У чому полягає оборотність світлових променів. Геометрична оптика

Розглядаючи в попередньому параграфі явища, що відбуваються при падінні світла на межу поділу двох середовищ, ми вважали, що світло поширюється у певному напрямку, вказаному на рис. 180, 181 стрілки. Поставимо тепер питання: що станеться, якщо світло поширюватиметься в зворотному напрямку? Для випадку відображення світла це означає, що промінь, що падає, буде направлений не зліва вниз, як на рис. 182 а, а справа вниз, як на рис. 182 б; для випадку заломлення ми розглядатимемо проходження світла не з першого середовища до другого, як на рис. 182, а з другого середовища в першу, як на рис. 182, г,

Точні вимірювання показують, що й у разі відображення та у разі заломлення кути між променями та перпендикуляром до поверхні розділу залишаються незмінними, змінюється лише напрямок стрілок. Таким чином, якщо світловий промінь падатиме у напрямку (рис. 182, б), то промінь відбитий піде у напрямку , тобто виявиться, що в порівнянні з першим випадком падаючий і відбитий пула помінялися місцями. Те саме спостерігається і при заломленні світлового променя. Нехай - промінь, що падає, - заломлений промінь (рис. 182, в). Якщо світло падає за напрямом (рис. 182, г), то заломлений промінь йде за напрямом , тобто падаючий і заломлений місяць обмінюються місцями.

Рис. 182. Оборотність світлових променів при відображенні (а, б) і при заломленні (в, г). Якщо то

Таким чином, як при відображенні, так і при заломленні світло може проходити той самий шлях в обох протилежних другдругий напрямки (рис. 183). Ця властивість світла зветься оборотності світлових променів.

Оборотність світлових променів означає, що якщо показник заломлення при переході з першого середовища в друге дорівнює , то при переході з другого середовища в перше він дорівнює . Справді, нехай світло падає під кутом і заломлюється під кутом , отже . Якщо при зворотному ході променів світло падає під кутом , він повинен переломлюватися під кутом (оборотність). У разі показник заломлення , отже, . Наприклад, при переході променя з повітря в скло, а при переході зі скла в повітря . Властивість оборотності світлових променів зберігається і при багаторазових відбиття і заломлення, які можуть відбуватися в будь-якій послідовності. Це випливає з того, що при кожному відображенні чи заломленні напрямок світлового променя може бути змінений на зворотний.

Рис. 183. До оборотності світлових променів при заломленні

Таким чином, якщо при виході світлового місяця з будь-якої системи заломлюючих і відбивних середовищ змусити світловий промінь па останньому етапівідбитися точно назад, то він пройде всю систему у зворотному напрямку і повернеться до свого джерела.

Оборотність напрямку світлових променів можна теоретично довести, використовуючи закони заломлення та відображення і не вдаючись до нових дослідів. Для відображення світла доказ проводиться дуже просто (див. вправу 22 в кінці цього розділу). Більше складний доказдля випадку заломлення світла можна знайти у підручниках оптики.

Геометрична оптика– гранично простий випадок оптики. По суті, це спрощена версія хвильової оптикияка не розглядає і просто не передбачає таких явищ, як інтерференція та дифракція. Тут усе спрощено до краю. І це добре.

Основні поняття

Геометрична оптика– розділ оптики, у якому розглядаються закони поширення світла у прозорих середовищах, закони відбиття світла від дзеркальних поверхонь, принципи побудови зображень під час проходження світла через оптичні системи.

Важливо!Всі ці процеси розглядаються без урахування хвильових властивостейсвітла!

У житті геометрична оптика, будучи вкрай спрощеною моделлю, проте знаходить широке застосування. Це як класична механіката теорія відносності. Зробити потрібний розрахунок найчастіше набагато легше в рамках класичної механіки.

Основне поняття геометричної оптики – світловий промінь.

Зазначимо, що реальний світловий пучок не поширюється вздовж лінії, а має кінцевий кутовий розподіл, який залежить від поперечного пучка. Геометрична оптика нехтує поперечними розмірами пучка.

Закон прямолінійного поширення світла

Цей закон говорить нам про те, що в однорідному середовищісвітло поширюється прямолінійно. Іншими словами, з точки А в точку Б світло рухається тим шляхом, який вимагає мінімального часу на подолання.

