Elektromanyetik Radyasyon nedir…? (Electromagnetic radiation…?)

EM_spectrum.svg

Elektromanyetik radyasyon  spektrumu

(Kaynak: Wikipedia)

“Işık”  olarak bildiğimiz  ve algıladığımız  “şey”,  bilimsel  adı “Elektromanyetik  Radyasyon” (EMR) olan, oluşumun  bir  bölümü…!

Işığın (foton) parçacık (gibi) davranışının  yanında, bir  “dalga”  olarak  da yayıldığını (yayımlandığını) bir  süredir  biliyoruz… Elektromanyetik  radyasyonu  oluşturan  “elektromanyetik dalgalar”,  elektrik  ve  manyetik alanların kendi kendine  ilerleyen (self-propagating)  ve  farklı  yönde  titreşen enine dalgalar  olarak düşünülebilir… Bir  EMR’de elektrik  alanı  ve  manyetik alan dalgaları faz  uyumludur  ve  birbiri  ile  90  derece  açı  yapan  düzlemlerde  salınır…

EMR, belirli  elektromanyetik süreçlerle salınan radyasyon   enerjisidir  (radiant energy)… Görünen  ışık elektromanyetik  radyasyonun  sadece  bir  tipidir…  Diğer  bilinen  tipleri radyo  dalgaları, kızılötesi ışın ve  x-ışını  gibi, insan gözünün  göremediği, elektromanyetik  radyasyonlardır…

Temel  olarak, elektromanyetik  radyasyon elektrik  ve  manyetik  alanlar  tarafından  oluşturulan  ve (bizzat  ışığın  kendisi  olduğu  için !) vakum  ortamında   ışık  hızı  ile  yayılan, senkronize  titreşimlerdir…

basicwaves

Bu  iki  alanın  oluşturduğu  titreşimler (dalgalar) gerek  dalga/enerji  ilerleme  doğrultusuna  ve  gerekse birbirine  dik  doğrultuda  enine dalga (transverse  wave) oluşturacak şekilde  ortaya  çıkarlar… Elektromanyetik  dalgalar  elektromanyetik  tayfı  oluşturmak  için,  frekansına  veya  dalga  uzunluğuna  göre tanımlanır… Frekans artışı (veya  dalga  boyu  azalış) sırasında  dizildiğinde: radyo  dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi  radyasyon, görünür  ışık, morötesi  ışık, x-ışını  ve gama  ışını  sırasında  dizilirler…

Elektron  gibi, şarjlı  parçacıklar  herhangi  bir  sebeple hızlandırıldığında (ivmelendiğinde) elektromanyetik  dalgalar  üretilir (ortaya  çıkar)… Diğer  bir  deyişle, şarjlı  parçacıklar ivmelendiğinde  ışıma  yapar (foton açığa  çıkarır)…!  Ortaya  çıkan (üretilen) bu  dalgalar (fotonlar) diğer  şarjlı  parçacıklarla etkileşebilir…

Elektromanyetik dalgalar doğdukları  kaynak parçacıktan adıkları enerjiyi, momentumu  ve  açısal  momentumu  uzağa  taşır… Bazı durumlarda  da bunları  etkileştiği  parçacığa transfer  eder…  Elektromanyetik  dalgaların  da birimi (quanta)  olan  fotonlar  kütlesiz  olmalarına rağmen, kütleli  parçacıkların  kütleçekiminden (gravity) etkilenirler… (Demek  ki, “kütleçekimi”  sadece  kütleden  kaynaklanan  bir  özellik  değil… başka  bileşenleri  de  mevcut…!)

Elektromanyetik dalgalar ile ilişkili  olan elektromanyetik  radyasyon, kendisini  doğuran  şarjlı  parçacık hareketinin sürekli etkisi  gerekmeden (ve  sahip  olduğu  enerji yettiği  sürece) yayınımını  sürdürür…   Bu  yüzden, (milyarlarca  ışık  yılı  gibi)  çok  uzaklara  ulaşabilir… Bu  sebeple, “uzak  alan” (far  field) olarak  adlandırılır… Kaynak  olan  şarjlı  parçacığa  veya elektrik  akımına  yakın  bölgedeki  elektromanyetik  dalgalara (elektromanyetik  indüksiyon  ve  elektrostatik  indüksiyon)  “yakın  alan” (near  field)  adı  verilmiştir…

