الإشعاع غير المؤين اسم يستخدم لمجالات وإشعاعات لا تصنف عادة ضمن الإشعاع القادر على تأيين الذرات بالطريقة المرتبطة بالفوتونات عالية الطاقة. من أمثلته موجات الراديو والميكروويف وتحت الحمراء والضوء المرئي. فهم التصنيف يحتاج إلى التمييز بين طاقة الفوتون الواحد، وكمية الطاقة المنقولة، وطريقة تفاعلها مع المادة. [1][2]
ماذا تعني كلمة غير مؤين؟
التأين هو فقد إلكترون أو اكتسابه لتكوين أيون. يميز التصنيف الشائع بين فوتونات عالية الطاقة مثل الأشعة السينية وغاما، وبين نطاقات أقل طاقة مثل الراديو والضوء المرئي. لكنه لا يعني أن الفئة الثانية لا تتفاعل مع المادة أو لا تنقل طاقة إليها. [1]
كما أن عتبات إخراج الإلكترونات وآليات تفاعل الضوء تختلف باختلاف المادة. ففي الظاهرة الكهروضوئية، يمكن لضوء ذي تردد مناسب تحرير إلكترونات من سطح فلزي ذي دالة شغل مناسبة؛ هذا لا يساوي افتراض أن كل ضوء مرئي يؤين كل ذرة منفردة. ينبغي تحديد المادة والعملية المقصودتين. [4]
أمثلة وحدود استعمال المصطلح
تشمل الأمثلة الواضحة الراديو والميكروويف والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي. وتدرج OSHA أيضاً الليزر والأشعة فوق البنفسجية ضمن عرضها المهني للفئة. هذا نطاق تنظيمي للمناقشة، ولا يبرر تعميم أن جميع الأطوال الموجية فوق البنفسجية عاجزة فيزيائياً عن التأين. [1][2]
الليزر طريقة لإنتاج ضوء بخصائص معينة، وليس نطاقاً إضافياً مستقلاً في الطيف. قد يعمل ليزر في تحت الحمراء أو المرئي أو فوق البنفسجي. لذلك نحتاج إلى طول موجته وقدرته وظروف التعرض، ولا يكفي اسم ليزر لتحديد طاقة فوتوناته. [2]
طاقة الفوتون: التردد وليس شدة الحزمة
ترتبط طاقة الفوتون بالتردد من E = hf، وبالطول الموجي في الفراغ من E = hc/λ. كلما ارتفع التردد زادت طاقة الفوتون، وكلما طال الطول الموجي قلت. أما زيادة تدفق الفوتونات عند تردد ثابت فترفع الطاقة الكلية المنقولة في الزمن، ولا تغير طاقة الفوتون الواحد. [3][4]
في مثال حسابي، نستخدم h ≈ 4.136 × 10⁻¹⁵ eV·s. لفوتون تردده 3 × 10⁹ Hz تكون الطاقة E ≈ 1.2408 × 10⁻⁵ eV. ولضوء طوله الموجي 500 نانومتر، باستخدام hc ≈ 1240 eV·nm، نجد E ≈ 1240/500 = 2.48 eV. هذه قيم للفوتون الواحد، لا قدرة جهاز أو مقدار جرعة. [4]
المجال الثابت والموجة المنتشرة
يمكن أن توجد مجالات كهربائية أو مغناطيسية ثابتة من دون أن تكون موجة كهرومغناطيسية منتشرة. ترتبط الموجة بتغيرات في المجالين وانتقال الطاقة، ويمكنها الانتشار في الفراغ. لذلك لا نصف كل مجال ثابت بأنه إشعاع يتحرك بسرعة الضوء. [3]
عند مقارنة أجهزة مختلفة، فرّق بين تردد الإشارة وطاقة الفوتون والقدرة الكلية. التردد الأعلى لا يخبرنا وحده عن مقدار الطاقة الذي يصل إلى نقطة، إذ تؤثر طريقة الإرسال والمسافة والهندسة والامتصاص.
هل الوصف يعني غياب كل تأثير؟
لا. قد تمتص المادة الطاقة وترتفع حرارتها، وقد تحدث تفاعلات ضوئية بحسب المادة والطول الموجي. وتوضح OSHA أن التعرض لبعض مصادر هذه الفئة يستدعي احتياطات خاصة. لا نستنتج من كلمة غير مؤين ضماناً عاماً لكل قدرة أو زمن تعرض. [2]
يفيد الاسم في التصنيف الأولي، ثم نكمل السؤال: ما المصدر، وما التردد، وما القدرة، وكيف تصل الطاقة إلى المادة؟ هذه الأسئلة تمنع الخلط بين فوتون منخفض الطاقة وحزمة يمكن أن تنقل طاقة كبيرة.
المصادر ومتابعة القراءة
- وكالة حماية البيئة الأمريكية: أساسيات الإشعاع والتأين (يفتح في نافذة جديدة)epa.gov
- OSHA: نطاق الإشعاع غير المؤين والليزر (يفتح في نافذة جديدة)osha.gov
- NASA: الموجات الكهرومغناطيسية والتردد (يفتح في نافذة جديدة)science.nasa.gov
- OpenStax: الفوتون والظاهرة الكهروضوئية (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.