Закон незалежності світлових променів

Поширення світлових променів відбувається незалежно друг від друга. Що це означає? Це означає, що геометрична оптика припускає, що промені не впливають один на одного. І поширюються так, ніби інших променів зовсім немає.

Закон відображення світла

Коли світло зустрічається із дзеркальною (відбиваючою) поверхнею, відбувається відображення, тобто зміна напряму поширення світлового променя. Так от, закон відображення говорить, що падаючий і відбитий промінь лежать в одній площині разом з проведеною до точки падіння нормаллю. Причому кут падіння дорівнює кутувідбиття, тобто. нормаль поділяє кут між променями на дві рівні частини.

Закон заломлення (Снелліуса)

На межі поділу середовищ поруч із відбитком відбувається і заломлення, тобто. промінь поділяється на відбитий і заломлений.

До речі! Для всіх наших читачів зараз діє знижка 10% на .

Відношення синусів кутів падіння та заломлення є постійною величиноюі дорівнює відношенню показників заломлення цих середовищ. Ще ця величина називається показником заломлення другого середовища щодо першого.

Тут варто окремо розглянути повний випадок внутрішнього відображення. При поширенні світла з оптично більш щільного середовища менш щільну кут заломлення за величиною більше кута падіння. Відповідно, при збільшенні кута падіння збільшуватиметься і кут заломлення. При деякому граничному куті падіння кут заломлення дорівнюватиме 90 градусів. При подальшому збільшенні кута падіння світло не буде переломлюватися в друге середовище, а інтенсивність падаючого та відбитого променів будуть рівні. Це називається повним внутрішнім відбитком.

Закон оборотності світлових променів

Уявімо, що промінь, поширюючись у якомусь напрямку, зазнав ряду змін і заломлень. Закон оборотності світлових променів свідчить, що й пустити назустріч цьому променю інший промінь, він піде тим самим шляху, як і перший, але у зворотному напрямі.

Ми продовжимо вивчати основи геометричної оптики, а в майбутньому обов'язково розглянемо приклади вирішення завдань на застосування різних законів. Ну а якщо зараз у вас є якісь питання, ласкаво просимо за вірними відповідями до фахівців студентського сервісу. Ми допоможемо вирішити будь-яке завдання!

Нехай на якусь ідеальну оптичну систему падає промінь А і виходить з неї відповідний промінь В. Якщо пустити новий падаючий промінь назустріч В, отримаємо новий промінь, що виходить із системи, що йде назустріч А.

Закон прямолінійності розповсюдження світла

У однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно.

Ми сприймаємо джерело світла або предмет, від якого впало відбите світло, на продовженні променів, що потрапили в око. Цим законом пояснюється утворення геометричної тіні, фотографування камерою-обскурою (безлінзовою камерою з невеликим отвором).

Закони відображення

1. Промінь, що падає, перпендикуляр до межі двох середовищ у точці падіння і промінь відбитий лежать в одній площині. Те, що дві з перерахованих прямих лежать в одній площині, - не закон, тому що будь-які дві прямі, що перетинаються, задовольняють цьому геометричному положенню. Фізичним змістом закону є перебування третьої прямої і тієї ж площині. Отже, кути падіння та відображення лежать у площині падіння.

2. Кут падіння дорівнює куту відображення (змінюючи довільно кут падіння, отримуємо таку ж зміну кута відображення): i = j

Розрізняють відображення дзеркальне та дифузне. Дзеркальним називається відбиток, у якому падаючий поверхню паралельний пучок променів світла залишається паралельним (рис.2). Дифузним називається відображення, при якому падає паралельний пучок розсіюється

Закони заломлення

1. Промінь падаючий, перпендикуляр до межі двох середовищ у точці падіння і заломлений промінь лежать в одній площині (аналогічно першому закону відображення, сенс цього закону в тому, що третя з перерахованих прямих потрапила в площину, положення якої визначають перші дві. Це площина падіння ).

2. Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина постійна для цієї пари середовищ (тобто не змінюється при довільній зміні кута падіння та відповідній зміні кута заломлення). Ця постійна називається показником заломлення ( n 21) друге середовище щодо першого:

Лінза- система двох, найчастіше сферичних, заломлюючих поверхонь, що обмежують прозоре тіло. Зазвичай лінзи роблять скляними.

Збірні та розсіювальні лінзи:

Лінзою називається прозоре тіло, обмежене двома сферичними поверхнями. Якщо товщина самої лінзи мала порівняно з радіусами кривизни сферичних поверхонь, то лінзу називають тонкою.

Лінзи входять до складу практично всіх оптичних приладів. Лінзи бувають збираючими та розсіюючими. Збираюча лінза в середині товщі, ніж у країв, лінза, що розсіює, навпаки, в середній частині тонше

Фотоапаратомназивається прилад для здійснення фотозйомки - першого з процесів отримання зображення фотографічним способом.

Основні частини фотоапарату:
1) фотоплівка;
2) корпус;
3) затвор;
4) об'єктив;
5) діафрагма.

У звичайному пристрої дзеркального цифрового фотоапаратасвітло проходить через об'єктив. Потім він досягає діафрагми, яка регулює його кількість, потім світло доходить до дзеркала у пристрої дзеркального цифрового фотоапарата, відбивається і проходить через призму, щоб перенаправити його у видошукач. Інформаційний екран додає зображення додаткову інформаціюпро кадр та експозицію.
У момент, коли відбувається фотографування, дзеркало пристрою (цифра 6 на зображенні) піднімається, відкривається затвор фотоапарата. У цей момент світло потрапляє прямо на матрицю фотоапарата та відбувається експонування кадру – фотографування. Потім закривається затвор, назад опускається дзеркало, і фотокамера готова до наступного знімку. Необхідно розуміти, що весь цей складний процес усередині відбувається за частки секунди. Це і є пристрій дзеркального цифрового фотоапарата.

Світло проходить через отвір, масштабується та потрапляє на світлочутливий елемент усередині. пристрої фотоапарата. Будь це плівковою камерою або дзеркальною цифровою фотокамерою.

Око людини є складною оптичною системою, що складається з рогівки, вологи передньої камери, кришталика та склоподібного тіла. Заломлююча сила ока залежить від величини радіусів кривизни передньої поверхні рогівки, передньої та задньої поверхонь кришталика, відстаней між ними та показників заломлення рогівки, кришталика, водянистої вологи та склоподібного тіла. Оптична сила задньої поверхні рогівки не враховується, оскільки показники заломлення тканини рогівки та вологи передньої камери однакові.

Приблизно можна сказати, що заломлюючі поверхні ока сферичні та їх оптичні осі збігаються, тобто око є центрованою системою. Насправді ж оптична системаочі має багато похибок. Так, рогівка сферична тільки в центральній зоні, показник заломлення зовнішніх шарів кришталика менше, ніж внутрішніх, неоднаковий ступінь заломлення променів у двох взаємно перпендикулярних площинах. Крім того, оптичні характеристикив різних очахсуттєво різняться, причому визначити їх важко. Усе це ускладнює обчислення оптичних констант ока.

Акомодація ока- Зміна заломлюючої сили ока, що забезпечує його здатність ясно бачити предмети, що знаходяться на різних відстанях. Фізіологічний механізмакомодації полягає в тому, що при скороченні волокон війного м'яза ока, що іннервується окоруховим і симпатичними нервами, відбувається розслаблення війного пояска, за допомогою якого кришталик прикріплений до війного тіла. При цьому зменшується натяг сумки кришталика, і він завдяки своїм еластичним властивостям стає більш опуклим. Розслаблення війного м'яза веде до сплощення кришталика. Акомодаційна здатність ока, добре розвинена у дітей та молоді, зменшується після 40 років у зв'язку зі старінням війкового тіла та кришталика. Це проявляється далекозорістю, утрудненістю читання, почуттям втоми та болем в очах. Зниження Здібності до акомодації можна запідозрити, якщо людині доводиться видаляти від себе предмети, що знаходяться в полі зору, для кращого розгляду.

