دکتر ریموند رخشانی *
مقاله و فایل صوتی سیزدهم:
طیف الکترومغناطیسی – قسمت دو
ماکسول کشف کرده بود که نور نوعی گسیل شدگیِ[۱] الکترومغناطیسیست -یعنی امواجِ انرژیِ الکترومغناطیسی ای که با سرعتِ ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر در ثانیه در حَرکت اند.[۲] طیفِ الکترومغناطیس گُستره و پیوستار یا تداومی ست که طولِ موجها در آن میتوانند بزرگتر از قطرِ یک ستاره و یا کوچکتر از هسته ی یک اتم باشند.
علیرغم تقسیم بندیِ علمی، در طبیعت مرزبندیِ ثابتی بینِ این امواج نیست و چون سایه – نیم سایه در مواردی مرزها درهم میشوند (مانندِ امواجِ کوتاهتر رادیویی با امواجِ بلندتر میکروموج ها). دانشمندانِ حوزه ی علم اما برای بی دردسرتر کردنِ تعریف، این امواج را در بیشترِ موارد براساسِ شیوه ی تولیدکردن و شیوه ی استفاده[۳] از آنها تقسیم بندی کرده اند. پیشتر در موردِ شیوه ی تولیدکردن امواجِ رادیویی نوشته شد. میکروموجها دومین نوعِ امواج آن تقسیم بندی هستند.
میکروموجها گسیل شدگیِ الکترومغناطیس یای هستند که طولِشان اغلب از یک سومِ میلیمتر تا یک سومِ متر است، گسترهای که در مواردی با طولِ امواجِ رادیوییِ کوتاهتر همپوش میشود یا رویهم[۴] قرارمیگیرد.
- میکروموجها اغلب از طریقِ ارتعاشِ سریعِ میدان برق و یا میدان یا حوزهیِ مغناطیسی بوجود میآیند.
- اجاقهایِ میکروموجی بر اساسِ اینکه ملکولهایِ آب میتوانند میکروموجهای با فرکانس ۲.۴۵ گیگاهرتز را جذب کنند ساخته شده اند – یعنی انرژی ای که به گرما تبدیل میشود. فیزیکدانِ آمریکایی پرسی اسپنسر این کارکردِ میکروموجها را به نحوی اتفاقی کشف کرد.
- اجاقِ میکروموجی ژنراتوری میکروموج ساز دارد که امواجی با طولِ موجی دقیق را برای گرمکردنِ آب تولید میکند . داخلِ اجاق هم با لایههایی ساخته شده تا امواج را به داخلِ اجاق منعکس کند و از نشتِ موجها به بیرون و صدمه به بافتهایِ زیستیِ آدمی جلوگیری کند. در واقع موضوعی که در مورد زیان یا عدم زیان به بافتهای زیستی انسان مورد توجه است سیستم ایزولاسیون فضای داخلی مایکروویو است که اگر بطور مطلوب انجام شده باشد جایی برای نگرانی نیست.
- وجودِ جسمی فلزی در داخلِ اجاق میتواند همهیِ انرژیِ میکروموجها را به خود جذب کند زیرا آن جسم به نحوی خطرناک داغ میشود.
میکروموجها میتوانند مانند نورِ یک چراغقوه به تابه یا پرتوی باریک[۵] متمرکز شوند و هوا نمیتواند آنها را به سادگی پخشوپلا کند و نتیجتاً از میکروموجها برای ارتباطاتِ نقطه – به – نقطه[۶] استفاده میشود.
- رادارها متکی بر انعکاسِ میکروموجها بر اجسامِ جامد طراحی شدهاند.
- آنتنهای راداری هم فرستنده و هم گیرندهی میکروموجها هستند.
- مسیر و زمانِ پژواکهایِ میکروموجی[۷] موقعیتِ سهبعدی اجسام را ردیابی میکند و شیفتهایِ ظریف در طولِموج دریافتی نشانگرِ سرعتِ جسم ردیابیشده است.
- استفاده از فنّآوریِ نهانکار[۸] و طراحی بمبافکنهایِ نهانکار برایِ تقلیلِ میزانِ میکروموجهایِ منعکسشده است.[۹]
گسیلشدگیِ فروسرخ یا مادونِ قرمز امواجِ الکترومغناطیسیای هستند که طولموجهایی بین یکهزارم تا یکمیلیونیم متر را شامل میشوند. اشعههایِ فروسرخ یا مادونِ قرمز از اجسامِ گرم گسیل میشوند و ما آنها را به شکل گرما حس میکنیم . پوستِ آدمی ردیابِ بسیار حساسِ گرماست.
- فنّآوریهایِ تصویریابِ[۱۰] (و تصویرگر) فروسرخ یا مادونِ قرمز نقشی مهم در حوزههای مختلف داشتهاند.
