Işınım (Radyasyon) Nedir? Özellikleri Nelerdir?

Enerjinin belli bir kaynaktan tanecik biçiminde yayılması.

Enerjinin her çeşit iletiminin dalgasal ve tanecikli yapısındaki ikilik günü­müzde herkesçe kabul edilmiştir: Fo­ton ya da fonon gibi enerji yüklü taneciklere dalgalar (fotonlar için elektromagnetik dalgalar, fononlar için ses dalgaları) denk düşmekte­dir.

Işınım (radyasyon) terimi altında ayrıca, radyoak­tif cisimlerden çıkanlar gibi,tanecik demetlerinin yayınlanması da belirti­lir. Bu cisimler, parçalanmaları sıra­sında üç tür ışınım yayınlarlar: Hel­yum çekirdeklerinden oluşan a ışını­mı; elektronlardan oluşan p ışınımı; çok kısa dalga boylarındaki elektromagnetik Y ışınımı.

Elektromagnetik Işınımların Özellikleri

İnsanın incelemiş olduğu ilk ışınımlar, Güneş’in yayınladığı ışık ışınımlarıdır. Işık ışınımlarının elektromagnetik ya­pısıyla ilgili varsayım Maxwell tara­fından ileri sürüldü; daha sonra ışı­nım adı, elektromagnetik titreşimler­le gerçekleştirilen her çeşit enerji ile­timine verildi. Uzayın,böyle bir titre­şimin yayıldığı her noktasında birbi­rine dik bir elektrik alanla bir magnetik alan bulunmakta, bunlar zamanın sinüzoidal bir fonksiyonu olarak aynı fazda titreşmektedir. Yayılmakta olan her titreşim gibi tek bileşenli bir ışı­ma da f frekansıyla ya da frekansın tersi olan T devriyle (periyot) belirlen­mektedir. Bir devir süresinde titreşi­min katettiği yol, A dalga boyudur. Bu dalga boyu hem frekansa, hem de tit­reşimin ortam içindeki yayılma hızına bağlıdır. Boşluk içinde bütün ışınım­lar, yaklaşık 300.000 km/sn hızla ya­yılmaktadırlar. Gerçekte, bir kaynak, genel olarak dalga boyu sürekli biçim­de değişen bir ışınım bütünü yayın­lamaktadır. Isıl ışınım için durum böyledir: Başka kaynaklar iyice belirlen­miş tekbileşenli bir ışınım bütünü ya­yınlamaktadır (sodyum alevi, cıva ar­kı, vb.).Tayf lambaları.tek bileşenli bir tek ışıma yapmaktadırlar. Dalga bo­yunun boşluktaki değeri, ışınımların sınıflandırılmasında kullanılmıştır (Bkz. çizelge). Işınımların bütünü için­de, gerçek anlamdaki ışık ışınımları çok dar bir bölgeyi kaplar (0,4 um – 0,8 um); çizelge uzun dalga boyların­da, radyoelektrik dalgalara dek uza­nan kızılötesi ışınımları, kısa dalga boylarındaysa X ışınımları dizisinin başladığı sınıra dek morötesi ışınım­ları içermektedir.

ışınımKuvantum kuramları, f frekansında­ki elektromagnetik bir titreşime foton adı verilen bir hf enerji kuvantumu denk düşürmektedir. Fotonlann, ışınımların frekansı büyüdükçe artan bir enerjileri vardır.Elektronvolt(eV) cinsinden belirtilen enerji,uzak kızılötesindeki bir foton için 0,005 eV ol­duğu halde,sert bir X fotonunun ener­jisi 400.000 eV’dur.

Isısal Işınım Ve Kara Cisim

Bütün cisimler, mutlak sıfırdan fark­lı bir sıcaklıkta enerji yayınlamakta­dır; bu yayınımın kaynağı, cisimleri oluşturan atom ya da moleküllerin ısısal titreşimidir. Cisimlerin sıcaklıkları ne kadar yüksek olursa bu enerji de o kadar önemli olur. Böylelikle, 500°C’ın üstünde, enerjinin bir bölü­mü görsel ışınıma denk düşer (Bkz. Çiz.): Isıtılan bir demir parçası akkor haline geçerse ve sıcaklığı yeterli de­recede yüksekse, beyaz görünür (o za­man yayınladığı ışınım görsel ışınıma yaklaşmaktadır). Bununla birlikte, bir cisim düşük sıcaklıkta da enerji yayınlar: bu enerji ancak kızılötesi alı­cılar gibi uygun alıcılarla algılanır. Her cisim aldığı enerjinin bir bölümü­nü soğurur; bu nedenle, sözgelimi, bir fırına konan bir cisim ısınır.

a=soğurulan güç\ alınan güç

oranına soğurma katsayısı adı verilir. İyice belirlenmiş bir a dalga boyu söz konusuysa, a^ soğurma katsayısına, tekbileşenli (monokromatik) soğurma katsayısı denir. Bir kara cisim (siyah cisim de denir) belli bir sıcaklıkta, al­dığı ışınımı tümüyle soğuran cisimdir. Demek ki, bir kara cismin soğurma katsayısı bire eşittir. Camdan bir lev­ha isle karartılarak bir kara cisim el­de edilir; hemen hemen kusursuz bir kara cisim, iç yüzeyi karartılmış bir fırının çeperinde açılan küçük çaplı bir delik yardımıyla oluşturulmakta­dır.