АдаптацієюОчі називається процес пристосування зору до різних умов освітлення за рахунок зміни світлової чутливості зорового аналізатора. Людське окомає дуже велику адаптаційну здатність: вночі ми бачимо при світлі зірок, а вдень – при світлі сонця. Це стає можливим завдяки світлочутливим клітинам сітківки - паличкам. Палички мають дуже високу світлову чутливість і забезпечують сприйняття предметів у сутінки або вночі.

Цей термін має й інші значення, див. Радіація (значення).

Іонізуюче випромінювання - в самому загальному сенсі - різні видимікрочастинок та фізичних полів, здатні іонізувати речовину. У вужчому сенсі до іонізуючого випромінювання не відносять ультрафіолетове випромінюваннята випромінювання видимого діапазону світла, яке в окремих випадках також може бути іонізуючим. Випромінювання мікрохвильового та радіодіапазонів не є іонізуючим, оскільки його енергії недостатньо для іонізації атомів і молекул в основному стані.

Природа іонізуючого випромінювання

Найбільш значущі наступні типиіонізуючого випромінювання:

Короткохвильове електромагнітне випромінювання(Потік фотонів високих енергій):

рентгенівське випромінювання;

гамма-випромінювання.

Потоки частинок:

бета-часток (електронів та позитронів);

альфа-часток (ядер атома гелію-4);

нейтронів;

протонів, інших іонів, мюонів та ін;

уламків розподілу (важких іонів, що виникають при розподілі ядер).

[ред.]

Джерела іонізуючого випромінювання

Природні джерелаіонізуючого випромінювання:

Спонтанний радіоактивний розпад радіонуклідів.

Термоядерні реакції, наприклад, на Сонце.

Індуковані ядерні реакції в результаті потрапляння в ядро ​​високоенергетичних елементарних частинокчи злиття ядер.

Космічні промені.

Штучні джерелаіонізуючого випромінювання:

Штучні радіонукліди.

Ядерні реактори.

Прискорювачі елементарних частинок (генерують потоки заряджених частинок, а також гальмівне фотонне випромінювання).

Рентгенівський апарат як різновид прискорювачів, що генерує гальмівне рентгенівське випромінювання.

[ред.]

Наведена радіоактивність

Багато стабільні атоми в результаті опромінення та відповідної індукованої ядерної реакціїперетворюються на нестабільні ізотопи. В результаті такого опромінення стабільна речовина стає радіоактивною, причому тип вторинного іонізуючого випромінювання відрізнятиметься від початкового опромінення. Найбільш яскраво такий ефект проявляється після нейтронного опромінення.

[ред.]

Ланцюжок ядерних перетворень

В процесі ядерного розпадуабо синтезу виникають нові нукліди, які можуть бути нестабільні. В результаті виникає ланцюжок ядерних перетворень. Кожне перетворення має свою можливість і свій набір іонізуючих випромінювань. В результаті інтенсивність та характер випромінювань радіоактивного джерела може значно змінюватися з часом.

[ред.]

Вимірювання іонізуючих випромінювань

[ред.]

Методи виміру

також: Дозиметр

також: Детектор елементарних частинок

Як датчики випромінювання в побутовому та промисловому застосуванні. найбільше застосуванняотримали дозиметри з урахуванням лічильників Гейгера. Лічильник Гейгера - газорозрядний прилад, в якому іонізація газу випромінюванням перетворюється на електричний струмміж електродами. Як правило, такі прилади коректно реєструють лише гамма-випромінювання. Деякі прилади мають спеціальний фільтр, що перетворює бета-випромінювання в гамма-кванти за рахунок гальмівного випромінювання. Лічильники Гейгера погано селектують випромінювання по енергії, для цього використовують інший різновид газорозрядного лічильника, Т.зв. пропорційний лічильник.

Широке застосуванняу науці отримали сцинтилятори. Ці прилади перетворять енергію випромінювання на видиме світлоза рахунок поглинання випромінювання у спеціальній речовині. Спалах світла реєструється фотоелектронним помножувачем. Сцинтилятори добре поділяють випромінювання за енергіями.

Для дослідження елементарних частинок застосовують безліч інших методів, що дозволяють повніше досліджувати їх властивості, наприклад бульбашкова камера, камера Вільсон.

[ред.]

