Neionizirajoče elektromagnetno sevanje

Mikrovalovka

V prvem delu opisovanja sevanja sem se osredotočil na toplotno sevanje, ker nam je najbolj domače, ampak že takrat sem omenil, da bom določene tipe pustil za kasneje, da ne bo članek preveč dolgovezen. Toplota sicer je mati vsega sevanja, a če bi s toploto poskusili v nedeljo oddajati Čestitke in pozdrave ali slikati zlom kosti, bi bilo to v najboljšem primeru zelo nepraktično, verjetno pa kar nemogoče. Kako od narave izbezamo druga sevanja, kako jih uporabljamo in kako nevarna so v resnici? [quotes]“Dan brez sevanja je dan brez sonca.” (Neznan avtor)[/quotes]

Tipe sevanj delimo na neionizirajoča in ionizirajoča. Neionizirajoča se tako imenujejo zato, ker ne tvorijo novih ionov. Ker s seboj nosijo premalo energije, da bi atomom izbijali elektrone, se ne morejo vpletati v kemično sestavo snovi. Za žive organizme so zato pretežno nenevarna, kar potrjujejo raziskave, pa čeprav novinarji in površni bralci radi trdijo drugače. Ionizirajoča sevanja pa lahko spremenijo sestavo molekule, kar je še posebej uničujoče, če gre za DNK, zato moramo z njimi ravnati previdno.

Celoten elektromagnetni-spekter

Toplotno sevanje resda pokrije vse valovne dolžine sevanja, le da dovolj določenega sevanja lahko dobimo le pri ekstremnih temperaturah. Tudi Sonce seva v radijskih frekvencah, čeprav največ energije odda v vidnem spektru ((Sevanje sonca v radijskih frekvencah: http://www.radiosky.com/suncentral.html.)). Z navadnim radijskim sprejemnikom, ki tipično sprejema valove z valovno dolžino okrog treh metrov (~100 MHz), lahko z ojačevalnikom in usmerjeno anteno poslušate Sončevo “radijsko postajo”. Valovanje z valovno dolžino tri metre je tisto, kjer so valovi med seboj oddaljeni tri metre, tolikšna je razdalja od vrha enega vala do vrha drugega. Bojda za valovne dolžine nad 10 metri (pod 30 MHz) ne rabite več niti ojačevalnika. No, tisti usmerjeni anteni lahko potem gladko rečete tudi radioteleskop, saj se od večjih in znamenitejših ((Enega najznamenitejših radijskih teleskopov ima Observatorij Arecibo v Portoriku, ki ima premer kar dobrih 300 metrov: http://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_Observatory.)) ne bo več dosti razlikoval. Kako torej imeti radijsko postajo, pri tem pa z doseganjem dovolj močnega toplotnega sevanja ne raztaliti oddajnika in bližnje okolice? Ker ljudje zdaj dobro razumemo elektriko in magnetizem, lahko elektromagnetno sevanje oddamo tudi na bolj zvit, bolj inženirski način.

Vsi se verjetno spomnimo poskusa iz osnovne šole, ko je učitelj pod vodnik podstavil magnet, ta pa je svojo iglo uklonil, ko je po vodniku stekel tok. To je demonstracija učinka električnega toka na magnetno polje. Kmalu po tem poskusu ste gotovo videli dopolnilni poskus, tokrat s tuljavo. Ko je učitelj spustil magnet v sredico tuljave, je voltmeter izmeri napetost na žici, ki je ovijala tuljavo.

Električni tok v žici povzroči spremembo magnetnega polja ob njej, zato se kompas odkloni:

Sprememba magnetnega polja ob žici v njej povzroči (inducira) električni tok:

Če sedaj sestavimo ta dva poskusa skupaj, dobimo naslednje dejstvo: električni tok zmoti magnetno polje, spremenjeno magnetno polje pa nazaj povzroči električni tok ((Glej četrto Maxwellovo enačbo, pri kateri E predstavlja električno polje, B pa magnetno polje: http://wiki.fmf.uni-lj.si/wiki/Maxwellove_ena%C4%8Dbe.)). Medsebojno povzročanje enega in drugega lahko traja v nedogled, če dosežemo, da se energija ne izgublja. Ta efekt potuje v obliki valov, točneje elektromagnetnih valov, hitrost potovanja je svetlobna hitrost in takim valovom rečemo elektromagnetno valovanje ali elektromagnetno sevanje. Za to znanje se lahko zahvalite Faradayu in Maxwellu. Brez njiju bi bilo morda za človeštvo sevanje še vedno en velik bavbav, kajti brez njunih enačb ga resnično na zunaj nič ni, znotraj je pa votel.

