Випромінювання і спектри

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Іван Пулюй

Народився Іван Павлович Пулюй в Гримайлові на Тернопільщині в релігійній греко-католицькій родині. З відзнакою закінчив Тернопільську класичну гімназію. 1864 р. вступає на теологічний факультет Віденського університету. Одночасно відвідує лекції з математики, фізики та астрономії. По закінченні курсу богослов'я замість сану священика обирає звання студента філософського факультету Віденського університету. Після закінчення навчання -- асистент кафедри експериментальної фізики цього університету, згодом -- асистент-викладач кафедри фізики, механіки та математики Військово-морської академії у м. Фіуме (тепер Рієка в Хорватії). 1875 р. в Страсбурзькому університеті вивчає електротехніку, з відзнакою захищає дисертацію і здобуває ступінь доктора філософії цього ж університету (спеціалізація з фізики). Здобув звання приват-доцента Віденського університету. Обіймав посади технічного директора електротехнічного бюро у Відні, професора експериментальної та технічної фізики у Німецькій вищій технічній школі (м. Прага). 1902 р. -- перший декан першого в Європі електротехнічного факультету. Цісар Франц-Йосиф іменував Івана Пулюя Радником Двору, нагородив Лицарським Хрестом. Помер І.П.Пулюй 31 січня 1918 р. у Празі. Після закінчення курсу богослов'я Івана Пулюя чекав вигідний сан священика. Цього так хотіли і його батьки-хлібороби, які сповідували греко-католицьку віру. Іван Пулюй вибрав іншу життєву дорогу --поглиблено вивчає фізику та електротехніку. Саме ці знання підняли його на вершину світової слави. Як не прикро, але в Україні ім'я Пулюя донедавна багатьом було невідоме. Тільки із здобуттям незалежності про нього заговорили, його наукові здобутки стають надбанням нації. Вчені особливо відзначають праці Івана Пулюя в галузі молекулярної фізики -- дані про коефіцієнти внутрішнього тертя та дифузії газів і пари є вихідними, коли обчислюють такі мікроскопічні величини, як середня довжина вільного пробігу молекул, їх кількість в одній граммолекулі тощо. В галузі електротехніки Іван Пулюй удосконалив технологію виготовлення розжарювальних ниток для освітлювальних ламп, першим дослідив неонове світло. Ряд промислово розвинених країн Європи запатентували запропоновану Іваном Пулюєм конструкцію телефонних станцій та абонентських апаратів, зокрема застосування розподільчого трансформатора. З участю земляка запущено ряд електростанцій на постійному струмі в Австро-Угорщині, а також першу в Європі на змінному струмі. Досі залишається спірним питання про відкриття рентгенівських променів. Якщо Рентгена знає нині весь світ, то ім'я Івана Пулюя тільки здобуває обшири. На думку науковців, внесок Рентгена у дослідження Х-променів є явно завищеним. Рентген надавав значення тільки фактам, а не їх поясненню. Як не дивно, певний час він заперечував вивчення механізму явищ, у тому числі й нововідкритих променів. Іван Пулюй досліджував мікроскопічні процеси (на атомно-молекулярному рівні). П.С.Кудрявцев в «Истории физики» пише: «Невдала гіпотеза Рентгена була разом з тим свідченням хибності його теоретичного мислення, схильного до однобічного емпіризму. Тонкий і вмілий експериментатор, Рентген не виявив нахилу до пошуків нового, як не парадоксально це звучить стосовно автора одного з найбільших у житті фізики нових відкриттів». Дослідники наукових здобутків Івана Пулюя стверджують, що вже через півтора місяця від першого повідомлення Рентгена і до появи його другої статті Пулюй подає другу грунтовну працю, присвячену вивченню Х-променів, яка містить значно глибші порівняно з Рентгеном результати про природу та механізми виникнення цих променів. Пулюєві рентгенограми мали вищу якість, ніж Рентгенові, тривалий час лишалися неперевершеними за технікою виконання. Пулюй зробив перший знімок повного людського скелета. На думку Ю.Гривняка, Рентген був знайомий з Пулюєм під час роботи в лабораторії Кундта і провадив досліди з катодними трубками під впливом Пулюя. Чи не тут бере початок «випадкове» відкриття? Гельмут Лінднер у книзі «Картини сучасної фізики» відзначає, що шлях, яким Рентген прийшов до свого відкриття, є загадковим. Дослідники життя та діяльності Рентгена не залишили поза увагою і такий факт, пов'язаний з відкриттям Х-променів: працюючи в лабораторії, він перебував у повній ізоляції від зовнішнього світу, записи про свої спостереження тримав у таємниці і заповідав спалити зразу після смерті. Що було й зроблено. Посилаючись на досліди своїх попередників у галузі газорозрядних процесів, Рентген ніколи не згадував Пулюя чи його трубки, хоч вони у той час були добре відомі серед науковців. На дослідників діяльності Івана Пулюя ще чекають нові знахідки. Та вже й нині їх достатньо, щоб вважати Івана Пулюя основоположником науки про рентгенівські промені аж ніяк не меншою мірою, ніж Рентгена. Але не тільки науковими дослідженнями вичерпується талант Івана Пулюя. Науково-популярні книги «Непропаща сила», «Нові і перемінні звізди» глибоко філософські, в них формується мета наукового пізнання як відкриття законів природи за допомогою досліду. Велична постать Івана Пулюя і на громадській ниві -- «…ти був людиною сильних переконань і гостро викарбуваною особистістю, але також людиною, що знала, як дотримуватися вірності народові, з якого ти вийшов, і немає більшої вірності, ніж вірність власному народові», -- говорив про нашого земляка ректор Празької політехніки. І не випадково. Ще гімназистом Пулюй засновує молодіжний гурток для вивчення і популяризації української історії та літератури. У студентські роки перекладає українською мовою підручник геометрії, пізніше виступає за створення українського університету у Львові, друкує статті на захист української мови. В роки першої світової війни виступає за відродження української державності. За свідченням очевидців, Іван Пулюй знав 15 мов, у тому числі давні -- грецьку і гебрейську. Саме таку людину шукав Пантелеймон Куліш для перекладу Біблії. Творча співпраця тривала понад двадцять років. Переклад Нового Завіту було закінчено 1871 року. Остаточну редакцію, кінцеву коректуру Іван Пулюй завершив через вісім років, а ще через два роки книга побачила світ. «Тяжко було б подумати, -- писала Пулюєві Ганна Барвінок, -- що чоловік бився 50 літ і так і слід його почез без Вашої підмоги великої. Казав один дуже освічений науковий чоловік: «Не було б Куліша, не було б і Біблії». А я тепер скажу: «Не було б Пулюя, не було б Біблії». Так у нас рідкі блюстителі добра і честі другого. Тисячу раз Вам спасибі».