Kuantum  Elektromanyetizm Teorisinde EMR  tüm  elektromanyetik  etkileşimi gerçekleştiren  fotonlardan  oluşur…   Kuantum etkileri, bir  atomdaki  elektronların  daha  alt  enerji  seviyesine  inmeleri  veya siyah-gövde  (black body) radyasyonu gibi,   EMR  için   ilave  kaynak  sağlar…

Bir  fotonun sahip  olduğu  enerji belirlenmiştir… Bu  enerji (dalga  hareketi  yapan)  fotonun frekansı  arttıkça  artar… Bu  ilişki  Planck  Eşitliğiyle  ifade  edilir:

E=h.ν  (E: Fotonun enerjisi  h: Planck Sabiti  v: Fotonun  (dalga hareketi) frekansı)

Bir örnek  olarak, tek  bir  “gama”  fotonu,  tek  bir  görünür  ışık  fotonunun 100 000 katı  enerjiye sahip  olabilir…!

EMR’nin biyolojik (ve  birçok  kimyasal) sistem  üzerine  etkisi radyasyonun gücüne  ve  frekansına bağlıdır…

Görünür  ışık  veya  radyo  dalgası, mikrodalga veya  kızıl  ötesi  EMR  dalgaları  gibi  daha  düşük  frekanslı dalgaların EMR’sinin hücreler  üzerine  yapacağı  hasar miktarı bu  dalgaların  gücü  ile fotonların  kombine enerji  transferinin  yol  açacağı “ısıtma  etkisi”  ile  belirlenir…    Morötesi  veya daha  yüksek  frekanslı (x-ışını, gama  ışını) ışımaların etkisinde  kalan hücrelerde  ise,  basit  ısı  etkisinin  ötesinde, yüksek  frekansın  sahip  olduğu  yüksek  enerji  sebebiyle,    ilave  molekül hasarları   ortaya   çıkabilir…

Elektromanyetik  dalgaları  ilk  olarak   James Clerk Maxwell  ortaya  attı… Bu  dalgalar  daha  sonra  Heinrich Hertz  tarafından doğrulandı… Maxwell elektrik  ve  manyetik  alanların dalga  özelliklerini matematiksel  olarak  tanımladı…

Elektromanyetik  dalganın,  dalga  denklemi  ile   tahmin  edilen  hızının ışığın  ölçülen  hızına  çok  yakın olduğunun belirlenmesi  üzerine  Maxwell, ışığın  bir elektromanyetik  dalga  olduğu sonucuna  vardı…!

Maxwell’in eşitliklerine  göre, uzaysal  olarak değişen elektrik  alanları zamanla  değişen  manyetik  alanlarla daima  ilişkilidir… Benzer  şekilde, uzaysal  olarak değişen  manyetik  alan da, elektrik  alanda  zamanla  oluşan  spesifik değişimlerle  ilişkilidir…

Bir  elektromanyetik dalgada, elektrik  alan  değişimleri daima bir  yöndeki manyetik  alan  değişimi ile  birlikte  gerçekleşir… İkisi  arasındaki  bu  ilişki, hangi  alanın  hangisini  tetiklediğine  bakılmaksızın, özel  görecelikteki  uzay-zaman değişimi  ilişkisi  gibi, birbiri  ile  bağlantılı  olarak    gerçekleşir…

Gerçekte, manyetik alanlar elektrik  alanlarındaki rölativistik  deformasyonlar (distortions) olarak dikkate  alınabilir… Dolayısıyla, uzay-zaman değişimi  ile  benzerlik  ilişkisi  bir  analojiden  öte  anlam  taşır… İlerleyen  bir elektromanyetik  dalga  oluşturan  bu  iki  alan, kaynağının desteği  gerekmeden uzayda yayınmaya (propagation) devam  eder… Enerj  taşıyan  elektrik  yükü  taşıyıcıların (charged  particle) ivmelenmesiyle oluşan  elektromanyetik  alan uzayda yayınmaya  devam  eder…

Bir  antenden  yayımlanan mikrodalgalar  gibi, elektromanyetik  radyasyon   ifadesi  sadece elektromanyetik  alan  parçalarını  kapsar… Uzayda sonsuz  uzak mesafeye  yayımlanan  bu  alanın yoğunluğu  içinden  geçtiği  (hayali) alan  ile  ters  orantılı  olarak  azalır, böylece,  içinden  geçtiği  (hayali) küre  yüzeyi  ne  kadar  değişirse  değişsin, toplam  radyasyon  enerjisi  sabit  kalır…