- عینکها[۱۱] و فیلمهایِ فروسرخ یا مادونِ قرمز برایِ نخستینبار در صنایعِ نظامی ساخته و بکارگرفته شدند تا هدفها و نشانها را در شب ردیابی کنند.
- این فنّآوری امروز برای ارزیابیِ اتلاف و ضایعاتِ گرمایی[۱۲] ساختمانها و برای شناختِ نقطهها و محلهایِ اصلیِ ضایعاتِ گرمایی استفاده میشود.
- تصویرگری فروسرخ یا مادونِ قرمز امروزه در حوزههایِ پزشکی برای ردیابیِ سرطان سینه و یا گردشِ خونِ ناموزون و یا برای شناختِ ناحیهی سوختگیهایِ بسیار بد استفاده میشود.
- برخی ماهوارهها با دریافتگرهایِ فروسرخ یا مادونِ قرمز[۱۳] مجهز شدهاند تا آتشهایِ در جنگلها و یا آلودگیهایِ گرماییِ کارخانجات را ردیابی کرده و همچنین آتشفشانها را پیشبینی کنند.
سومین تقسیمبندیِ طیفِ الکترومغناطیسی نورِ قابلِرویت است که گسترهیِ بسیار باریکی[۱۴] با طولِموجهایی بین یک ۴۰۰ میلیاردم تا یک ۷۰۰ میلیاردمِ متر را تشکیل میدهد.[۱۵] چشمِ آدمی قادر به دیدن بیش از چنین طیفِ طولِموجهای باریکی نیست.
- همین طیفِ باریک هم تقسیمشده به بخشهای باریکتریست که ما رنگ میخوانیم. عرضِ طیفی[۱۶] این طولِموجِ رنگها نیز با یکدیگر مساوی نیستند.
- چشمان ما به رنگِ زرد (طول موجی بین ۵۷۰ – ۵۹۰ میلیاردمِ متر) بیش از هر رنگِ دیگری حساسیت نشان میدهد که البته قویترین اشعههایِ خورشیدی نیز به همین رنگ هستند.
- نیوتن برای نخستین بار با استفاده از یک منشور نشان داده بود که رنگِ سفید از ترکیبِ طولِموجهای متفاوتِ نور ساخته شدهاست.
اشعههایِ فرا یا ماورایِ بنفش[۱۷] با طولِموجهایی بین ۱۰ تا یک ۴۰۰ میلیاردمِ متر حاملِ انرژیای هستند که بهسادگی به بافتهایِ زنده[۱۸] صدمه میزنند.
- اشعههایِ فرا یا ماورایِ بنفش خود به سه بخش تقسیم میشوند. طولانیترین آن اشعهها (۳۲۰ تا ۴۰۰ میلیاردم متر) بسادگی جذبِ پوست میشوند و باعثِ برنزهشدن و آزاد کردن ویتامینِ د هستند.
- اشعههایِ ماورای بنفش با طولِموجی بین ۲۸۰ تا ۳۲۰ میلیاردمِ متر بسیار عمیقتر به بافتها نفوذ میکنند و میتوانند سلولها را بکشند.
- اشعههایِ فرا یا ماورایِ بنفشی با طولِموجی بین ۱۰ تا ۲۸۰ میلیاردمِ متر بقدری قوی هستند که حتا جذبِ هوا میشوند.
- خورشید تمامِ طیفِ اشعههای فرا یا ماورایِ بنفش را تولید میکند اما تنها طولِموجهایی طولانیتر از ۲۸۰ میلیاردمِ متر به سطحِ زمین میرسند.
- طولِموجهای کوتاهتر بسیار خطرناکاند و سرطانزا هستند.
- کِرِمهایِ ضدِ اشعهی ماورایِ بنفش موادِ شیمیاییای هستند که یا آن اشعهها را (قبل از رسیدن به پوست) بلوکه و یا جذب میکنند.
پنجمین تقسیمبندیِ طیفِ الکترومغناطیسی اشعهیِ ایکس[۱۹] نامیده میشود. این اشعه پرانرژیترین اشعهای است که با استفاده از تکنولوژیای که به نحوی تجارتی در دسترس است ایجاد میشود. طیفِ طولِموجهای این اشعه از یک دهم تا یک صدمیلیاردمِ یک اینچ هستند.
- در سال ۱۹۵۸ دانشمندِ آلمانی ویلهلم کنراد روئنتگن[۲۰] (۱۸۴۵-۱۹۲۳) هنگامیکه در آزمایشگاهِ خود بر روی لولهای الکترونی با انرژیِ بالا[۲۱] کار میکرد متوجه شد که برخی موادِ شیمیایی شروعِ به درخشش[۲۲] کردند و این اتفاق موجب شد تا وی اشعهیِ ایکس را کشف کند.
- توان یا قدرتِ نفوذِ[۲۳] بسیار بالای این اشعه همراه با این واقعیت که بر رویِ برخی فیلمها اثری دایمی دارد موجب شد که از آن برای مصارفِ پزشکی و عکسبرداری از ساختِ درونیِ کالبد آدمی استفاده شود.
- اشعههایِ ایکس از صفحههای اتمها در کریستالها پراشنده و منکسر میشوند[۲۴]. مسیر و شدتِ پراشندگی و انکسار باعث میشود تا چیدمانِ[۲۵] اتمها آشکار شوند. این چیدمان آشکار کنندهی ساختِ اندامهاست.
آخرین تقسیمبندیِ طیفِ الکترومغناطیسی و پر قدرتترین و پر انرژیترین امواجِ الکترومغناطیسی در طبیعت اشعههایِ گاما هستند که طولِموجهایی کوتاهتر از یک تریلیاردم ِمتر دارند. اشعههایِ گاما یا در واکنشهایِ هستهای و یا در فرآیندِ شکلگیریِ ستارگان در اعماقِ فضا بوجود میآیند. آزمایشگاههایِ دولتی هم مقدارِ کمی موادی شیمیایی که اشعهیِ گاما گسیل میکنند برایِ مصارفِ پزشکی و پژوهشی تولید میکنند.
- اشعهی گاما در برخی مواردِ ویژه برایِ تشخیص و درمان بعضی بیماریها موردِ استفاده است.
- مقدارِ بسیار کمی از این اشعه هم (در برخی مواد شیمیایی) در مواردی برای ردیابیهایِ زیستمحیطی و جهتِ مانیتور کردن آب و هوا استفاده میشود.
- فیزیکدانها هم این اشعه را جهتِ شناختِ ساختِ اتم بکار میگیرند.
- رصدخانهی ماهواره – تلسکوپیِ اشعهی گاما[۲۶] که در سال ۱۹۹۱ به فضا پرتاب شد بنحوِ شگفتانگیز و نامعلومی میزانِ بالایی از تصاعدِ اشعههایِ گاما را از اعماقِ فضا در گیتی ردیابی کردهاست. این اشعهها و سرچشمههایشان موضوعِ مطالعهی دانشمندانِ حوزهی علم هستند.
بطورکلی امواجِ با طولِموجهای کوتاهتر اشعههایِ پرانرژیترِ طیفِ الکترومغناطیس هستند (فرا یا ماورایِ بنفش، اشعه ایکس و اشعه گاما) و بیشترین خطرها را در خود دارند. در سالهای اخیر اما مباحثِ بسیاری در موردِ خطرهای اشعههایِ با فرکانسِ بسیار بسیار پایین[۲۷] هم مطرح شده است.
- امواجی با فرکانسهایِ دهها تا هزارها چرخه در ثانیه کارکردهایِ فنی ندارند اما مدام بوسیلهی وسایلِ الکتریکی و خطوطِ تراگسیل یا انتقالِ برق[۲۸] در محیطِ زیستِ ما تولید میشوند. حتا دستگاهِ پخش ویدیو و یا صفحهی تلویزیون هم اشعههایی با فرکانسِ ۱۵ تا ۳۰ هزار چرخه در ثانیه تولید میکنند.
- این روزها پژوهشها و مطالعههایِ بسیاری پیرامونِ خطرات کار و زندگی در نزدیکیِ خطوطِ تراگسیل یا انتقالِ برق و در موردِ خطراتِ بوجودآمدنِ سرطان در آدمی در مشاغلی از قبیل جوشکاری، برقکاری و بعضی کارهای دیگر که با فرکانسهایِ پایینترِ طیفِ الکترومغناطیس سر و کار دارند انجام میشوند.[۲۹]
—————
radiation
Everitt, C.W.F. James Clerk Maxwell: Physicist and Natural Philosopher. New York: Scribners, 1976.
generation and use
overlap
narrow beam
point-to-point communication
time of the microwave echo
stealth technologies
Trefil, J.S. and Hazen, R.M. The Sciences, An Integrated Approach, 2nd Edition. New York: Wiley, 1997.
imaging
Goggles for seeing night targets
heat loss
Satellites with infrared sensors
narrow spectrum
Sobel, M.I. Light. Chicagi, IL: University of Chicago Press, 1989.
spectrum width
ultraviolet radiations
living tissues
X rays
Wilhelm Konrad Roentgen
high-energy electron tube
fluoresce
penetrating power
diffracting off planes of atoms in crystals
arrangements
gamma ray observatory
extremely low frequency radiations – ELF
power grid
Hughes, T.P. Rescuing Prometheus. New York: Pantheon Books, 1998.
————————————————————–
—————–
* دکتر ریموند رخشانی در باره خودش:
من ریموند رخشانی هستم و حوزه کارشناسی من مهندسی سیستمها است، و تخصص من در بکارگیری اندیشه سیستمی برای انتقال فن آوری و اجرا و پیاده سازی تولید فراوردههای نوین میباشد. در این سلسله از مقالات و فایلهای صوتی کوشش میکنم که علم مدرن را از پایه به دوستان معرفی کنم.