Işınıma İlişkin Yasalar

Bir kaynak, enerji yayınladığı zaman birim yüzeyden belli bir doğrultuda yayınlanan enerji şiddetiyle belirgin­leşmektedir. Bu büyüklüğe enerji parlaklığı denir. Genellikle her ışınım tek başına İncelenmekte, bu ise kaynağın yayınladığı her ışınım için bir parlak­lık yoğunluğunun (LA) tanımlanması­nı sağlamaktadır. LA doğrultu bakı­mından bağımsız olunca, kaynağın Lambert yasasına uyduğu belirtilir. Bir kara cisim söz konusu yasaya göre davranmaktadır. Bu koşullarda, bir yüzey öğesinin bütün uzayda ve ışını­mın bütünü için yayınladığı enerji, ışınırlık adım alır. Bir cismin ışınırlığı cismin T termodinamik sıcaklığının dördüncü gücüyle orantılıdır.

M = o T4 (Stefan yasası);

burada a, Stefan sabitidir ve değeri 5,668.10 –8 watt/m2’dir. Bu yasa, ku­ramsal olarak termodinamiğin kural­larından çıkarılmıştır.1884’te Boltzmann bir tanıtlamasını yapmıştır. Bu yasaların uygulaması, bütün kara cisimlerin belli bir sıcaklık ve bir dal­ga boyu için aynı parlaklık yoğunlu­ğuna sahip olduklarını göstermiştir; uygulama sonucu aynı koşullardaki bütün cisimlerden en büyük yoğunlu­ğu gösterenin kara cisim olduğu kanıt­lanmıştır. Ayrıca, kara cismin par­laklık yoğunluğunun dalga boyu ve sı­caklığına göre değişim yasası, ısısal ışınımın incelenmesinde temel yasa­dır.

Planck Yasası

Planck’ın kuvantum kuramından ya­rarlanarak elde etmiş olduğu sonuç­lar sabit T sıcaklığında LA = f (A) eğ­rileriyle özetlenmiştir. Sıcaklık ne ka­dar yüksek olursa, maksimum parlak­lık yoğunluğu o kadar büyük olmakta­dır (A1, A2, vb. noktaları). Aynı biçim­de, denk düşen dalga boyu da, sıcak­lık ne kadar büyükse o kadar küçük olur. Ayrıca, Aı, A2, vb. noktaların A.mı, Âm2, vb. apsisleri, m T = sabit olacak biçimdedir. Wien yasasım gös­teren bu bağıntı şöyle açıklanabilir:

Kara cismin parlaklık yoğunluğunun en yüksek değeri aldığı dalga boyu, termodinamik sıcaklıkla ters orantılı­dır. 0,4 um ile 0,8 um arasındaki görsel bölgede parlaklık yoğunluğu en yüksek değere, ancak çok yüksek sı­caklıklarda erişebilmektedir. Sözgeli­mi, 0,5 um için, T = 5.800 K olur; çıp­lak gözle ışık beyaz görünmekte­dir.Daha düşük sıcaklıklar için par­laklık yoğunluğunun en yüksek değe­ri kırmızıya doğru kayar; bu nedenle, bir kaynağın sıcaklığı azaldıkça ışık, bize gitgide daha kırmızı görünmekte­dir. Yüksek sıcaklıklar için, maksi­mum, mora doğru kaymakta ve ışık bi­ze mavileşmiş görünmektedir: “Mavi” yıldızların yüzey sıcaklıkları, yaklaşık 15.000 K’dir.

Işınım (Radyasyon) Uygulamaları

Göz ve cilt, ışıklı ve ısısal ışınımların doğal alıcılarıdır. Elektromagnetik ışı­nımların yararlı uygulamaları sayıla­mayacak kadar çoktur: Radyoskopi; radyografi; radyofoni; radyo işaretle­ri; mikroptan arındırma; fototerapi; radyoterapi; küriterapi; radyoelek­trik; telekomünikasyon; fotoğrafçılık; vb. Gökfizikçisi, gökcisimlerini, yayın­ladıkları ışınımlar yardımıyla incele­yebilmekte, optik tayflar üstündeki araştırmalardan yıldızların sıcaklık, basınç ve çeşitli alanlarını, teğetsel ve dönme hızlarını, gezegenlerin ve baş­ka gökcisimlerinin yapısmı elde et­mektedir.