Kısaca, elektromanyetik  radyasyondan  bahsedilince, bir  transmitterin  etrafındaki elektromanyetik alanın “uzak alan” (far  field)  parçası  kastedilmiş  olur… Elektromanyetik  alanın transmittere yakın  bölge (near field) parçası değişken  bölgesini  teşkil  eder, elektromanyetik  radyasyonun  dışında  tutulur…

Maxwell  denklemlerine   göre, bazı  yükler  ve akımlar EMR  davranışı  göstermeyen lokal tipte elektromanyetik  alan üretirler…    Akımlar doğrudan  manyetik  alan  üretebilir, ancak, manyetik dipol  tipinde  olan  bu  alanlar akımdan  uzaklaşılınca yok  olurlar… Benzer  şekilde, değişen  elektrik  potansiyeli  sebebiyle  (anten  gibi)  bir  iletken  içinde birbirinden ayrılmaya  zorlanan  şarjlı  parçacıklar elektrik  dipol  tipinde elektrik  alanı  oluştururlar, ancak, bu  alan  da mesafe  arttıkça zayıflar… Bu  alanlar, EMR  kaynağına  yakın  bölgedeki  “yakın-alan”ı  oluştururlar…

Bu  iki  davranışın  hiç  biri EMR’den sorumlu değildir…Bunlar sadece, transformerin  içinde  manyetik  indüksiyona  yol  açarak  ve gücün alıcıya  etkin bir şekilde transferini  sağlayacak şekilde, elektromanyetik  alan davranışına yol  açarak  veya  metal  dedektörün  bobininin  yakınında  gerçekleşen  geri besleme (feedback) davranışını sağlarlar…

Tipik olarak, “yakın-alanlar”, alıcının  elektromanyetik  alandan  her enerji  çekişinde,   kendi  güç kaynakları (veya  transmitter)  üzerinde   yük  artışına  sebep  olacak,   güçlü  bir  etkiye  sahiptir…

Elektromanyetik  radyasyonun fiziği elektrodinamiktir… Elektromanyetizm elektrodinamik  ile  ilişkili  bir  (gözlenebilen) olaydır…  Elektrik  ve  manyetik  alanlar süperpozisyon özelliklerine  uyarlar…Böylece, belirli  bir  parçacık  veya zamanla  değişen  manyetik  alandan  kaynaklanan alan, başka  sebeplerden  dolayı,  aynı  uzayda  mevcut  olan  alanlara  katkıda  bulunur… İlave  olarak, vektör  alanları  olarak, tüm  manyetik  ve  elektrik  alan  vektörleri  birbirine  eklenir…

Elektromanyetik  radyasyon aynı  anda dalga  ve  parçacık  özelliği  gösterir… EMR’nin,  uzak  mesafelerde  ve  uzun  zaman  aralığında ölçüldüğünde dalga  özelliği  daha  belirgindir… Parçacık  karakteri  ise, daha  kısa  zaman  aralığında  ve  daha  kısa  mesafelerde  ölçüldüğünde  belirgindir…

Bir fotonun dalga  ve  parçacık  özelliği  deneyle gösterilebilir… Tek  bir  foton interferometreye yönlendirildiğinde  iki  yoldan  da  geçerek kendikendine  girişim  yaparken, dedektörler  tarafından “tek”  olarak  yakalanır…!  

Elektronlar  gibi  kütleli  parçacıklar  ile elektromanyetik  radyasyonun etkilenmesi kuantum  elektrodinamik teorisinde  açıklanır…

Elektromanyetik  radyasyon enine  dalgadır… Dalga  titreşimleri enerji  transferi  ve hareket  doğrultusuna dik  yöndedir…

Maxwell  denklemi  ile  uyumlu  olacak  şekilde  alanın  elektrik  ve  manyetik  parçaları sabit  bir kuvvet  oranında bulunur…

Işığın önemli  bir  özelliği  frekansıdır (saniyedeki titreşim  sayısı)…  Genelde, Güneş  ışığında  olduğu  gibi, bir  ışığın  içinde  farklı  frekanslar  mevcuttur… Işığın, bir  prizmadan   geçince  tayfına  ayrılması  bu  yüzdendir…

