Gammaquanten vom Kern und Röntgenquanten von der Elektronenhülle des Atoms emittiert werden (dies ist nur ein terminologischer Unterschied, der sich nicht auf die Strahlung auswirkt). physikalische Eigenschaften der Strahlung).

Röntgenstrahlung

• von 0,1 nm = 1 Å (12.400 eV) bis 0,01 nm = 0,1 Å (124.000 eV) - harte Röntgenstrahlung. Quellen: einige Kernreaktionen, Kathodenstrahlröhren.
• 10 nm (124 eV) bis 0,1 nm = 1 Å (12.400 eV) - weiche Röntgenstrahlen. Quellen: Kathodenstrahlröhren, thermische Plasmastrahlung.

Röntgenquanten werden hauptsächlich bei Übergängen von Elektronen in der Elektronenhülle schwerer Atome auf tiefliegende Bahnen emittiert. Leerstellen in tief liegenden Umlaufbahnen entstehen meist durch Elektroneneinschläge. Auf diese Weise erzeugte Röntgenstrahlung weist ein Linienspektrum mit für ein bestimmtes Atom charakteristischen Frequenzen auf (siehe charakteristische Strahlung); Dies ermöglicht insbesondere die Untersuchung der Zusammensetzung von Stoffen (Röntgenfluoreszenzanalyse). Wärme-, Bremsstrahlung und Synchrotron-Röntgenstrahlung haben ein kontinuierliches Spektrum.

Bei Röntgenstrahlen wird eine Beugung an Kristallgittern beobachtet, da die Längen elektromagnetischer Wellen bei diesen Frequenzen nahe an den Perioden der Kristallgitter liegen. Darauf basiert die Methode der Röntgenbeugungsanalyse.

UV-Strahlung

Bereich: 400 nm (3,10 eV) bis 10 nm (124 eV)

Optische Strahlung

Strahlung im optischen Bereich (sichtbares Licht und Strahlung im nahen Infrarot) passiert die Atmosphäre frei und kann in optischen Systemen leicht reflektiert und gebrochen werden. Quellen: Wärmestrahlung (einschließlich Sonne), Fluoreszenz, chemische Reaktionen, LEDs.

• von 30 GHz bis 300 GHz - Mikrowellen.
• von 3 GHz bis 30 GHz - Zentimeterwellen (Mikrowelle).
• von 300 MHz bis 3 GHz - Dezimeterwellen.
• von 30 MHz bis 300 MHz - Meterwellen.
• von 3 MHz bis 30 MHz - Kurzwellen.
• von 300 kHz bis 3 MHz - Mittelwellen.
• von 30 kHz bis 300 kHz - lange Wellen.
• von 3 kHz bis 30 kHz – ultralange (Myriameter-)Wellen.

Im Gegensatz zum optischen Bereich erfolgt die Untersuchung des Spektrums im Funkbereich nicht durch physikalische Wellentrennung, sondern durch Signalverarbeitungsmethoden.

siehe auch

Wikimedia-Stiftung. 2010.

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ELEKTROMAGNETISCHE FELDER (EMF) UND STRAHLUNG

Spektrum elektromagnetischer Strahlung

Seit Beginn ihrer Existenz ist die Erde elektromagnetischer Strahlung von der Sonne und dem Weltraum ausgesetzt. Im Zuge dieser Einwirkung treten in der Magnetosphäre und Atmosphäre der Erde komplexe, miteinander verbundene Phänomene auf, die sich am direktesten auf die lebenden Organismen der Biosphäre und ihren Lebensraum auswirken.

Im Laufe der Evolution haben sich lebende Organismen an den natürlichen Hintergrund elektromagnetischer Felder angepasst. Aufgrund des wissenschaftlichen und technischen Fortschritts nimmt der elektromagnetische Hintergrund der Erde derzeit jedoch nicht nur zu, sondern unterliegt auch qualitativen Veränderungen. Elektromagnetische Strahlung ist in Wellenlängen aufgetreten, die künstlichen Ursprungs sind und auf anthropogene Aktivitäten zurückzuführen sind.