Одиниці виміру

Ефективність взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною залежить від типу випромінювання, енергії частинок і перерізу взаємодії речовини, що опромінюється. Важливі показникивзаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною:

лінійна передача енергії (ЛПЕ), що показує, яку енергію випромінювання передає середовищі на одиниці довжини пробігу при поодинокій щільності речовини.

поглинена доза випромінювання, що показує, яка енергія випромінювання поглинається в одиниці маси речовини.

У Міжнародній системі одиниць СІ одиницею поглиненої дози є грей (Гр, англ. Gray, Gy), чисельно рівний поглиненої енергії в 1 Дж на 1 кг маси речовини. Іноді зустрічається застаріла позасистемна одиниця рад (англ. rad): доза, що відповідає поглиненій енергії 100 ерг на 1 грам речовини. 1 рад = 0,01 Гр.

Також широко застосовується старі поняття експозиційна доза випромінювання - величина, що показує, який заряд створює фотонне (гама-або рентгенівське) випромінювання в одиниці об'єму повітря. Для цього зазвичай використовують позасистемну одиницю експозиційної дози рентген (Р, англ. roentgen, R): доза фотонного випромінювання, що утворює іони із зарядом 1 од. заряду СГСЕ ((1/3) · 10-9 кулон) в 1 см³ повітря. У системі СІ використовується одиниця кулону на кілограм (Кл/кг, англ. C/kg): 1 Кл/кг = 3876 Р; 1 Р = 2,57976 · 10-4 Кл / кг.

Активність радіоактивного джерела іонізуючого випромінювання визначається як середня кількість розпадів ядер за одиницю часу. Відповідна одиниця у системі СІ беккерель (Бк, англ. Becquerel, Bq) позначає кількість розпадів на секунду. Застосовується також позасистемна одиниця кюрі (Кі, англ. Ci). 1 Кі = 3,7 · 1010 Бк. Початкове визначення цієї одиниці відповідало активності 1 г радію-226.

Корпускулярне іонізуюче випромінювання також характеризується кінетичною енергієючастинок. Для виміру цього параметра найбільш поширена позасистемна одиниця електровольт (еВ). Як правило радіоактивне джерелогенерує частинки із певним спектром енергій. Датчики випромінювань також мають нерівномірну чутливість енергії частинок.

[ред.]

Фізичні властивостііонізуючих випромінювань

Альфа-випромінювання є потік альфа-часток - ядер гелію-4. Альфа-частинки, що народжуються при радіоактивному розпаді, можуть бути легко зупинені аркушем паперу. Бета-випромінювання – це потік електронів, що виникають при бета-розпаді; для захисту від бета-часток енергією до 1 МеВ достатньо алюмінієвої пластини завтовшки кілька міліметрів. Гамма-випромінювання має набагато більшу проникаючу здатність, оскільки складається з високоенергійних фотонів, що не володіють зарядом; для захисту ефективні важкі елементи(свинець тощо. буд.), поглинаючі МеВ-ные фотони у шарі товщиною кілька див. Проникаюча здатність всіх видів іонізуючого випромінювання залежить від енергії.

За механізмом взаємодії з речовиною виділяють безпосередньо потоки заряджених частинок і опосередковано іонізуюче випромінювання (потоки елементарних нейтральних частинок - фотонів і нейтронів). За механізмом освіти - первинне (народжене у джерелі) та вторинне (утворене в результаті взаємодії випромінювання іншого типу з речовиною) іонізуюче випромінювання.

Енергія частинок іонізуючого випромінювання лежить у діапазоні від кількох сотень електронвольт (рентгенівське випромінювання, бета-випромінювання деяких радіонуклідів) до 1015 – 1020 та вище електронвольт (протони космічного випромінювання, для яких не виявлено верхньої межіз енергії).

Довжина пробігу і здатність, що проникає, сильно відрізняються - від мікрометрів в конденсованому середовищі (альфа-випромінювання радіонуклідів, уламки поділу) до багатьох кілометрів (високоенергетичні мюони космічних променів).

[ред.]

Біологічна дія іонізуючих випромінювань

Одиниці виміру

Різні типиіонізуючого випромінювання мають різний руйнівний ефект і у різний спосібна біологічні тканини. Відповідно, одній і тій же поглиненій дозі відповідає різна біологічна ефективність випромінювання. Тому для опису дії випромінювання на живі організми вводять поняття відносної біологічної ефективності випромінювання, яка вимірюється за допомогою коефіцієнта якості. Для рентгенівського, гамма- та бета-випромінювань коефіцієнт якості прийнятий за 1. Альфа-випромінювання та уламки ядер мають коефіцієнт якості становить 10…20. Нейтрони – 3…20 залежно від енергії. Для заряджених частинок біологічна ефективність прямо пов'язана з лінійною передачею енергії даного типучастинок (середня втрата енергії частинкою на одиницю довжини пробігу частки тканини).

Для обліку біологічного ефектупоглиненої дози була введена еквівалентна поглинена доза іонізуючого випромінювання, чисельно рівна добуткупоглиненої дози на коефіцієнт біологічної ефективності. У системі СІ ефективна та еквівалентна поглинена доза вимірюється в зівертах (Зв, англ. sievert, Sv).

Раніше широко застосовувалася одиниця виміру еквівалентної дози бер (Біологічний Еквівалент Рентгену для гамма-випромінювання, англ. rem). Еквівалентна доза 1 бер відповідає опроміненню гамма-квантами з поглиненою дозою 1 рентген. Еквівалентна поглинена доза наводиться до поглиненої дози гамма-випромінювання, оскільки масові вимірювальні приладиреєструють в основному саме гамма-випромінювання, і така величина найбільше відповідає можливостям вимірювань. Для рентгенівського та гамма-випромінювань 1 бер = 0,01 Зв, відповідно приймають, що 1 рентген = 0,01 Зв.

Крім біологічної ефективності, необхідно враховувати проникаючу здатність випромінювань. Наприклад, важкі ядра атомів і альфа-частинки мають вкрай малу довжину пробігу в скільки-небудь щільній речовині, тому радіоактивні альфа-джерела небезпечні при потраплянні всередину організму. Навпаки, гамма-випромінювання має значну проникаючу здатність.

Деякі радіоактивні ізотопиздатні вбудовуватись у процес обміну речовин живого організму, замінюючи неактивні елементи. Це призводить до утримання та накопичення радіоактивної речовини безпосередньо в живих тканинах, що суттєво збільшує небезпеку контакту. Наприклад, широко відомі йод-131, ізотопи стронцію, плутонію тощо. Для характеристики цього явища використовується поняття періоду напіввиведення ізотопу з організму.

[ред.]

Механізми біологічної дії

також: Радіобіологія та поріг дози

Іонізація, створювана випромінюванням у клітинах, призводить до утворення вільних радикалів. Вільні радикали викликають руйнування цілісності ланцюжків макромолекул (білків та нуклеїнових кислот), що може призвести як до масової загибелі клітин, так і канцерогенезу та мутагенезу. Найбільш схильні до впливу іонізуючого випромінювання активно діляться (епітеліальні, стовбурові, а також ембріональні) клітини.

Після дії випромінювання на організм в залежності від дози можуть виникнути детерміновані та стохастичні радіобіологічні ефекти. Наприклад, поріг появи симптомів гострої променевої хворобиу людини становить 1-2 Зв на все тіло.

На відміну від детермінованих, стохастичні ефекти немає чіткого дозового порога прояви. Зі збільшенням дози опромінення зростає лише частота прояву цих ефектів. Виявитися можуть як через багато років після опромінення (злоякісні новоутворення), і у наступних поколіннях (мутації).

Основним джерелом інформації про стохастичні ефекти впливу іонізуючого випромінювання є дані спостережень за здоров'ям людей, які пережили атомні бомбардування Хіросіми та Нагасакі. Японські фахівці протягом усіх років після атомного бомбардуваннядвох міст спостерігали тих 87 500 осіб, які пережили її. Середня доза їхнього опромінення склала 240 мілізіверт. При цьому приріст онкологічних захворюваньза наступні роки становив 9%. При дозах менше 100 мілізіверт відмінностей між очікуваною та спостерігається в реальності захворюваністю ніхто у світі не встановив.

[ред.]