Elektromanyetik tayfta (spektrumda), bir  ışığın  dalgaboyu  bina  boyunda  olabileceği  gibi (radyo  dalgaları) bir  atom  çekirdeğinden  daha  da  küçük (gama  ışını) olabilir… Frekansı  ise, dalgaboyuyla  ters  orantılıdır…

Dalgalar  farklı  ortamdan  geçerken yayınma  hızı  değişirken frekansı (ve  dalgaboyu) sabit  kalır…

19. yüzyıla  gelindiğinde, ışığın  dalga  teorisi  ile “kara gövde” (black body) adı  verilen sıcak  cisimler  tarafından  yayımlanan elektromanyetik spektrum   arasında  bir  uyumsuzluk ortaya  çıkar… Daha sonra “morötesi yıkım” (ultraviolet catostrophe) olarak  adlandırılacak  bu olay  fizikçileri yıllarca  uğraştırır…!

1900’lü  yılların  başında, Max Planck “kara-gövde”  ışıması  üzerine, gözlenen  spektrumu  açıklayan,   yeni  bir  teori  geliştirir… Planck’ın  önermesine  göre, “kara gövde”ler  görünür  ışık  ve  diğer  elektromanyetik  ışımayı enerji paketçikleri halinde  yayımlar… Albert Einstein,  “kuanta” (quanta)  adı  verilen  bu  paketçiklerin gerçek  parçacıklar  olarak  dikkate  alınması  gerektiğini önermiştir… Bu  ışık  parçacığına, daha  sonra, “foton”  adı  verildi…

Einstein’in ışığın fotonlardan  oluştuğunu  ileri  sürmesi dalga  teorisi  ile  açıklanamayan fakat  deneylerde  gözlenen  bir  kuraldışılık’tan, fotoelektrik  etkiden,  kaynaklanmaktaydı… Kısaca, metal  yüzeyine gönderilen  ışık  bu  yüzeyden  elektron  kopararak, elektrik  akımının oluşmasına  yol  açar…(Einstein’e  Nobel  Ödülü  kazandıran  keşif…!)

Deney  ölçümleri gösterdi  ki,metal  yüzeyinden  koparılan  tekil  elektronların  enerjisi ışığın yoğunluğundan  ziyade frekansı  ile  orantılıydı… Belirli  metallerde, ışığın frekansı  belirli  bir  sınırın  altındaysa,  ışık hangi yoğunlukta uygulanırsa uygulansın, elektrik  akımı oluşmuyordu…!

Fizikçiler, dalga teorisiyle  uyuşmayan  bu  duruma yıllarca  açıklama  getirmeye  çalıştı…

Einstein, 1905 yılında, ışığın  parçacık  teorisini  yeniden dirilterek bu  gözlenen  etkinin sebebini  açıkladı… Einstein’in  bu  açıklaması ile, ışığın dalga hareketinin yanında,  “parçacık-gibi”  davrandığı  da bilim  dünyası tarafından kabul  edilmiş  oldu…

Bir  foton  bir  atom  tarafından absorblanırken, bu  atomun  çekirdeğine  yakın konumdaki elektronu daha  yüksek  enerji seviyesine yükseltir… Enerjilenmiş (excited) durumdaki  bir  molekül  veya  atom  içindeki  bir  elektron daha  düşük  enerji  seviyesindeki  bir konuma inerken, enerji  seviyesi farkıyla uyumlu  frekansta  bir  foton yayımlar… Atomların  içindeki elektronlar  belirli   enerji seviyelerinde olduğundan,  her  bir  element  ve her  bir  molekül kendi  karekteristik  frekansındaki fotonu absorblar  veya yayımlar…”Photoluminescence”ın  bir  tipi  olan  bu  foton-yayımlama’ya  flöresan (flourescence) adı verilmiştir… Bu  durumun  bir  örneği, morötesi  (blacklight)  ışına  maruz  kalan flöresan  boyaların ışımalarıdır… Başka  sebepten  kaynaklanan flöresan  ışımalar  da  mevcuttur…