Життя Івана Пулюя пройшло в основному за межами України. Але помислами і добрими справами він залишався серед свого народу, співпереживав за його долю, підносив його велич.

2. Рентгенівське проміння

Рентгенівське випромінювання - електромагнітне іонізуюче випромінювання з довжиною хвилі =10-⁴ - 10³A. Рентгенівське проміння умовно поділяють на м'яке (>2A) і жорстке (<2A). Залежно від механізму виникнення розрізняють гальмівне рентгенівське проміння і характеристичне. Гальмівне виникає при різкому гальмуванні рухомих заряджених частинок і характеризується неперервним спектром частот. Характеристичне рентгенівське проміння виникає після іонізації атома з викиданням електрона однією з його внутрішніх оболонок. Ця іонізація може бути результатом зіткнення атома з швидкою частинкою (первинне рентгенівське проміння) або поглинання атомом фотона (флуоресцентне рентгенівське проміння). Характеристичне рентгенівське проміння має лінійчастий спектр частот, характерний для атомів кожного елемента. Найпоширенішими джерелами рентгенівського проміння є рентгенівські трубки (двохелектродні електровакуумні прилади, в яких рентгенівське проміння отримують, бомбардуючи анод швидкими електронами) і синхротрони. Природні джерела рентгенівського проміння - деякі радіоактивні ізотопи, Сонце та ін. космічні об'єкти. Рентгенівське проміння дифрагує, заломлюється, розсіюється, здатне до повного відбиття, має велику проникну здатність. Спричинює люмінесценцію деяких речовин, іонізацію, фотоефект тощо. Дозу випромінювання рентгенівського проміння вимірюють у рентгенах. Рентгенівське проміння реєструють за допомогою іонізаційних камер, лічильників Гейгера-Мюллера, сцинтиляційних лічильників та ін. пристроїв.