Ker sedaj razumemo, kako se elektromagnetno valovanje širi, ga moramo le še začeti. Radijske postaje imajo zato oddajne antene, v katere teče izmenični tok, ki po sto milijonkrat na sekundo zamenja smer. Vsakokrat, ko tok teče v eno smer, povzroči spremembo magnetnega polja okrog antene. Učinek te spremembe pa sedaj že poznamo: v naslednjem hipu bo povzročila električni tok takoj zraven sebe. Antena torej seva elektromagnetno valovanje, ki se nato širi po zraku praktično neovirano, ker se zrak ne vpleta v električne procese in se zato v njem ne izgublja mnogo energije. Kako točno zrak, zračna vlaga, hribi in doline, hiše in stene vplivajo na širjenje radijskih valov, je posebna znanost. Lahko ga dušijo, nimajo učinka, ga odbijajo ali ukrivljajo, podobno kot lahko opazujemo tudi pri svetlobi pod določenimi pogoji. Radijski valovi namreč so svetloba, le drugačne barve. Del tega valovanja na koncu svoje poti zadene sprejemno anteno našega radijskega sprejemnika. Zadnji val spremenjenega magnetnega polja nato povzroči električni tok v sprejemni anteni. Na ta način smo po zraku prekopirali električni tok na izviru, v radijskem oddajniku, v električni tok na sprejemniku. V tem električnem toku pa se skriva zvočni signal Čestitk in pozdravov. Zamenjajte radio z mobilnimi aparati ali televizijo, če hočete. Vse to deluje na enakem principu. Da, celo radar, le da ta posluša radijske valove, ki jih je sam oddal, trik pa je v tem, da so se očitno morali od nekod odbiti.

Zadnje čase je veliko govora o škodljivem vplivu radijskih valov na človeški organizem. Že iz fizike izhaja, da ima to sevanje premajhno energijo za povzročanje konkretnih učinkov pri tistih, ki niso ravno kovinski paličnjaki, torej sestavljeni iz anten. Kljub temu je bilo opravljenih že na desetine raziskav, pa nas vse silijo k istemu zaključku: radiosevanje je za človeka neškodljivo ((WHO arhiv dokumentov o učinkih elektromagnetnega polja: http://www.who.int/docstore/peh-emf/publications/facts_press/fact_english.htm.)).

Edini merljivi učinek teh valov je toplotni, pa še za tega moramo, da bi bilo uporabno, precej dvigniti frekvenco valovanja oziroma skrajšati valovno dolžino. Z 12-centimetrskimi (2,5 GHz) valovi, t. i. mikrovalovi, ki so sicer podvrsta radijskih valov, nam lahko mikrovalovna pečica segreje vodo za čaj. To doseže tako, da magnetni del elektromagnetnega valovanja učinkuje na polarizirane molekule vode. Polarizirano pomeni, da ima molekula svoj pozitiven naboj na eni strani in negativnega na drugi, tako da se v magnetnem polju obrne v smeri silnic. Ker se smeri silnic pri elektromagnetnem valovanju spreminjajo, se tudi molekule vode obračajo po njih. Ker se vse molekule vode med sabo drgnejo, povzročajo trenje in zaradi trenja se snovi segrevajo. Sevanje mikrovalovne pečice se nikjer ne absorbira drugače kot tako, da izgubi energijo v toploti. Tako segreta voda je enaka in na enak način topla kot tista, segreta na plinu, zato je strah pred mikrovalovkami odveč.

Valovna dolžina mikrovalovne pečice se slučajno ujema s tisto od GSM aparatov, zato mnogi slikovito trdijo, da nam GSM aparati “kuhajo” možgane ((http://24ur.com/specialno/nega_in_zdravje/who-mozgani-se-vam-skuhajo.html)). Pri tem bi bilo dobro poudariti, da mikrovalovne pečice oddajo usmerjen snop z najmanj 1000 W energije, mobilni telefon pa le 1 W ((INIS, Sevanje mobilnih telefonov: http://www.inis.si/index.php?id=28)), pa še ta ni usmerjen, ampak je razpršen okrog in okrog, drugače bi se morali obrniti k oddajniku, da bi lovili signal. Nalepke, ki naj bi zaustavljale sevanje mobilnih aparatov, bodo, če bodo sploh imele kak učinek, kvečjemu ovirale signal, na kar bo aparat odgovoril z ojačanjem oddajne moči in s tem večjim sevanjem in večjo porabo baterije. Enako kot pri mikrovalovni pečici pa je dejstvo, da zmorejo ti žarki prodreti le kak centimeter ali dva globoko v tkivo, ne pa kar skozi in počez, kot da bi bile nekakšne nevidne katane. Če se ovijemo v debele zrezke kot Lady Gaga, smo pred mikrovalovi povsem varni ((Mikrovalovka lahko pri 2,45GHz prodre 17 milimetrov v mišično tkivo: http://en.wikipedia.org/wiki/Microwave_burn#Frequency_vs_depth.)). Vsi vemo, da bo puding, segret v mikrovalovki, na vrhu vroč, na sredini pa mrzel, če ga ne bomo mešali. Enako nam mobilni telefon, za tisto malo temperaturne razlike, segreva le kožo okrog lobanje. Vsak trenutek na soncu je veliko bolj nevaren kot tisti trenutek telefoniranja.

Če valovno dolžino krajšamo še naprej in s tem povečujemo frekvenco, preidemo v infrardeče sevanje, ki ga že poznamo iz prejšnjega članka (Toplotno sevanje), kjer sem pas med IR in UV opisal bolj podrobno. Krajša valovna dolžina zaradi narave svetlobe pomeni, da imajo žarki več energije, zaradi česar lahko postanejo nevarni, UV-žarki pa so mejnik. Ti so tisti, pri katerih delimo sevanja na ionizirajoča in neionizirajoča: vsa sevanja z valovno dolžino UV-žarkov in manjšo, so ionizirajoča in zato nevarna. Opisal jih bom v naslednjem članku.

Naslovna slika: samsungtomorrow