Isısal ışınınım incelenmesi, yüksek sı­caklıkları ölçmeye yarayan çeşitli ay­gıtların yapımına yardımcı olmuştur. Gerçekten de, bir kaynağın Lk parlaklık yoğunluğu sıcaklığın fonksiyonu olduğundan, La ’nın her optik ölçü­mü, bir kara cisme benzetilen kayna­ğın sıcakhğının bilinmesini sağlar. Böylece, tek renkli ışımalı pirometre­ler yapılmıştır. Tüm ışınımlı piromet­re, Stefan yasasına dayanır. Kara ci­simle kara olmayan cismin karşılaştırılması, bir renk sıcaklığının tanım­lanmasını sağlar. Renkli fotoğrafçılık bu kavramdan yararlanır. Emülsiyon­lar renk sıcaklıklarıyla belirlenmekte­dir; aslına uygun bir kopya isteniyor­sa, aynı sıcaklıktaki kaynaklarla kul­lanılmaları gerekir.

Isısal bir ışınımın incelenmesi, böyle­ce, fizikte ilk kez, kesikli enerji alışve­rişi görüşünü getirmiştir. Bu kavram, atom fiziğinde önemli buluşların elde edilmesini sağlamıştır.

Renk Sıcaklığı

Bir ışık kaynağının renk sıcaklığı, kaynağın yayınladığı ışığa benzer bir ışık yayınlayan bir kara cismin sıcak­lığıdır. Demek ki, bir kaynağın renk sıcakhğının, kaynağın gerçek anlam­daki sıcaklığıyla hiçbir ilgisi yoktur. Böylelikle, mavi ışık veren gazışıl bir tüpün renk sıcaklığı çok yüksektir, çünkü bu sıcaklıktaki kara cismin ma­vi bir ışık vermesi gerekmektedir, oy­sa tüpün gerçek sıcaklığı 100°C’ın altındadır. Beyaz adı verilen ışık için, renk sıcaklığı 5.500 K; Güneş’inki 5.000 K; gündüz ışığınınki (Güneş ve mavi gökyüzü) 6 000 K; akkor halde­ki bir lambanınki 2.800 K’dir. Renkli fotoğrafçılıkta kullanılan emülsiyon­lar, renk sıcaklıklarıyla belirlenmek­tedirler; renklerin aslına uygun ola­rak elde edilebilmesi için bunların aynı renk sıcaklığındaki kaynaklarla kullanılması gerekir.

Yer Işınımı

Yer yaklaşık 14°C sıcaklıktaki bir ka­ra cisim gibi ışınım yayınlar. Kısa dal­ga boylarında hemen hemen hiç bu­lunmayan bu ışınım, yalnızca kızıl ötesinde başlar. Atmosfer Güneş ışı­nımlarının bir bölümünü nasıl soğuruyorsa, bu ışınımların büyük bir bö­lümünü de soğurur; bu soğurmaya daha çok ozon, su buharı ve karbon gazı yol açmaktadır.

ELEKTROMAGNETİK IŞINIMLARIN ÇİZELGESİ

TÜRLER FREKANSLARIN HERTZ OLARAK BÜYÜKLÜK SIRASI DALGA

BOYU

FOTONUN

ENERJİSİ

ÇEŞİTLERİ VE KULLANIMLARI  
Yüksek frekanslı 105 3 km   Uzun dalgalar………………………. /
dalgalı akım (Hertz 3.10f 3. 106 1 km 100 m c

e ra n

— “Oy)

Orta dalgalar………………………..

Kısa dalgalar………………………..

Radyo yayını
dalgalan ve çok kısa  
Hertz dalgaları) 3. 107 10 m C C c ™ m ? Çok kısa dalgalar………………….. Televizyon
109 30 sm 3 U- C Aşırı kısa dalgalar…………………. Racar
      I Isıtma, kurutma,
  10′2 300 |im   Kırmızı I fotoğrafçılık, vb.
  3,75.10u 0,8 |im 1,5 eV Turuncu I  
ışık dalgaları   0,65 um 0,60 fam 0,58 fim 0,52 ,.m 0,47 um   Sarı I ..

Yeşil ( ®orunen|n,m Mavi |

Mor

Işığın çeşitli uygulamaları
    0,41 fim 3 eV   Mikroptan arındırma.
        fotoğrafçılık, vb.
  10 3 nm 400 eV Holweck’in yumuşak X ışınları Deri hastalıkları
X ışınları 1018 0,3 nm 4 000 eV   Radyografi
  1019 0,03 nm 40 000 eV Sert (kuvvetli) X ışınlan…………… Radyoterapi
y ışınları 1020

1022

3.10 3 nm 3. 10 5 nm 400 000 eV 40 MeV    
Kozmik ışınlar 1023 3.10 6 nm 400 MeV    

 


Hadi Paylaş!Share on FacebookTweet about this on TwitterShare on Google+Share on RedditPin on Pinterest

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir