Nuvola apps bookcase Icône HS.svg
Emoji u1f3eb.svg

בתי ספר שמעוניינים להשתתף בפרויקט מוזמנים לשלוח דוא"ל לכתובת info@kidipedia.org.il

קרינה

מתוך קידיפדיה
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Total internal reflection.jpg

בפיזיקה, קרינה היא חלקיקים אנרגטיים או גלים אנרגטיים אשר עוברים דרך ריק או חומר. גלים בעלי מסה גדולה כגון גלים בים או גלי קול, לא נחשבים כקרינה. קרינה מחולקת לשני סוגים, קרינה מייננת וקרינה לא מייננת. קרינה מייננת היא קרינה אשר יוצרת יונים בחומר בו היא עוברת. יונים הם אטומים או מולקולות שבהן מספר האלקטרונים אינו שווה למספר הפרוטונים, וכך נוצר לאטום\מולקולה מטען חיובי או מטען שלילי. קרינה לא מייננת היא קרינה אלקטרומגנטית אשר אין לה מספיק אנרגיה כדי ליצור יונים.

הגדרה מילונית

1. הפצת קרני אור או קרניים של אנרגיה כלשהי 2. קרינה מייננת: קרינה היצרת יונים בחומר בו היא עוברת.

השפעה של קרינה מייננת על תאים חיים

קרינה מייננת היא קרינה מסוכנת לתאים חיים (כגון אנשים, דגים, עופות, יצורים חד תאיים, וצמחים) מכיוון שבכל תא יש את הD.N.A שהוא מולקולה חיונית מאוד לחיים. כאשר היא הופכת ליון, היא נפגעת והד.נ.א נפגע. כאשר תא מסויים מת, תא אחר נוצר, לרוב דרך מיטוזה, כדי למלות את מקום התא המת. כאשר תא בוא הד.נ.א פגום מתפצל (מיטוזה) הד.נ.א הפגום נמצא גם בתא החדש, וכך הלאה. מספר התאים הפגומים ממשיך לגדול, וזהו סרטן.

שני סוגי הקרינה

יש שני סוגים של קרינה, קרינה חלקיקית, וקרינה לא חלקיקית. קרינה חלקיקית היא קרינה אשר מורכבת מחלקיקים. קרינה חלקיקית מחולקת לשלושה סוגים, קרינת אלפה α, קרינת בטא β, וניטרונין מהירים. קרינה לא חלקיקית היא קרינה אלקטרומגנטית אשר מורכבת מפוטונים.

קרינת אלפה α

קרינת אלפה α היא תנועה גלית של גרעיני אטום הליום (Helium) אשר מורכב משני פרוטונים ושני ניוטרונים. הקרינה בזאת נפלטת בביקוע או היתוך גרעיני ולכן הקרינה היא רדיואקטיבית. למרות זאת, לא כל זרם חלקיקי אלפה הוא קרינת אלפה. הקרינה חייבת להיות במהירות מסויימת כדי להיות רדיו אקטיבית, ורק אם הקריה היא רדיו אקטיבית ובנויה מחלקיקי אלפה, היא נחשבת לקרינת אלפה. קרינת אלפה היא קרינה מייננת מאוד חזקה. לכן משתמשים בא בגלאי עשן. הקרינה מייננת את האוויר אבל לא את העשן. החיישנים מודדים את כמות החומר המיונן ועל פי השוואה של אוויר רגיל, ניתן לקבוע אם יש עשן. קרינת אלפה היא לא קרינה מסוכנת במיוחד לחיים ביולוגים מכיוון שהיא נבלעת בחומר בקלות רבה. למשל, קרני אלפה יכולות לנוע דרך אוויר, אך אינן יכולות לעבור דרך חתיכת נייר. קרינת אלפה כן יכולה להיות קטלנית אם מקור הקרינה נמצא בתוך הגוף הביולוגי (לרוב דרך שאיפה, אכילה, או זריקה), במצב כזה, הקרינה המייננת תפגע בדנ"א ותהפוך אותו למוטציה. המוטציה יכולה להיות מוטציה בונה, או מוטציה הורסת. מוטציה בונה תעזור לגוף ותפתח אותו, לצערנו, הסיכויים שמוטציה כזאת תקרה הם מאוד קטנים. מוטציה הורסת פוגעת בדנ"א לרעה ויכולה לגרום לעודף יצור חומרים לגוף, חוסר ביצור חומרים לגוף, מיטוזה בלתי מבוקרת של התאים אשר יוצרת סרטן, וכו'.

קרינת בטא β

קרינת בטא מורקבת משני סוגים: קרינת בטא פלוס +β וקרינת בטא מינוס –β. קרינת בטא מינוס מורכבת מאלקטרונים (electron) שהם חלקיקים תת אטומים בעלי מטען חשמלי שלילי. קרינת בטא פלוס מורכבת מהחלקיקh הפוזיטרון (positron) שהם בעלי מטען חשמלי חיובי. הפוזיטרון הוא החלקיק הנגדי לאלקטרון(anti-particle). כלומר, הפוזיטרון והאלקטרון הם שני חלקיקים זהים פרט לתכונה אחת, שהיא המטען החשמלי. הפוזיטרון הוא החלקיק הנגדי של האלקטרון, והאלקטרון הוא החלקיק הנגדי של הפוזיטרון. קרינת בטא נוצרת כאשר אטום, כל אטום בעל אלקטרונים, מתפרק. האלקטרונים "נורים (מלשון ירי כלי נשק)" לכל עבר וממשיכים בקו ישר עד שמשהו פוגע בהם ודבר אחד משלושת הדברים הבאים יכול לקרות: הקרינה משנה את כיוון התנועה, הקרינה נבלעת עלידי החומר, או שהקרינה פשוט ממשיכה באותו מסלול. קרינת בטא שימושית מאוד לטיפול בעיניים. מכיוון שאנחנו לא יכולים להסתכל בדרך יעילה לתוך העיניים, קרינת הבטא שימושית כדי לתת לנו סריקה של החלק הפנימי של גלגל העין. קרינת בטא ידועה ביכולות להרוג תאי סרטן, אך היא גם יכולה ליצור כאלה כעקב חדירה לתאים ויצירת מוטציה בדנ"א.

קרינה אלקטרומגנטית

הקרינה האלקטרומגנטית שטף של חלקיקים הנקראים פוֹטוֹנִים, הנעים בצורת גל. הגל נעה במהירות קבועה שהיא מהירות האור. ישנם שוגים רבים של קרינה אלקטרומגנטית כגון: גלי מיקרו, גלי רדיו, אור, קרני רנטגן וקרינת גאמא. מה שמבדיל בין סוגי הקרינות הוא התדר של הגל כלומר כמה מחזורים הגל עושה בפרק זמן מסויים. לדוגמה התדר של קרינת גאמא הוא 1910 הרץ (מחזורים בשניה) וככול שהתדר יותר גבוה אורך הגל קטן. אורך הגל קשור ביחס הפוך לתדירות הגל,

באמצאות נוסחה: ₰/ƒ=c שבה ƒ היא התדירות ₰ הוא אורך הגל ו- c היא מהירות האור.

הקרינה אלקטרומגנטית נושאת אנרגיה ותנע ועשויה להעביר אותם לחומר עמו היא באה במגע - למשל, לחמם חומר או לעורר אלקטרונים. כאשר פוטונים עוברים דרך חומר הם נבלעים באטומים ואז נפלטים.וכאשר הם נבלעים הם מאבירים חלק מהאנרגיה שלהם. ככול שהתדירות של הפוטון יותר גדולה אז גם האנרגיה שבו יותר גדולה ואז הוא מעביר יותר אנרגיה שמרעידה את האטום וזה יוצר חימום. אם התדירות מספיק גבוה כמו בקרני רנטגן וקרינת גאמא אז האנרגיה מספיקה להעיף אלקטרון וליצור יונים כלומר שקרני רנטגן וקרינת גאמא הם קרניים מיננות.

גלי רדיו

גלי רדיו הם קרינה אלקטרומגנטית לא מיננת בתדרים שבין 3 קילו-הרץ עד 300 גיגה-הרץ אורכי הגל של תדרים אלו הם 100 ק"מ עד 1 מילימטר.

תדרי רדיו משמשים, בין השאר, לתקשורת אלחוטית. לשם ביצוע תקשורת אלחוטית יש להקצות למשדר תדר שבו ישדר. לכל משדר תדר המוקצב לו, שבו ניתן להאזין לו, ובקשר דו-כיווני - גם לשוחח אתו.

לגלי הרדיו מספר שימושים, והנפוצים ביניהם הם:

  • קשר רדיו - להעברה של שידורי רדיו, טלוויזיה, תקשורת סלולארית ונתונים אחרים.
  • ניווט - באמצעות לווינים (GPS)
  • מכ"ם (ראדאר / RADAR) - על ידי שליחת גלי רדיו למרחב ופיענוח האותות המוחזרים ניתן לאתר את מיקומם וכיוון תנועתם של גופים הנעים במרחב.

גלי מיקרו

גלי מיקרו הקרויים גם מיקרוגלים הם קרינה אלקטרומגנטית לא מיננת עם אורך גל מ-1 מילימטר עד 1 מטר או בתדירות מ300 מגה־הרץ עד 300 ג'יגה־הרץ.

גלי מיקרו עוברים בקלות יחסית דרך אטמוספירת כדור הארץ עם פחות הפרעות מאשר גלים בעלי אורכי גל ארוכים יותר. לגלי מיקרו גם רוחב סרט (מונח את רוחב תחום התדרים ) גדול יותר מאשר זה של גלי הרדיו. מסיבות אלו נעשה שימוש נרחב בגלי מיקרו לצורכי שידור והעברת מידע. לדוגמה:

טלפונים אלחוטיים - מכשיר טלפון עם קשר אלחוטי בין בסיס לשפופרת.

תקשורת נתונים לטווחים קצרים מבוססת לעתים קרובות על תדרי Bluetooth ו-Wi Fi.

מכ"ם (ראדאר) העושה שימוש בקרינת מיקרוגל לגילוי טווח, מהירות ותכונות נוספות של עצמים מרוחקים.

טלוויזיה בכבלים ואינטרנט בכבלים עושים שימוש בחלק מתדירויות גלי המיקרו הנמוכות

טלפונים סלולריים עושים שימוש בתדירויות הנמוכות של גלי המיקרו.

אור

אור, או אור בתחום הנראה הוא קרינה אלקטרומגנטית לא מיננת בעלת אורך גל הנראה לעין האדם (400 - 750 ננומטר לערך).

התדירויות בספקטרום הנמצאות מיד מחוץ לטווח הראייה של העין האנושית נקראות על סגול (UV - UltraViolet) בתדירות הגבוהה ותת אדום (IR - InfraRed) בתדירות הנמוכה. ישנם בעלי חיים המסוגלים לראות על סגול (דבורים למשל), או תת-אדום (נחשים למשל). על אף שבני אדם לא יכולים לראות את סוגי האור הללו, ניתן לחוש בהם: תת-אדום בעוצמה מסוימת יכול לחמם את העור באופן מורגש, בעוד על סגול גורם לעור לאחר זמן מסוים לשיזוף. קיימות מצלמות היכולות לקלוט תת-אדום ולהמיר אותו לאות חשמלי ולתמונה. באופן דומה ניתן "לראות" אור על סגול על ידי המרתו לאור נראה באמצעות פלואורסנציה.

האור יוצר מגוון גדול של תופעות, כאן מוצגות כמה מהחשובות:

  • נפיצה (דיספרסיה) - תופעה שבה האור מתפרק למרכיביו על פי אורך הגל (קשת בענן היא דוגמה מרהיבה של נפיצה). הנפיצה נגרמת כתוצאה ממעבר האור דרך חומר שקוף בעל מקדם שבירה שאינו קבוע לכל אורכי הגל (ראו יחס נפיצה).
  • תופעות שבירה והחזרה מחומרים - במעבר בין חומרים שונים, האור בחלקו מוחזר מהמשטח, ובחלקו מתקדם לתוך החומר הבא, תוך שבירה שהיא שינוי כוון ההתקדמות, על פי חוק סנל.
  • עקיפה מתרחשת באופן הבולט ביותר כאשר האור עובר דרך סדק צר, בעובי הקרוב לאורך הגל. האור במקרה זה "עוקף" את הסדק ומתפזר לכל הכוונים, ויכול ליצור תבניות מורכבות בהתאם למספר הסדקים ועוביים.
  • התאבכות היא תופעה של התחברות שני גלים, למשל אור המגיע משני מקורות. מתרחש חיבור של הגלים היוצר תבניות אור וחושך מורכבות, שנקראות תבניות התאבכות.
  • לייזר הוא אור אשר מורכב כולו מאורך גל יחיד ונע בכוון אחד. אור בעל תכונות אלו נקרא קוהרנטי.

השמש היא מקור האור העיקרי על פני כדור הארץ. קרינת השמש נובעת מהטמפרטורה הגבוהה שלה, כ-5,500 מעלות צלזיוס. גם נורת להט ביתית קורנת מאותה סיבה, אך הטמפרטורה שלה נמוכה יותר, ולכן אורה נוטה לכוון הצבע האדום. עצמים (וכוכבים) בטמפרטורה גבוהה יותר מהשמש קורנים באור הנוטה לכחול. בעלי חיים, לעומת זאת, הנמצאים בטמפרטורה סביב ה-40 מעלות, פולטים קרינה בתחום התת-אדום. אור הנפלט כתוצאה מקרינת גוף שחור הוא בעל ספקטרום רציף, כלומר מכיל את כל הצבעים בתחום רחב. נורת להט למשל מפיצה אור רב גם בתחום התת-אדום שאינו נראה לעין ואינו תורם לתאורה.

אור נפלט כתוצאה ממעברי אנרגיה של אלקטרונים. כאשר אלקטרון חוזר מרמת אנרגיה גבוהה אל רמה נמוכה יותר, הוא פולט פוטון בעל אנרגיה ששווה להפרש האנרגיה בין הרמות, ולכן גם בעל צבע מתאים. כלומר כאשר פוטון בעל כמות אנרגיה נבלעה באטום הוא מעורר את האלקטרונים ורמת האנרגיה של האלקטרון עולה באותה כמות של האנרגיה שהייתה בפוטון. כאשר הוא חוזר לאותה רמת אנרגיה שהייתה מקודם הוא פולט פוטון בעל אותה כמות אנרגיה כמו הפוטון הקודם ולכן גם אותה תדירות ואותו אורך גל ולכן לשניהם יש את אותו צבע.

קרני רנטגן

קרני רנטגן (או קרני x) הן קרינה אלקטרומגנטית מייננת בעלת אורך גל בתחום 5 פיקומטר עד 10 ננומטר. לקרינת רנטגן שימוש בתחומים רבים, אך בעיקר רבה חשיבותן בתחום הרפואה, בזכות יכולתן לצלם איברי גוף פנימיים לשם בדיקתם. ב-1896 החלו רופאי השיניים להשתמש בקרניים לצורך תצלומי שיניים, וכירורגים השתמשו בהן לצורך מציאת שברים בעצמות המטופלים. העצם, שבה יש ריכוז מינרלים גבוה, בולעת את הקרניים מופיעה בניגודיות גבוהה לעומת הבשר כשעוברות דרכה קרני רנטגן. כיום ניתן לצלם בסוגים שונים של צילום גם אברים פנימיים אחרים בנוסף לעצמות. כדי לצלם אברים כמו קיבה ומעיים, נותנים למטופל בבליעה חומר שאטומיו כבדים, כגון בריום, ולצורך צילום אברים כמו כליות או לב, נותנים למטופל חומרים כמו יוד, בהזרקה. בדומה לשימוש בתחום הרפואי, ישנו יישום הנדסי לקרינת רנטגן - איתור סדקים בבדיקות לא הורסות (בדיקות שאינם פוגעים בנבדק) במבנים, במטוסים וכדומה. שימוש מדעי חשוב הוא בקריסטלוגרפיה, שבה תמונות העקיפה של קרני רנטגן שמוקרנות על גבישים, משמשות לפענוח מבנה הגביש. שימוש אחר הוא שיקוף מזוודות של נוסעים לפני עלותם למטוס, לגילוי מטעני נפץ.

קרינת גמא

קרינת גמא γ היא קרינה אלקטרומגנטית מייננת אם אורך גל של 5 פיקומטר ומטה. הקרינה באה לידי ביטוי בפליטה של פוטון בעת תהליך פירוק רדיואקטיבי. בדרך כלל נפלטת קרינת גמא יחד עם קרינת אלפא או קרינת בטא. להבדיל מקרינות אלו, לקרני הגמא אין מסה או מטען חשמלי, ולכן לא ניתן לשנות את כיוונה בעזרת שדה מגנטי או שדה חשמלי. קרינה זו נפלטת מקורים גרעיניים ופצצות אטום. בתהליך שיורים את הנויטרון אל אטום האורניום ואז האטום מתפרק נפלטת קרינת גמא. הסכנה היא שאם הקרינה הזו תתפשט היא תהווה נזק עצום לסביבה. בהיותה קרינה מייננת ואנרגטית מאוד, קרינת גמא היא קרינה מאוד מסוכנת לאדם, היא יכולה לחדור כ-15 סנטימטר מים או רקמות חיות. ואף מספר סנטימטרים דרך עופרת יצוקה. חשיפה לכמות קטנה עלולה לגרום לסרטן וחשיפה ממושכת תגרום למוות בטוח. בנוסף לכך קרינת גמא המשתחררת מאיזוטופ אינה ניתנת לשליטה וממשיכה להקרין עד לדעיכה המוחלטת של האיזוטופ (אִיזוֹטוֹפּ של יסוד כימי הוא אטום ,הנוצר מתהליך רדיואקטיבי, בעל אותו מספר אטומי (מספר הפרוטונים שאם האטום אינו יון שווה למספר האלקטרונים) אך בעל מסה שונה, כלומר מספר הנויטרונים שונה מהרגיל). לקרינת גמא אין שימושים, מכיוון שהא מאוד מסוכנת ולא ניתנת לשליטה, חוץ מבפצצת אטום ששם רוצים שתהיה קטלנית ומסוכנת ושתפגע באנשים והיא רק מוסיפה לנזק ההרסני.

ניוטרון

ניוטרון הוא נוקליאון ללא מטען חשמלי, בעל מסה שווה ל-939.6 MeV (כצט יותר מזו של פרוטון, 938.3 MeV). הניוטרון מורכב משלושה קווארקים, שני קווארקי D וקווארק אחד U. בהתפרקות בטא (תהליך בו משתחררת קרינת בטא), אחד הקווארקים מסוג D שבנייטרון — שמסתו גדולה ממסת קווארק U — מאבד מסה, וכך נהפך לקווארק U. המסה הנותרת הולכת לבוזון, המתפרק מידית לאלקטרון ולאנטי ניטרינו אלקטרוני. הגרעין של רוב האטומים (חוץ מאיזוטופ אחד של מימן) מורכב מפרוטונים וניוטרונים. מחוץ לגרעין, הניוטרון בלתי יציב ובעל תקופת מחצית חיים של 15 דקות בלבד, כשהוא מתפרק על ידי פליטת אלקטרון ואנטינייטרינו, הוא נהפך לפרוטון. אותה צורת התפרקות (התפרקות בטא) מתרחשת בכמה סוגים של גרעיני אטומים. חלקיקים בתוך הגרעין מהדהדים בין נייטרונים ופרוטונים, המותמרים מאחד לשני על ידי פליטה וקליטה של פאיונים. נייטרון מסווג כבאריון ומורכב משני קווארקים מסוג DOWN ואחד מסוג UP. המאפיין המבדיל את הנייטרונים מרוב הנוקליאונים, היא העובדה שהם חסרי מטען חשמלי. תכונה זו של הנייטרונים עכבה את גילויים, גורמת לעוצמת חדירה ניכרת, מונעת כמעט אפשרות לצפות בהם ישירות, וגורמת להם להיות רכיב חשוב ביותר בתהליכים של שינוי הגרעין.

קישורים חיצוניים