Zu den Hauptquellen von EMF anthropogenen Ursprungs zählen Fernseh- und Radarstationen, leistungsstarke Funkanlagen, industrielle Technologieanlagen, Hochspannungsleitungen mit Industriefrequenz, Wärmeanlagen, Plasma-, Laser- und Röntgenanlagen sowie Atom- und Kernreaktoren.

Die spektrale Intensität einiger künstlicher EMF-Quellen kann erheblich vom evolutionär entwickelten natürlichen elektromagnetischen Hintergrund abweichen, an den Menschen und andere lebende Organismen gewöhnt sind.

Das elektromagnetische Feld ist eine Kombination aus zwei miteinander verbundenen Feldern: elektrischem und magnetischem.

Ein charakteristisches Merkmal des elektrischen Feldes ist, dass es auf eine elektrische Ladung (geladenes Teilchen) mit einer Kraft einwirkt, die nicht von der Geschwindigkeit der Ladung abhängt.

Ein charakteristisches Merkmal eines Magnetfelds (MF) besteht darin, dass es auf sich bewegende elektrische Ladungen mit Kräften einwirkt, die proportional zur Geschwindigkeit der Ladungen sind und senkrecht zu diesen Geschwindigkeiten gerichtet sind.

Elektromagnetische Wellen nennt man Störungen des elektromagnetischen Feldes (d. h. elektromagnetisches Wechselfeld), das sich im Raum ausbreitet.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen im Vakuum stimmt mit der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum überein.

Das Spektrum elektromagnetischer Strahlung, das die Menschheit derzeit beherrscht, scheint ungewöhnlich breit: von mehreren tausend Metern bis zu -12 cm.

Mittlerweile ist bekannt, dass Radiowellen, Licht, Infrarot- und Ultraviolettstrahlung, Röntgenstrahlen und Strahlung alle Wellen derselben elektromagnetischen Natur sind und sich in der Wellenlänge unterscheiden. Es gibt bestimmte Bereiche des elektromagnetischen Spektrums, in denen die Erzeugung und Aufzeichnung von Wellen schwierig ist. Die lang- und kurzwelligen Enden des Spektrums sind nicht sehr streng definiert. Die Skala der elektromagnetischen Strahlung ist in Abb. dargestellt. 7.1.

Nr. 1 – 11 – vom International Radiocommunication Advisory Committee (ICRC) eingerichtete Unterbänder. Nach der Entscheidung dieses Ausschusses gehören die Teilbänder 5 – 11 zu den Radiowellen. Gemäß den CCIR-Vorschriften umfasst der Mikrowellenbereich Wellen mit Frequenzen von GHz. Historisch wurden unter dem Mikrowellenbereich jedoch Schwingungen mit einer Wellenlänge von 1 m bis 1 mm verstanden. Die Teilbereiche Nr. 1 – 4 charakterisieren elektromagnetische Felder industrieller Frequenzen.

Der optische Bereich bezeichnet in der Radiophysik, Optik und Quantenelektronik den Wellenlängenbereich etwa vom Submillimeter bis zum fernen Ultraviolett. Der sichtbare Bereich ist ein kleiner Teil des optischen Bereichs. Die Grenzen der Übergänge von ultravioletter Strahlung, Röntgenstrahlung und -strahlung sind nicht genau festgelegt, entsprechen aber ungefähr den im Diagramm angegebenen Werten und; -Strahlung wird zu Strahlung sehr hoher Energie, der sogenannten kosmischen Strahlung.

Trotz der einheitlichen elektromagnetischen Natur unterscheiden sich die einzelnen Bereiche elektromagnetischer Schwingungen in ihren Erzeugungs- und Messtechniken.