Işığın  tabiatını açıklayan modern teori “dalga-parçacık” çift-davranışını (duality) var sayar… Bu teoriye göre, her  şey  parçacık  ve  dalga  özelliğine  birlikte sahiptir…Bu  özellikler, bu amaç  için  tasarlanmış  deneylerle  tek tek  gösterilebilir… Parçacık  özelliği daha  büyük kütleli objeler  için  daha  kolay gösterilebilir…Louis  de Broglie, 1924 yılında, eektronların dalga-parçacık  özelliği  gösterdiğini kanıtladı…

Dalga ve  parçacık  etkileri EMR’nin emisyon  ve  absorpsiyon  tayfını   tam  olarak  açıklar… İçinden  ışık  geçirilen bir ortamın  madde-kompozisyonu onun absorbsiyon  ve  emisyon  spektrumunu belirler…(Tersine  olarak, bu  spektrumlara  bakılarak, bu ortamdaki maddeler  belirlenebilir…!)

Bu tayf  bandları atomlar  içinde  izin  verilen enerji  seviyelerine  denk  gelir… Absorpsiyon tayfı   içindeki  siyah (karanlık) bantlar  ışık  kaynağı  ve  gözlemci  arasındaki ortamda  bulunan atomlar  sebebiyledir…

Atomlar ışık  kaynağı (emitter) ve dedektör (göz) arasındaki belirli  frekansta  ışığı absorblar, sonra  bu  ışığı tüm  yönlerde  yayımlar…Dedektöre  görünen  koyu  tayf  bandı ışın  demetinden  saçılan radyasyon  sebebiyledir…

Örnek  olarak, uzak  bir  yıldızın ışık  tayfında  görülen  siyah  bantlar bu  yıldızın  atmosferindeki atomlardan  kaynaklanır… Benzer  bir   durum, ışıma  yapan  bir  gazın içinde  bulunan  ve  ısı  gibi herhangi  bir  sebeple enerjilenen atomlar  sebebiyle  de gerçekleşir…

Elektronlar daha  düşük  enerji  seviyelerine inerken, ışık  tayfı elektronların  enerji  seviyeleri arasındaki  atlamayı  temsil  edecek  şekilde  oluşur … Fakat, belirli  enerji  seviyelerine enerjilenmelerde (excitation) kara  bantlar tekrar  görünür… Buna  bir  örnek,  bulutsuların emisyon tayfıdır… Bir  bulutsu içinde hızla  hareket  eden elektronlar, bir  kuvvet bölgesiyle karşılaştığında çok  ani  şekilde  ivmelenerek, evrende  karşılaşılan en yüksek  frekanslı elektromanyetik radyasyonu üretirler…Bu  olay  “arkadan  aydınlatılan” (absorpsiyon  tayfı) ve   kendisi  ışıyan (emisyon tayfı; glowing  gases) gazların  kimyasal  yapısını ve Dünyadan  uzaklığını (kızıla  kayma)  belirlemede  bir vasıta  sağlar…

İvmelenen  her  elektrik  yükü  veya değişen  manyetik  alan elektromanyetik radyasyon üretir… Bir tel (veya anten  gibi  iletken ortam) alternatif akım  ilettiğinde elektromanyetik  radyasyon akım  ile aynı  frekansta yayılır… Birçok  durumda, tetikleyici elektrik  potansiyeli   sebebiyle, ayrılan şarjların  ortaya  çıkardığı elektriksel “dipol  moment”i ayırdetmek  mümkündür… Şarjların  ileri-ger hareketi sebebiyle, dipol  moment zaman  içinde titreşir… Bir  frekans için  bu titreşim değişen elektrik  ve  manyetik alanlara  sebep  olur  ve elektromanyetik  radyasyonu  harekete  geçirir…

Kuantum seviyesinde, elektromanyetik radyasyon  şarjlı parçacığın dalga paketinin (wavepacket) titreşmesi  veya ivmelenmesi ile üretilir…  Sabit  konumdaki  şarjlı parçacıklar  hareketsiz  olsa  da, bunların  durumlarının süperpozisyonu, zaman  içinde  titreşen  bir  elektrik dipol  momenti olan, geçiş  durumu (transition  state)  yaratabilir… Bu  titreşen  dipol  moment  şarjlı  parçacıkların kuantum durumları  arasındaki  geçişten (radiative transition) sorumludur…  Bir  örnek  olarak, atomların  bir  kararlı durumdan  başka  bir  kararlı  duruma  geçerken foton yayımlamaları böyle  bir durumun oluşmasını  sağlar…

