Η φύση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας
Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι μια μορφή ενέργειας που εμφανίζει διττή συμπεριφορά. Σε ορισμένες περιπτώσεις, παρουσιάζει ιδιότητες σωματιδίου (φωτόνιο), ενώ σε άλλες ως ενεργειακό κύμα που ταξιδεύει με την ταχύτητα του φωτός. Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα, είναι ένα ηλεκτρικό και ένα μαγνητικό πεδίο που κινούνται ταυτόχρονα και κάθετα μεταξύ τους και έχουν χαρακτηριστικά όπως πλάτος, μήκος κύματος και συχνότητα.
Η διάδοση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Β η διάδοση του μαγνητικού πεδίου, Ε η διάδοση του ηλεκτρικού πεδίου, k η διεύθυνση διάδοσης των κυμάτων, λ το μήκος κύματος (Emmanuel.boutet, wikipedia.org).
Το ηλεκτρικό πεδίο δημιουργείται λόγω διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά δυναμικού, τόσο ισχυρότερο είναι το ηλεκτρικό πεδίο που προκύπτει. Η μονάδα μέτρησης της έντασης των ηλεκτρικών πεδίων είναι βολτ ανά μέτρο (V/m).
Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται παρουσία ηλεκτρικού ρεύματος. Όσο υψηλότερη είναι η ένταση του ρεύματος τόσο πιο δυνατό θα είναι το μαγνητικό πεδίο. Απουσία ηλεκτρικού ρεύματος το μαγνητικό πεδίο μηδενίζεται. Η μονάδα μέτρησης της έντασης των μαγνητικών πεδίων είναι αμπέρ ανά μέτρο (A/m).
Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα
Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία διαδίδονται σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, το γνωστό ως ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Μια βασική διαίρεση του τύπου της ακτινοβολίας βασίζεται στο πώς αλληλεπιδρά με την ύλη και είναι ιονίζουσα ή μη ιονίζουσα. Ενώ κάθε μια από αυτές τις περιοχές περιλαμβάνει άλλες επιμέρους ζώνες, ανάλογα με τη συχνότητα μετάδοσης. Η πλειοψηφία των συχνοτήτων του φάσματος είναι αόρατες στον ανθρώπινο οφθαλμό, πλην της περιοχής από τα 400nm έως τα 700nm. Οι επιπτώσεις που προκαλούνται από την έκθεση στην Η/Μ ακτινοβολία εξαρτώνται κυρίως από τη συχνότητα και την ισχύ της εκπομπής.
- Μη Ιονίζουσα Ακτινοβολία
Η μη ιονίζουσα ακτινοβολία χαρακτηρίζεται από μικρότερες συχνότητες και μεγαλύτερα μήκη κύματος.
Περιλαμβάνει τα ραδιοκύματα, τα μικροκύματα, την υπέρυθρη ακτινοβολία, και την ακτινοβολία στην περιοχή του ορατού φωτός.
Η ενέργεια που μεταδίδει είναι ικανή να προκαλέσει περιστροφές, ταλαντώσεις ή αλλαγές των ηλεκτρονίων σθένους των ατόμων ή των μορίων. Αυτή η κινητικότητα στα άτομα των μορίων εκδηλώνεται ως αύξηση της θερμικής ενέργειας.
Στην περιοχή των μικροκυμάτων τα φωτόνια διαθέτουν τόση κβαντική ενέργεια ώστε όταν αλληλεπιδρούν με την ύλη, πλην των μεταλλικών αγωγών, προκαλούν την περιστροφή ή την συστροφή των μορίων.
Τα φωτόνια της υπέρυθρης ακτινοβολίας, που είναι και η περιοχή του φάσματος που μας ενδιαφέρει στην παρούσα μελέτη, αυξάνουν τις δονήσεις των ατόμων της ύλης. Τα μήκη κύματος του IR είναι μεγαλύτερα από εκείνα του ορατού φωτός, αλλά μικρότερα από εκείνα των μικροκυμάτων ακτινοβολίας, επομένως δε διεισδύουν βαθύτερα στον ιστό οπό το ορατό φως.
Τα φωτόνια της περιοχής του ορατού φωτός απορροφώνται από τα μόρια της ύλης καθώς προκαλούν την άνοδο των ηλεκτρονίων της ύλης σε μεγαλύτερες ενεργειακές στοιβάδες.
Το τελικό αποτέλεσμα των προαναφερθέντων ενεργειών, οι οποίες προκαλούν κινητικότητα στα άτομα των μορίων, είναι η παραγωγή θερμότητας, χωρίς όμως να είναι βλαβερή αυτή η επίδραση για τον οργανισμό, ιδίως όταν μεταδίδεται σε χαμηλή ισχύ ώστε να μην προκαλεί ούτε αύξηση της θερμοκρασίας.
- Ιονίζουσα Ακτινοβολία
Χαρακτηρίζεται από μεγαλύτερες συχνότητες και μικρότερα μήκη κύματος από το ορατό φως.
Περιλαμβάνει τις ακτίνες Χ, τις ακτίνες γάμμα (κοσμική ακτινοβολία).
Όλες αυτές οι ζώνες συχνοτήτων μεταφέρουν πολύ υψηλή ενέργεια, και μπορούν να προκαλέσουν ιονισμό της ύλης. Δηλαδή το φωτόνιο τους διαθέτει τόση ενέργεια (μεγαλύτερη από 10eV, που είναι η τυπική ενέργεια σύνδεσης ενός ηλεκτρονίου με ένα άτομο ή ένα οργανικό μόριο), ώστε μπορεί να εκδιώξει ένα ηλεκτρόνιο από ένα άτομο της ύλης. Ο ιονισμός των ατόμων της ύλης είναι ικανός να προκαλέσει σημαντικές βλάβες στα μακρομόρια του οργανισμού, όπως είναι τα νουκλεϊκά οξέα (DNA, RNA) και οι πρωτεΐνες, αφού διαταράσσει το φορτίο των ατόμων τους και κατά συνέπεια τη χημική τους δομή και προκαλεί την αποδιάταξή τους. Εκτεταμένη έκθεση σε ιονίζουσα ακτινοβολία μπορεί να προκαλέσει εγκαύματα, γενετικές βλάβες και καρκίνο του δέρματος.
Η υπεριώδης ακτινοβολία είναι στο διαχωριστικό διάστημα μεταξύ ιονίζουσων και μη και αν και θεωρείται μη ιονίζουσα, ωστόσο οι βλάβες που προκαλεί στους ιστούς των οργανισμών είναι πολύ πιο σημαντικές από την απλή αύξηση της θερμοκρασίας, καθώς μπορεί να τροποποιεί τους χημικούς δεσμούς των μορίων μέσω διέγερσης των ηλεκτρονίων και μετάπτωσής τους σε μικρότερες ηλεκτρονικές στοιβάδες. Ωστόσο υπεριώδης ακτινοβολία υψηλότερης ενέργειας είναι ικανή να προκαλέσει και ιονισμό των ατόμων.Εκτός ορισμένων εξαιρέσεων, για παράδειγμα αυτή της σύνθεσης της βιταμίνης D3, οι περισσότερες φωτοχημικές αντιδράσεις από την υπεριώδη είναι επιβλαβείς.
