¿Puede ser ionizante Radiación electromagnética de baja frecuencia?

Question

He leído de varias fuentes que la radiación electromagnética comienza a tener un "ionizante" efecto justo en el momento de la frecuencia pasa el espectro ultravioleta y en x-ray/gamma ray espectro. [1] [2] [3]

Sin embargo, el razonamiento es que la mayor frecuencia de las ondas contienen más energía, lo suficiente como para romper los enlaces moleculares.

Cuando yo comparo esto con ondas de sonido que tiene sentido porque los sonidos agudos son más perjudiciales para los oídos humanos de los sonidos de tono bajo. [4]

Sin embargo, sólo porque un sonido de tono alto puede causar que usted vaya sordos más fácilmente de lo que no quiere decir que mis oídos disfrutaría de pie 3 pies de distancia de una de 12.000 vatios sub-woofer reproducción de un sonido de tono bajo.

En otras palabras, entiendo alta frecuencia de las ondas contienen más energía de la naturaleza, pero si la rampa de la amplitud de las ondas de baja frecuencia que pueden comenzar a hacer daño también.

Así que con la radiación electromagnética hay un punto que se podría decir que producen las ondas infrarrojas que también sería ionizante? O es que hay algo que es intrínsecamente diferente acerca de la alta frecuencia de las ondas electromagnéticas que provocan el efecto ionizante?

Answer 1

Antecedentes:

Einstein del efecto fotoeléctrico teoría le valió el premio Nobel, y que se relaciona muy de cerca a este. Aunque es diferente de photoionisation, que se basa en ideas similares.

Su proposición: cada átomo absorbe la energía de un fotón y la energía de un fotón está dada por $$E=h\nu$$where $h$ is Plank's constant, a really, really tiny number ($6.62607004 × 10^{-34} m^2 kg / s$), and $\nu$ es la frecuencia de la luz. Mayor intensidad de luz, la cual es análoga a la amplitud de la onda, contiene más fotones, pero la energía de cada fotón es el mismo para una frecuencia dada.

Si yo brillo de baja frecuencia de alta intensidad de la luz sobre una superficie, hay un montón de energía, pero cada átomo, tras la absorción de un fotón, no será capaz de perder un electrón. Sin embargo, si yo brillo de alta frecuencia de la luz, incluso si la intensidad es baja, cada átomo que absorbe un fotón es capaz de perder un electrón, y vemos de ionización.

Pero cuando la intensidad es lo suficientemente alta, incluso a bajas frecuencias que pueden causar ionización.

Este fenómeno, llamado multi-fotón de ionización, se produce cuando el átomo absorbe más de un fotón. Por lo general es bastante raro, ya que un átomo con frecuencia emite los otros fotones antes de que se absorbe suficiente energía totalmente, pero en muy suficientemente altas intensidades, es apreciable.

El sonido funciona de manera diferente en el aire: por lo general, no digas que está cuantizada de la misma manera, aunque si que examinar más minuciosamente, vas a ver que puede ser cuantificada como fonones, que no son evidentes en los gases. Pero eso no es relevante a tu pregunta, es algo a tener en cuenta si se quiere generalizar un poco más por la discusión de sonido en la materia condensada.

Curiosamente, el paralelo del sonido y de la pérdida de audición está mal! Ver este Biología SE pregunta... sonidos de alta frecuencia son peligrosos no particularmente porque tienen más energía (que no lo hacen, ver la ecuación de la energía del sonido en un recipiente), pero debido a la naturaleza del oído humano y la alineación de los pelos.

Answer 2

Todas las frecuencias de la luz puede ser ionizante. Incluso una estática (frecuencia cero) campo puede extraer los electrones de los átomos si lo suficientemente fuerte.

Sin embargo, cuando hablamos de la radiación ionizante, solemos pensar que los efectos cuánticos. En la mecánica cuántica, tanto el sonido y la luz está cuantizada, en fonones y fotones, respectivamente, con la energía de $$E = \hbar \omega$$ cada uno de ellos. Y un clásico de onda de luz o de la onda de sonido es simplemente un estado coherente de muchos fotones/fonones apilados en la parte superior de uno al otro.

Fuentes de luz con una frecuencia $\omega$ suficientemente alta para que la energía de un solo fotón para ionizar un átomo único son especialmente peligrosos, ya que usted todavía puede recibir daño, incluso si el total de la energía de los fotones es muy baja. Es decir, puede salir herido por los rayos X, sin darse cuenta de nada, pero usted no puede salir lastimado por microondas sin darse cuenta; una sola microondas fotón tiene muy poca energía para hacer nada. La única manera de salir herido por un microondas para que se caliente, por la interacción con un fuerte clásica campo de microondas, y no hay manera de que no se daba cuenta de que.

El sonido no es peligrosa, en la forma en que los rayos X son. En primer lugar, por lo general, viven en el aire, y un gas como el aire se comporta demasiado messily para realmente tener fonones (véase la discusión aquí). Incluso si el aire no soporta, fonones, las frecuencias de los fonones puede tener están delimitadas por la rapidez con la que las moléculas de aire que puede oscilar para formar una onda de sonido-más precisamente, la longitud de onda debe ser mucho mayor que la trayectoria libre media. Esto coloca a una frecuencia extremadamente baja límite relativo a la luz, por lo que uno de fonones siempre es inofensiva.

Si bien es cierto que la alta frecuencia de sonido es más peligroso, toda la discusión acerca de los efectos de sonido en los seres humanos está firmemente en el clásico régimen. Es decir, el peligro de sonido de alta frecuencia tiene absolutamente nada que ver con el hecho de que la alta frecuencia de fonones tener más energía.

Answer 3

Un multi kW potencia CO2 láser puede fácilmente tira un átomo de muchos electrones. Estos láseres se utilizan para generar la luz ultravioleta extrema (EUV) para la fabricación de chip de ordenador. En estas fuentes de luz se pelan átomos de estaño de 10-12 electrones. La recombinación posterior produce la luz EUV.

Answer 4

Como las otras respuestas han dicho, el término "radiación ionizante" tiene un significado técnico, y su uso está restringido a la radiación en la que un solo fotón en la radiación de frecuencia tiene suficiente energía $E=h\nu$ para ionizar el tejido biológico.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que la radiación de todas las frecuencias que se pueden producir ionización si su intensidad es lo suficientemente fuerte. En la literatura esto se conoce como ionización multifotónica, y usted puede pensar en él de forma heurística como dos o más fotones de estar presentes al mismo tiempo y se absorbe de forma simultánea.

Esto tiene un precio, por supuesto, porque el hecho de que usted necesita tener las dos o más fotones a 'al mismo tiempo' (o, en lenguaje más técnico, que está trabajando en la teoría de la perturbación de orden $\geq 2$) significa que la fuente de luz debe ser lo suficientemente intensa como para permitir que la presencia simultánea. Esto termina lo que significa que para un $n$fotones proceso de la tasa de ionización aumenta con la intensidad de la luz $I$$I^n$, * que es un punitiva de alta escala para cualquier fuente de luz que no es un láser.

Sin embargo, una vez nos hizo desarrollar láseres, en 1960, sólo tardó cinco años para el primer ejemplo de ionización multifotónica para ser descrita, teniendo el récord de fotón único a siete de los fotones de una sola vez [JETP Lett. 1, 66 (1965)]. En las décadas posteriores, la ionización multifotónica ha sido una importante herramienta en la caja de herramientas de atómica y molecular física para nuestra comprensión de la estructura y dinámica de la materia.

Por otro lado, el requisito de que la intensidad sea alta no significa que usted necesita especializados experimentos para demostrar el efecto, lo que significa que la ionización por la baja frecuencia de la radiación es despreciable en la vida cotidiana $-$ cual es la razón por la que el término "radiación ionizante" es restringido. En esencia, el hecho de que la tasa de ionización escala linealmente con la intensidad significa que la respuesta biológica es sólo dependiente de la dosis de radiación, y no cómo es entregada: si diluir la dosis girando la intensidad por la mitad, pero mantenerlo en el doble de tiempo, de modo que la energía total de la radiación será constante, entonces el fotón único ionización permanecerá constante, sino $n$fotones de procesos pasará por $1/2^n$.

Dicho esto, si quieres un razonablemente accesible demostración de ionización con una larga longitud de onda de la fuente de luz, lo que hay que buscar es inducida por la luz óptica de ruptura en aire (ejemplo), en la que una larga longitud de onda del láser se utiliza para ionizar el aire en su enfoque. Este es principalmente un fenómeno de avalancha (ver esta respuesta para más detalles), pero la semilla de electrones se produce a menudo a través de la ionización multifotónica.

^{* para las intensidades que son lo suficientemente bajos para la teoría de la perturbación de mantener. La mayoría de los interesantes de la física en la ionización multifotónica se produce en no-perturbativa de los regímenes donde las cosas son más complejas. La introducción de mi tesis de Doctorado tiene más detalles de lo que parece.}

Answer 5

Una forma en la que la radiación infrarroja podría ser ionizantes aire sería si la intensidad de la radiación era tan fuerte que induciría ruptura eléctrica del aire, como cuando el campo eléctrico estático hace una chispa. Esto requiere fuerza de campo eléctrico muy alto para el campo estático y para la radiación IR, la fuerza del campo eléctrico sería probablemente algo menos que eso, pero todavía alta. Tal vez con laser IR muy fuerte esto sería posible.