Promieniowanie podczerwone jest naturalną formą promieniowania. Każda osoba jest na to codziennie narażona. Ogromna część energii Słońca trafia na naszą planetę w postaci promieni podczerwonych. Jednak we współczesnym świecie istnieje wiele urządzeń wykorzystujących promieniowanie podczerwone. Może wpływać na organizm człowieka na różne sposoby. W dużej mierze zależy to od rodzaju i celu korzystania z tych urządzeń.
Co to jest
Promieniowanie podczerwone lub podczerwone to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, które zajmuje obszar widmowy od czerwonego światła widzialnego (o długości fali 0,74 mikrona) do krótkofalowego promieniowania radiowego (o długości fali 1 -2 mm). Jest to dość duży obszar widma, więc jest dalej podzielony na trzy obszary:
- blisko (0,74 - 2,5 µm);
- średnie (2,5–50 mikronów);
- daleko (50-2000 mikronów).
Historia odkryć
W 1800 roku naukowiec z Anglii W. Herschel zaobserwował, że w niewidzialnej części widma słonecznego (poza czerwonym światłem) temperatura termometru wzrasta. Następnie udowodniono podporządkowanie promieniowania podczerwonego prawom optyki i wyciągnięto wniosek na temat jego związku ze światłem widzialnym.
Dzięki pracy sowieckiego fizyka A. A. Glagoleva-Arkadyevej, który w 1923 r. odebrał fale radiowe o λ=80 μm (zakres podczerwieni), istnienie ciągłego przejścia od promieniowania widzialnego do promieniowania podczerwonego i fal radiowych było udowodnione eksperymentalnie. W ten sposób wyciągnięto wniosek dotyczący ich wspólnej natury elektromagnetycznej.
Prawie wszystko w naturze jest w stanie emitować fale o długości odpowiadającej widmu podczerwieni, co oznacza, że jest źródłem promieniowania podczerwonego. Ciało ludzkie nie jest wyjątkiem. Wszyscy wiemy, że wszystko wokół składa się z atomów i jonów, nawet ludzie. A te wzbudzone cząstki mogą emitować widma liniowe IR. Mogą przechodzić w stan wzbudzony pod wpływem różnych czynników, na przykład wyładowań elektrycznych lub po podgrzaniu. Tak więc w widmie promieniowania płomienia kuchenki gazowej występuje pasmo o λ=2,7 µm od cząsteczek wody i o λ=4,2 µm od dwutlenku węgla.
Fale IR w życiu codziennym, nauce i przemyśle
Korzystając z niektórych urządzeń w domu i w pracy, rzadko zadajemy sobie pytanie o wpływ promieniowania podczerwonego na organizm człowieka. Tymczasem promienniki podczerwieni są dziś dość popularne. Ich podstawową różnicą w stosunku do grzejników olejowych i konwektorów jest możliwość bezpośredniego ogrzewania nie samego powietrza, ale wszystkich obiektów w pomieszczeniu. Oznacza to, że najpierw nagrzewa się meble, podłogi i ściany, a następnie oddają ciepło do atmosfery. Jednocześnie promieniowanie podczerwone oddziałuje również na organizmy – ludzi i ich zwierzęta.
Promieniowanie podczerwone jest również szeroko stosowane w transmisji danych i zdalnym sterowaniu. Wiele telefonów komórkowych ma porty podczerwieni do wymiany plików między nimi. Wszystkie piloty do klimatyzatorów, centrów muzycznych, telewizorów, niektóre sterowane zabawki dla dzieci również wykorzystują promienie elektromagnetyczne w zakresie podczerwieni.
Zastosowanie promieni podczerwonych w wojsku i kosmonautyce
Najważniejsze promienie podczerwone dotyczą przemysłu lotniczego i wojskowego. Na bazie fotokatod wrażliwych na promieniowanie podczerwone (do 1,3 mikrona) powstają noktowizory (różne lornetki, celowniki itp.). Pozwalają, jednocześnie naświetlając obiekty promieniowaniem podczerwonym, celować lub obserwować w absolutnej ciemności.
Dzięki stworzonym wysoce czułym odbiornikom promieni podczerwonych możliwa stała się produkcja pocisków samonaprowadzających. Czujniki w ich głowie reagują na promieniowanie podczerwone celu, które jest zwykle cieplejsze od otoczenia i kierują pocisk do celu. Opierając się na tej samej zasadziewykrywanie nagrzanych części statków, samolotów, czołgów za pomocą termometrów.
Lokalizatory i dalmierze na podczerwień mogą wykrywać różne obiekty w całkowitej ciemności i mierzyć odległość do nich. Specjalne urządzenia - optyczne generatory kwantowe, które emitują w zakresie podczerwieni, są wykorzystywane do komunikacji kosmicznej i naziemnej dalekiego zasięgu.
Promieniowanie podczerwone w nauce
Jednym z najczęstszych jest badanie widm emisyjnych i absorpcyjnych w obszarze podczerwieni. Znajduje zastosowanie w badaniu cech powłok elektronowych atomów, określaniu struktur różnych cząsteczek, a ponadto w analizie jakościowej i ilościowej mieszanin różnych substancji.
Ze względu na różnice we współczynnikach rozpraszania, transmisji i odbicia ciał w zakresie widzialnym i IR zdjęcia wykonane w różnych warunkach są nieco inne. Obrazy w podczerwieni często pokazują więcej szczegółów. Takie obrazy są szeroko stosowane w astronomii.
Badanie wpływu promieni podczerwonych na ciało
Pierwsze dane naukowe dotyczące wpływu promieniowania podczerwonego na organizm ludzki pochodzą z lat 60. XX wieku. Autorem badań jest japoński lekarz Tadashi Ishikawa. W trakcie swoich eksperymentów był w stanie ustalić, że promienie podczerwone mają tendencję do wnikania głęboko w ludzkie ciało. Jednocześnie zachodzą procesy termoregulacji, podobne do reakcji przebywania w saunie. Jednak pocenie zaczyna się w niższej temperaturze otoczenia (took. 50°C), a nagrzewanie narządów wewnętrznych zachodzi znacznie głębiej.
Podczas tego ogrzewania zwiększa się krążenie krwi, rozszerzają się naczynia układu oddechowego, tkanki podskórnej i skóry. Jednak długotrwałe narażenie osoby na promieniowanie podczerwone może spowodować udar cieplny, a silne promieniowanie podczerwone prowadzi do oparzeń o różnym stopniu.
Ochrona podczerwieni
Istnieje niewielka lista działań mających na celu zmniejszenie ryzyka narażenia organizmu ludzkiego na promieniowanie podczerwone:
- Zmniejszenie intensywności promieniowania. Osiąga się to poprzez dobór odpowiedniego wyposażenia technologicznego, terminową wymianę przestarzałego wyposażenia, a także jego racjonalne rozplanowanie.
- Usunięcie pracowników ze źródła promieniowania. Jeśli linia produkcyjna na to pozwala, należy preferować zdalne sterowanie linią produkcyjną.
- Montaż ekranów ochronnych na źródle lub miejscu pracy. Takie ogrodzenia można ustawić na dwa sposoby, aby zmniejszyć wpływ promieniowania podczerwonego na organizm człowieka. W pierwszym przypadku muszą odbijać fale elektromagnetyczne, aw drugim muszą je opóźniać i przekształcać energię promieniowania w energię cieplną, a następnie ją usuwać. Ze względu na to, że ekrany ochronne nie powinny pozbawiać specjalistów możliwości monitorowania procesów zachodzących w produkcji, mogą być wykonane jako przezroczyste lub półprzezroczyste. W tym celu krzemian lubszkło kwarcowe oraz metalowe siatki i łańcuszki.
- Izolacja termiczna lub chłodzenie gorących powierzchni. Głównym celem izolacji termicznej jest zmniejszenie ryzyka poparzenia pracowników.
- Osobisty sprzęt ochronny (różne kombinezony, gogle z wbudowanymi filtrami świetlnymi, osłony).
- Środki zapobiegawcze. Jeżeli w trakcie powyższych działań poziom narażenia na promieniowanie podczerwone na ciele pozostaje wystarczająco wysoki, należy dobrać odpowiedni tryb pracy i odpoczynku.
Korzyści dla ludzkiego ciała
Promieniowanie podczerwone oddziałujące na organizm ludzki prowadzi do poprawy krążenia krwi dzięki rozszerzeniu naczyń krwionośnych, lepszemu nasyceniu tlenem narządów i tkanek. Ponadto wzrost temperatury ciała ma działanie przeciwbólowe dzięki działaniu promieni na zakończenia nerwowe w skórze.
Zauważono, że operacja wykonywana pod wpływem promieniowania podczerwonego ma szereg zalet:
- ból po operacji jest nieco łatwiejszy do zniesienia;
- szybsza regeneracja komórek;
- Wpływ promieniowania podczerwonego na osobę zapobiega wychłodzeniu narządów wewnętrznych w przypadku operacji na otwartych jamach, co zmniejsza ryzyko wstrząsu.
U pacjentów z oparzeniami promieniowanie podczerwone stwarza możliwość usunięcia martwicy, a także wykonania autoplastyki na wcześniejszym etapie. Ponadto skraca się czas trwania gorączki, niedokrwistość i hipoproteinemia są mniej nasilone, a częstość powikłań jest zmniejszona.
Udowodniono, że promieniowanie podczerwone może osłabić działanie niektórych pestycydów poprzez zwiększenie odporności nieswoistej. Wielu z nas wie o leczeniu nieżytu nosa i innych objawów przeziębienia za pomocą niebieskich lamp IR.
Szkoda dla ludzi
Warto zauważyć, że szkody wyrządzone przez promieniowanie podczerwone dla ludzkiego ciała mogą być również bardzo znaczące. Najbardziej oczywistymi i najczęstszymi przypadkami są oparzenia skóry i zapalenie skóry. Mogą wystąpić zarówno przy zbyt długiej ekspozycji na słabe fale widma podczerwieni, jak i podczas intensywnego napromieniania. Jeśli chodzi o procedury medyczne, rzadko zdarzają się udary cieplne, osłabienie i nasilenie bólu przy niewłaściwym leczeniu.
Jednym z współczesnych problemów są oparzenia oczu. Najbardziej niebezpieczne dla nich są promienie podczerwone o długości fali w zakresie 0,76-1,5 mikrona. Pod ich wpływem soczewka i ciecz wodnista ulegają podgrzaniu, co może prowadzić do różnych zaburzeń. Jednym z najczęstszych skutków ubocznych jest światłowstręt. Powinny o tym pamiętać dzieci bawiące się wskaźnikami laserowymi i spawacze, którzy zaniedbują środki ochrony osobistej.
Promienie podczerwone w medycynie
Leczenie promieniowaniem podczerwonym ma charakter lokalny i ogólny. W pierwszym przypadku działanie lokalne przeprowadza się na określonej części ciała, aw drugim całe ciało jest wystawione na działanie promieni. Przebieg leczenia zależy od choroby i może wynosić od 5 do 20 sesji po 15-30 minut. Podczas przeprowadzania procedur warunkiem wstępnym jest:stosowanie sprzętu ochronnego. Aby zachować zdrowie oczu, stosuje się specjalne tekturowe podkładki lub okulary.
Po pierwszym zabiegu na powierzchni skóry pojawia się zaczerwienienie z niewyraźnymi granicami, które ustępuje po około godzinie.
Działanie emiterów IR
Dzięki dostępności wielu urządzeń medycznych, ludzie kupują je na własny użytek. Należy jednak pamiętać, że takie urządzenia muszą spełniać specjalne wymagania i być użytkowane zgodnie z przepisami bezpieczeństwa. Ale co najważniejsze, ważne jest, aby zrozumieć, że podobnie jak każde urządzenie medyczne, emitery fal podczerwonych nie mogą być używane w wielu chorobach.
| Długość fali, µm | Przydatne działanie |
| 9,5 µm | Działanie immunokorekcyjne w stanach niedoboru odporności wywołanych głodem, zatruciem czterochlorkiem węgla, stosowaniem leków immunosupresyjnych. Prowadzi to do przywrócenia normalnych wskaźników komórkowego połączenia odporności. |
| 16,25 mikronów | Działanie przeciwutleniające. Odbywa się to dzięki powstawaniu wolnych rodników z ponadtlenków i wodoronadtlenków oraz ich rekombinacji. |
| 8, 2 i 6,4 µm | Działanie przeciwbakteryjne i normalizacja mikroflory jelitowej dzięki wpływowi na syntezę hormonów prostaglandyn, co prowadzi do efektu immunomodulującego. |
| 22,5 µm | Wyniki w tłumaczeniu wielunierozpuszczalne związki, takie jak skrzepy krwi i blaszki miażdżycowe, do stanu rozpuszczalnego, co pozwala na ich usunięcie z organizmu. |
Dlatego wykwalifikowany specjalista, doświadczony lekarz powinien wybrać kierunek terapii. W zależności od długości emitowanych fal podczerwieni urządzenia mogą być wykorzystywane do różnych celów.