3. Рентгенівські спектри

Рентгенівські спектри - спектри випромінювання та поглинання електромагнітних хвиль, довжина яких становить 10^-4 - 10³ A, тобто в інтервалі рентгенівського проміння. Рентгенівські спектри поділяють на неперервні (гальмівні) та лінійчасті (характеристичні). Частинка при гальмуванні може віддавати (випромінювати) довільну частину своєї енергії. Тому рентгенівський спектр, що характеризує таке випромінювання, є неперервним. Довжина його найкоротшої хвилі відповідає випадку, при якому вся кінетична енергія загальмованої частинки переходить в енергію рентгенівського фотона. Неперервний рентгенівський спектр є частково поляризованим, а його інтенсивність зростає із збільшенням кінетичної енергії частинки. Рентгенівський спектр, що характеризує енергетичні переходи внутрішніх електронів атома, є лінійчастим. Його лінії поєднують у серії, що їх позначають літерами K, L, M та ін. відповідно до електронних шарів. Лінійчастий рентгенівський спектр є неполяризованим, а інтенсивність його ліній визначається правилами добору. За частотою лінійчастого рентгенівського спектру, використовуючи закон Мозлі, визначають порядковий номер хімічного елемента. Рентгенівський спектр застосовують зокрема в рентгеноструктурному аналізі, спектральному аналізі.

4. Рентгенівське знімання

За прямим способом рентгенівське проміння проходить через об'єкт знімання і безпосередньо потрапляє на світлочутливий матеріал: спеціальну (рентгенівську) плівку або пластинку зі спектральною чутливістю в діапазоні довжин хвиль 1-100 нм. Зображення, зареєстроване в такий спосіб (рентгенограма), характеризується високою різкістю, проте розмір об'єкта не може бути за формат світлочутливого матеріалу. Щоб різкість зображення при рентгенівському кінозніманні не зменшилась (через переміщування плівки), об'єкт просвічують лише в період експонування кадру. З цією метою на керуючу сітку триелектродної рентгенівської трубки (джерела проміння) рентгенівського апарату подають імпульси струму від комутатора, пов'язаного зі стрічкопротяжним механізмом кінознімального апарату. Частота кінознімання - від одиниць до 100 тис. кадрів/с (високошвидкісне рентгенівське знімання), час експонування кадру - 15 нс і більше.

5. Інфрачервоне випромінювання

Інфрачервоне випромінювання, властиве будь-якому нагрітому тілу, є складовою сонячного випромінювання. Характер його впливу

на організм людини значною мірою визначається довжиною хвилі. Короткохвильове інфрачервоне випромінювання здатне проникати у тканини тіла на 2-3 см, у той час як довгохвильове практично повністю поглинається епідермісом шкіри. Найглибше проникає інфрачервоне випромінювання з довжиною хвилі 0,76-0,85 мкм. У міру збільшення довжини хвилі проникна здатність інфрачервоного випромінювання знижується і починаючи з довжини хвилі 2,4 мкм воно повністю затримується шкірою.

Механізм теплової дії інфрачервоного випромінювання на організм людини полягає в тому, що енергія інфрачервоного випромінювання, яке глибоко проникає у тканини, перетворюється здебільшого на теплову енергію. При цьому в тканинах відбуваються фотохімічні реакції, нагромаджуються специфічні високоактивні речовини, зокрема гістаміни, які потрапляють у кров. У крові збільшується вміст загального і залишкового азоту, поліпептидів та амінокислот. Припускають, що інфрачервоне випромінювання, проникаючи у клітину, може впливати на резонуючі клітинні субстанції, спричинюючи розпад білкової молекули. Продукти розпаду, що надійшли у кров'яне русло, тривалий час діють на різні органи і системи безпосередньо або через нервову систему.

Таким чином, рівень фізіологічних змін в організмі під впливом інфрачервоного випромінювання залежить від його інтенсивності, спектрального складу, площі та ділянки опромінювання, тривалості дії, ступеня фізичного напруження, а також факторів виробничого мікроклімату--температури, вологості та швидкості руху навколишнього повітря.

Під впливом інфрачервоного випромінювання поряд з підвищенням температури поверхні тіла, що опромінюється, за певних умов (тривалого опромінювання значної площі) може спостерігатись підвищення температури шкіри і на віддалених ділянках. Підвищення температури шкіри до 40-45 °С є межею переношуваності інфрачервоного випромінювання.

Загальна температура тіла під впливом інфрачервоного випромінювання змінюється неістотно. Вона може підвищитися на 1,5-2 °С, якщо інфрачервоного випромінювання зазнає значна площа поверхні тіла або людина виконує важку фізичну роботу.

Інфрачервоне випромінювання діє, як правило, у поєднанні з високою температурою навколишнього повітря. При цьому тепловіддача конвекцією та випромінюванням практично виключена, і залишається єдиний шлях тепловіддачі -- випаровуванням вологи з поверхні тіла і дихальних шляхів.

Якщо у виробничих умовах з високою температурою і вологістю навколишнього середовища тепловіддача утруднена, організм людини може перегрітися. Таке явище називають гіпертермією. При гіпертермії істотно підвищується температура тіла, спостерігаються інтенсивне потовиділення, головний біль, почуття слабкості, спрага, порушення сприйняття кольору предметів. При швидкому наростанні симптомів в особливо тяжких випадках температура тіла досягає 41-42 °С, шкіра стає блідою, синюшною, зіниці розширюються, дихання стає частим, поверхневим (50-60 разів за хвилину), прискорюється частота пульсу (120-160 ударів за хвилину), інколи виникають судоми, знижується артеріальний тиск, можлива втрата свідомості. Якщо потерпшому своєчасно не подати медичну допомогу, він може померти.

Тяжкі форми гіпертермії (тепловий удар) розвиваються за особливо несприятливих умов роботи при поєднанні метеорологічних умов, що негативно впливають на організм, з важкою фізичною працею та при інших шкідливих факторах виробничого середовища.

Сонячний удар є наслідком впливу інфрачервоного випромінювання як складової видимого світла на центральну нервову систему. Сонячний удар спричинюється безпосередньою дією сонячного випромінювання (найчастіше страждають будівельники, працівники кар'єрів, сільськогосподарські працівники). Одужання після сонячного удару залежить від ступеня теплового ураження оболонок мозку та інших структур центральної нервової системи. Симптоми сонячного удару -- головний біль, запаморочення, прискорення частоти пульсу і дихання, втрата свідомості, порушення координації рухів. Температура тіла у потерпшого, як правило, не підвищується.

Проникаючи у тканини на значну глибину (2-3 см), інфрачервоне випромінювання може спричинювати захворювання на менінгіт і енцефаліт. Зауважимо, що в умовах виробництва така патологія не розвивається навіть за високої інтенсивності інфрачервоного випромінювання.

Внаслідок перегрівання організму і втрати ним великої кількості рідини з потом можливе порушення водно-електролітного обміну, що проявляється судомною хворобою. Основним симптомом цієї патології є біль у м'язах кінцівок, що призводить до тонічних судом. При цьому температура тіла підвищується неістотно. Порушення водно-електролітного обміну під впливом високої температури навколишнього середовища може спричинювати також захворювання нирок, травного каналу, печінки.