Bir  dalga  olarak, ışık,  hızı, dalgaboyu  ve  frekansıyla tanımlanır… Işık, aynı  zamanda, fotonların (parçacıkların) akımıdır… Her  bir  foton dalganın  frekansıyla ilişkili enerjye  sahiptir. Bu enerji  Planck eşitliğiyle  hesaplanır… (E = h.f;      

Planck  sabiti: h = 6.626 × 10−34 J•s)

Elektromanyetik  radyasyonun, gözlemcinin  hızına  bağlı  olmadan,  vakum ortamında ışık  hızıyla yayıldığının belirlenmesi, Einstein’in “özel  görecelik”  kuramını oluşturmasına vesile  oldu…

19. yüzyıla kadar, deneylerde  gözlenen  bazı  garipliklerin açıklanmasında  dalga  teorisi  yeterli olamadı… Bunlardan biri   ışık  hızında  “gözlemci  etkisi”nin yer  almamasıdır…  Einstein, 1905’te, uzay-zamanın ışığın  yayınımında (ve  tüm  diğer proseslerde  ve  fizik kanunlarında) hıza  bağlı  değişkenler  (velocity-changeable entities) olduğunu  ileri sürdü…! Bu  durumda, ışık  hızının  ve elektromanyetik  radyasyon  hızının, gözlemcinin  izafi  hızından  bağımsız  olarak, sabit olması  gerekiyordu…!

Elektromanyetik  radyasyonun görünen ışığın dışında  kalan (ana)  kısmı 19. Yüzyılda  keşfedildi… Kızılötesi  radyasyonun kaşifi olarak, araştırma  sonuçlarını 1800  yılında  açıklayan, astronom  William Herschell kabul  edilir… Herschell, pirizmadan  geçirilen  Güneş  ışığının  oluşturduğu  tayfın kızıl  bölgesinin  ötesindedeki ortamda  sıcaklık  yükselmesi  (ışıma) meydana geldiğini  deneysel  olarak  gösterdi…!

1801 yılında, Alman  fizikçi Wilhelm Ritter, gerçekleştirdiği  benzer  bir  deneyle, morötesi  ışığın  varlığını  gösterdi… Ritter, tayfın  morötesi  kenarındaki görünmez  ışığın gümüş  klorid  çözeltisini mor  ışıktan  daha  çabuk  kararttığını belirledi…!   (Ritter’in  bu  deneyi fotoğrafçılığın  da  ilk  adımı  oldu…!) 1862-1864  döneminde  James Clerk Maxwell, elektromanyetik alan  için  geliştirdiği denklemlerle,  dalgaların  ışık  hızına  çok  yakın  bir  hızla yol  alabildiğini  ileri  sürdü…  Bundan  hareketle, Maxwell, gürünür ( ve  görünmez)  ışığın  elektromanyetik  alanda yayılan radyasyon  olduğunu  ileri  sürdü…

Radyo  dalgaları  ilk  olarak, Maxwell  eşitliklerinde  önerilen titreşimli şarjları  ve akımları yaratacak şekilde, görünür  ışıktan  çok  daha düşük  frekanslı titreşimleri  yapacak  şekilde, hesaplanmış  elektrik  devreleri kullanarak, Heinrich Hertz  tarafından 1887’de üretildi… Hertz, daha  sonra  radyo  dalgası  ve  mikrodalga  adı  verilecek   bu  dalgaları  algılama  yöntemini  de  geliştirdi…

Wilhelm Röntgen, 8 Kasım 1895’te, vakum  tübü  ile  gerçekleştirdiği  deney  esnasında  x-ışınlarını  keşfetti…  

Elektromanyetik spektrumun keşfedilecek  son  bölümü radyoaktiviteyle ilgiliydi…  Henri Becquerel uranyum  tuzlarının, fotoğraf plakasını  x-ışınları  gibi etkilediğini  belirledi… Marie  Curie, bu  tip  ışınları en  güçlüsü  radyum  olacak  şekilde, sadece  belirli  elementlerin  yayımladığını  keşfetti… Ernest Rutherford, 1899’da,   uranyum  ve  radyum  içeren  maddenin (pitchblende)  şarjlı   alfa  ve  beta  parçacıklarından (ışınlarından)  oluşan  ışımalar  yaptığını belirledi… Fransız  bilim  insanı Paul Villard, 1900  yılı  içinde, Radyumun şarjsız  ve  özellikle  nüfuz  edici  bir radyasyon  yayımladığını  belirledi…Rutherford, Villard’ın  bulgularını  dikkate  alarak, üçüncü  tip radyasyon  olan gama  ışınlarını tanımladı…

1910’da, İngiliz  fizikçi  William Henry Bragg, gama ışınlarının elektromanyetik radyasyon  olduğunu, 1914 yılında  ise, Rutherford  ve Edward Andrade gama  ışınlarının x-ışınlarından  daha  küçük  dalga  boyuna  ve  daha  yüksek  frekansa  sahip  olduğunu  belirledi…

Işınların kaynağı  onların birbirinden  ayırdedilmesini  sağlar… Gama  ışınları kararsız  atomlar  tarafından  üretilirken, x-ışınları, hızlı  hareket  eden  parçacıkların (beta  parçacıkları) yüksek  atom numaralı, belirli maddeye çarpması  sonunda  ortaya  çıkabildiği  gibi, (insanlar tarafından)  elektriksel  olarak da  üretilebilir… 

 Elektromanyetik  radyasyon   statik  elektriği  ve manyetik  “yakın  alanlar”ı  dışlayarak, dalga  boyu  sırasında radyo dalgası, mikrodalga, kızılötesi, görünür  ışık, morötesi, x-ışını  ve gama  ışınlarını  kapsar…

Elektromanyetik radyasyonun davranışı onun  frekansına  bağlıdır…  Düşük  frekanslıların  dalgaboyu  büyük  iken, yüksek  frekanslıların  dalgaboyu  küçüktür… Bu  dalga  boyu  ve  enerji  seviyelerinin  bilinen  bir  alt  ya  da  üst  sınırı  yoktur…!  “Planck  enerjisi”  seviyesine  yaklaşan  veya  onu  geçen  (gözlenebilmeleri  mevcut  teknolojinin  ötesinde  olan)  fotonları   tanımlamak  için yeni fizik  teorileri   gerekir…!

Ses  dalgaları  elektromanyetik dalgalar  değildir… Elektromanyetik  spektrumun 20 Hz-20 kHz’lik  bölümü  “işitilebilir”lik  bölgesinde  olarak  değerlendirilse  de, elektromanyetik dalgalar insan  kulağı  tarafından  doğrudan  algılanamaz…!

Ses  dalgaları molekülerin titreşen  sıkışmalarıdır… İşitilebilmeleri  için,  elektromanyetik  dalgaların (hoparlörlerle) basınç  dalgalarına dönüştürülmeleri  gerekir… Bir  elektromanyetik  dalga madde  ile temas  ettiğinde  frekansı  değişir…

Elektriksel  iletkenlerde, şarjların  bu indüklenmiş hareketi (elektrik  akımı) EMR’nin  absorblanmasına  sebep  olur  veya, şarjların  ayrılması yeni EMR’nin (effective  reflection  of  EMR) doğmasını  sağlar…

Bunun  uygulamadaki  bir  örneği radyo  dalgalarının antenler  tarafından absorplanması  veya yayımıdır; mikrodalgaların su  veya  dipol  momente  sahip  diğer moleküller  tarafından (mikrodalga  fırınlardaki  gibi) absorblanmasıdır… Bu  etkileşimler elektrik, ışı  veya  her ikisini  birlikte  üretir…

Radyo  dalgası   ve  mikrodalga  gibi kızılötesi  ışın  metallerden  yansıtılır…Ancak, düşük  frekanslı radyo  ve  mikrodalga  radyasyonundan  farklı  olarak, kızılötesi EMR,  tek  moleküllerde  mevcut  dipollerle  etkileşir… Tekil  kimyasal  bağın  uçundaki atomlar  titreşirken,  değişir…  Geniş  yelpazedeki  madde  tarafından  absorblanan  bu  ışın,  titreşimlerin  ısıya  dönüşerek  kaybolmasıyla  birlikte maddenin  ısınmasına  yol açar…

Frekans görünür ışık  sahasına  doğru artarken, EMR  fotonları bazı bağlı  moleküllerin yapısını  değiştirmeye  yetecek   kadar enerjiye  sahip olabilir… Bu  olayın “ışığın  görülebilirlik  sahasında”  meydana  gelmesi   bir  tesadüf  değildir… Görme  olayının  gerçekleşmesinde tekil  bir  (retinal)  molekülün bağındaki değişim   ışığın  retinadaki “rhodopsin”  içinde  absorblanmasını  mümkün  kılar…!

Benzer sebeplerle, klorofilin tekil  molekülü tekil  foton  tarafından enerjilenmesi  ile,  bu frekans  aralığında fotosentez mümkün olur…   Kızılötesi  ışığı  algılayabilen hayvanlar, birçok  fotonun  dahil  olduğu  süreçte, sıcaklığı değiştirmek  için   küçük su  paketçiklerini  kullanır…

Bu  sebeple, kızılötesi, mikrodalga  ve radyo dalgalarının moleküllere  ve  biyolojik  dokuya, radyasyonun tekil  fotonunun  enerjilemesiyle  değil, sadece, kütle  halinde  ısıtarak  zarar verebildiği  anlaşılmıştır…

 Görünür  ışığın tek  bir  fotonunun birkaç molekülü etkilemesi  mümkündür…  Ancak, enerji  seviyesi hasar verecek  derecede  sıcaklık  oluşturmaya yetmeyeceğinden, bu  etkilenme kalıcı  ve  hasar  verici  şekilde  gerçekleşmez…(Güneş  yanıkları bu  tanımlamanın  ötesindeki  durumlardır…!)

Ancak, fotosentezi  gerçekleştiren  bitki  dokularında, “caretonaid”ler elektronik  olarak tetiklenmiş klorofilin görünür  ışık  ile, fotosentezin  gerçekleşmesini  engelleyecek reaksiyonları önleyerek, “non-pkotochemical quenching”  adı  verilen  bir  süreçle oluşturulmasını  sağlar…

Sınırlı delile  göre, görünür  ışığın  deride reaktif  oksijen  oluşumunu  sağladığı, bu  durmun  da, morötesi  ışık  gibi,  ışık-sebebiyle  yaşlanmada (photoaging) rol  oynadığı ileri  sürülmüştür…

Morötesi  ışığa  doğru frekans  artarken, fotonlar belirli çift-bağlı (doubly bonded) molekülleri sürekli yeni  düzenlemeye zorlar… Bu  durum  DNA’da kalıcı  hasara  sebep  olur… DNA, ayrıca, morötesi  ışın  tarafından oluşturulan reaktif  oksijenin  indirek  etkisiyle  de  hasarlanabilir…

Tüm  dalga  boylarındaki  morötesi  ışığın  DNA’yı  hasarlayabilmesi, cilt kanserine  veya  ciltte  Güneş  yanığına  sebep  olması  bu sebepledir…   Moleküler  hasara  sebep  olma, görünür  ışık  ve  daha  yüksek  frekanslı  EMR’nin karakteristik  bir  özelliğidir… Yüksek-frekanslı  EMR’nin  bu malzeme  ve  dokulara molekül seviyesinde  kalıcı  hasar  verme  özelliği   kuantum  etkisi  sebebiyledir…

Morötesi  bandın yüksek frekansa  sahip  ucunda, fotonların  enerjisi elektronları, fotoiyonizasyon (photoionisation) adı  verilen  bir  süreçle,  atomlardan  koparmaya  (libaration) yetecek  (10-330 eV, <124 nm) düzeydedir…  

Elektromanyetik  radyasyon minimum iyonizayon  enerjisine  sahip  fotonlar  ile daha  yüksek  enerjililerden  oluşur… Bu  sebeple “iyonizasyon  radyasyonu” adı  verilmiştir… Başka  bir  çok  iyonizasyon  radyasyonu elektromanyetik-olmayan  parçacıklardan  oluşur… Elektromanyetik-tip iyonizasyon  radyasyonu aşırı  morötesi  ışından daha  yüksek frekanslara (x-ışını, gama  ışını) kadar  uzanır… Bunlar, mutasyon  ve  kanser  gibi,  en  şiddetli moleküler  hasara  yol  açarlar… 

 

Yararlanılan Kaynaklar:

https://www.youtube.com/watch?v=HPcAWNlVl-8

https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiation

https://en.wikipedia.org/wiki/Black-body_radiation

Bir Yanıt Bırakın

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Connecting to %s