Встановлено, що у працівників, які тривалий час працюють у гарячих цехах, спостерігається дисфункція центральної нервової системи (симптоми -- головний біль, порушення сну, подразливість, загальна слабкість), зокрема її підкоркових утворень -- гіпоталамуса, смугастого тіла, довгастого мозку (зниження резистентності капілярів, патологічна асиметрія температури шкіри тощо). Виявлено також зміни у вегетативній нервовій системі, зокрема тремтіння повік і пальців витягнутих рук. Майже у третини працівників гарячих цехів спостерігаються значні дистрофічні зміни серцевого м'яза, пригнічення функції панкреатичних острівців.

З огляду на наведене до професійних захворювань почали зараховувати хронічне перегрівання, що найчастіше спостерігається у працівників металургійного виробництва і глибоких (1000 м і більше) шахт і призводить до вегетосудинної дисфункції з порушеннями терморегуляції, зниженням термостійкості еритроцитів, порушенням електролітного обміну. Рівень захворюваності з тимчасовою втратою працездатності серед працівників гарячих цехів на 20-25 % вищий, ніж у працівників холодних цехів, а індекс здоров'я на 48-50 % нижчий.

6. Ультрафіолет

пулюй фізика електротехніка проміння спектр

Коли промені досягають Землі, вони змінюють свої властивості при проходженні земної атмосфери, а також частково поглинаються озоном, мілкими краплинками пари та такими компонентами повітря як кисень, азот чи вуглекислий газ.

Світло включає три діапазони хвиль: інфрачервоні, видимі і ультрафіолетові. Інфрачервоні та ультрафіолетові промені неможливо побачити неозброєним оком.

Хвилі з більшою енергією, ніж фіолетове світло, називають ультрафіолетовим випроміненням. Ультрафіолетове бактерицидне випромінення - це електромагнітне випромінення ультрафіолетового діапазону довжин хвиль в інтервалі від 205 до 315 нм.

Даний вид випромінення володіє енергією, достатньою для впливу на хімічні звязки, в тому числі і в живих клітинах.

Ультрафіолет (UV) Ультрафіолетові промені можна поділити на три категорії:

UVA З довжиною звилі 315 і 380 нм включно, вони відповідають за загар і передчасне старіння очей.

UVB З довжиною хвилі між 280 і 315 нм включно, вони беруть участь в формуванні вітаміну D (анти-рахіт) і можуть викликати загар і подразнення роговиці ока.

UVC З довжиною хвилі між 180 і 280 нм включно, вони більш потужні ніж UVA і UVB промені і можуть стати смертельгими для всіх земних організмів.

Хоча питома вага ультрафіолетового випромінювання у загальній сонячній радіації незначна (1 %), воно відіграє надзвичайно велику роль у житті людини. Його спектр згідно з біологічною активністю поділяється на три ділянки: ділянка А-довжина хвилі від 400 до 315 нм, ділянка В-довжина хвилі від 315 до 280 нм, ділянка С -- довжина хвилі від 280 до 10 нм. Поверхні Землі, як правило, досягає випромінювання з довжиною хвилі від 400 до 290 нм. Характерним для цього виду випромінювання, особливо ділянки В, є виражена фотохімічна дія. Проникаючи в шкіру всього на глибину від 0,2 до 2 мм, воно викликає зміни в клітинних білках та нуклеїнових кислотах. Внаслідок передачі енергії фотона утворюються заряджені атоми і молекули - іони, вільні радикали, які беруть активну участь у фотобіологічних процесах, що відбуваються в організмі. Внаслідок утворення таких біологічно активних речовин, як гістамін, ацетилхолін тощо, змінюються активність ряду ферментів (гістамІнази, ти-розинази) та функції органів і тканин, активізується функція симпа-тико-адреналової системи. Відбувається загальностимулювальна дія ультрафіолетової радіації, яка проявляється посиленням росту клітин і відновленням тканин, що відповідно пришвидшує загоювання ран різного походження, в тому числі й після оперативних втручань.

Підвищується опірність організму до дії Інфекційних збудників, токсичних і канцерогенних речовин, покращується розумова і фізична працездатність.

Зміни в організмі залежать від кількості утворених біологічно активних речовин. На ці процеси впливають інтенсивність ультрафіолетового випромінювання та площа опроміненої шкіри. Його дія зумовлює зміну мікроциркуляції та проникність тканин. Під впливом нервових імпульсів, які йдуть з кори головного мозку, виникає первинна місцева реакція, що свідчить про запальний процес - фо-тоеритему. Цей показник використовують для визначення еритем­ної дози ультрафіолетового випромінювання. Еритемна доза - це реакція організму на ультрафіолетове опромінювання, яке через 8-22 години викликає на незасмаглій шкірі внутрішньої поверхні передпліччя людини слабке, але чітке і рівномірне почервоніння (біодоза, або порогова еритема). Вимірюється вона в секундах або хвилинах.

Недостатня кількість ультрафіолетового опромінювання призводить до зниження в організмі вмісту вітаміну Д-холекальцифе-ролу, що синтезується під впливом цього випромінювання в шкірі людини із 7,8-дегїдрохолестерину, який переносять в шкіру з кровотоком ліпіди сироватки крові. Кальцифероли активізують фосфорно-кальцієвий обмін, нормалізують процеси мінералізації кісток та беруть активну участь в інших процесах (регулювання збудливості нервової системи, засвоєння білків та мінеральних речовин з їжі тощо).

Недостатність (еіпо-) або відсутність (авітаміноз) вітаміну Д в організмі людини призводить до розвитку патологічних змін - порушується згортання крові, з'являється м'язова слабкість, може виникнути остеопороз, ускладненням якого є ламкість кісток внаслідок вимивання з них кальцію. У дітей розвивається рахіт, що проявляється нетриманням голови, порушенням процесів скостеніння, відвислим животом. Для запобігання рахіту достатньою є 1/8-1/10 мінімальної еритемної дози (бІодози), або 83-111 Вт/м2тод (при довжині хвилі УФ-променів приблизно 298 нм).

Позитивна дія ультрафіолетового випромінювання проявляється при незначному опроміненні - до двох біодоз. Надлишкове опромінення може спричинити опіки, фотодерматити, фототоксикози, фотоалергію, кератокон'юктивіти, фотокератити, катаракту, рак ока, птеригій (утворення крилоподібної плівки на оці). Несприятливою для організму людини є І бактерицидна дія ультрафіолетового випромінювання. При поглинанні УФ-променів нуклеїновими кис­лотами, які є основою клітин, відбуваються їх денатурація і фотоліз. А оскільки нуклеїнові кислоти е найважливішим складником апарату спадковості, то такі процеси будуть призводити до пошкодження молекул ДНК і спричиняти припинення поділу і росту клітин, а при збільшенні дози опромінення - і їх загибель. Цей механізм лежить в основі розвитку онкогенезу, прикладом якого є виникнення раку шкіри, та мутагенезу клітин організму, а також бактери­цидної дії ультрафіолетового випромінювання. Під впливом його гинуть або змінюють свої властивості такі хвороботворні збудники, як стрептококи І стафілококи, мікобактерії туберкульозу, холерні вібріони, віруси грипу, гриби та їх спори, кишкова паличка та багато інших патогенних і сапрофітних мікроорганізмів, а також руйнуються дизентерійний, черевнотифозний, дифтерійний, правцевий та інші токсини. Оптимальним для знищення мікроорганізмів є ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі від 267 до 253 нм. Завдяки сонячному випромінюванню відбувається самоочищення атмосферного повітря, води відкритих водоймищ та грунту.

Штучне ультрафіолетове випромінювання застосовують для опромінення людей, знезаражування повітря у лікувально-профілактичних закладах, для дезінфекції іграшок, посуду, інструментів, а також для знезаражування води і харчових продуктів тощо.

Размещено на Allbest.ru