Гігієнічне нормування іонізуючих випромінювань

Нормування здійснюється за санітарними правилами та нормативами СанПін 2.6.1.2523-09 «Норми радіаційної безпеки(НРБ-99/2009)». Встановлюються дозові межіеквівалентної дози для наступних категорій осіб:

персонал - особи, які працюють із техногенними джерелами випромінювання (група А) або перебувають за умовами роботи у сфері їх впливу (група Б);

все населення, включаючи осіб з персоналу, поза сферою та умовами у їхній виробничій діяльності.

Основні межі доз та допустимі рівніопромінення персоналу групи Б дорівнюють чверті значень для персоналу групи А.

Ефективна доза для персоналу не повинна перевищувати періоду трудової діяльності(50 років) 1000 мЗв, а звичайного населення протягом усього життя - 70 мЗв. Заплановане підвищене опромінення допускається тільки для чоловіків старше 30 років за їх добровільною письмовою згодою після інформування про можливі дози опромінення та ризик для здоров'я.

[ред.]

Застосування іонізуючих випромінювань

Іонізуючі випромінюваннязастосовуються в різних галузях:

Інтроскопія

Стерилізація медичних інструментів, витратних матеріалів та продуктів харчування.

У медицині (рентгенографія, рентгеноскопія, променева терапія, Деякі види томографії).

Джерела світла.

Датчики пожежі (задимлення).

Датчики та лічильники предметів.

[ред.]

У медицині

Див. також: Ядерна медицина, Радіотерапія та Радіохірургія

Для лікування пухлин та інших патологічних вогнищ використовують опромінення гамма-квантами, рентгеном, електронами, важкими ядерними частинками, такими як протони, важкі іони, негативні π-мезони та нейтрони різних енергій. Використовується також введення в організм радіофармацевтичних препаратів як з лікувальними, так і з діагностичними цілями.

[ред.]

Знак радіаційної небезпеки

Новий знакрадіаційної небезпеки

Міжнародний умовний знакрадіаційної небезпеки («трилисник», «вентилятор») має форму трьохсекторів шириною 60°, розставлених на 120° один щодо одного, з невеликим колом у центрі. Виконується чорним на жовтому тлі.

У таблиці символів Юнікод є символ радіаційної небезпеки - ☢ (U+2622).

У 2007 році був прийнятий новий знак радіаційної небезпеки, в якому «трилисник» доповнений знаками «смертельно» («череп з кістками») та «йди!» (Силует біжить чоловічка і вказівна стрілка). Новий знак покликаний стати більш зрозумілим для тих, хто не знайомий зі значенням традиційного «трилисника».

Теми кодифікатора ЄДІ: закон заломлення світла, повне внутрішнє відображення

На межі розділу двох прозорих середовищ поряд із відображенням світла спостерігається його заломлення- Світло, переходячи в інше середовище, змінює напрямок свого поширення.

Заломлення світлового променя відбувається за його похиломупадінні на поверхню розділу (правда, не завжди - читайте далі про повне внутрішнє відображення). Якщо ж промінь падає перпендикулярно поверхні, то заломлення не буде - у другому середовищі промінь збереже свій напрямок і піде перпендикулярно поверхні.

Закон заломлення (приватний випадок).

Ми почнемо з окремого випадку, коли одне із середовищ є повітрям. Саме така ситуація присутня у переважній більшості завдань. Ми обговоримо відповідний окремий випадокзакону заломлення, а потім дамо найзагальне його формулювання.

Припустимо, що промінь світла, що йде в повітрі, похило падає на поверхню скла, води або іншого прозорого середовища. При переході в середу промінь переломлюється, та його подальший хідпоказано на рис. 1 .

У точці падіння проведено перпендикуляр (або, як ще кажуть, нормаль) до поверхні середовища. Промінь, як і раніше, називається падаючим променем, а кут між падаючим променем і нормаллю - кутом падіння.Промінь - це заломлений промінь; кут між заломленим променем та нормаллю до поверхні називається кутом заломлення.

Будь-яка прозоре середовищехарактеризується величиною, яка називається показником заломленняцього середовища. Показники заломлення різних середовищможна знайти у таблицях. Наприклад, для скла, а для води. Взагалі, у будь-якого середовища; показник заломлення дорівнює одиницілише у вакуумі. У повітря, тому для повітря з достатньою точністю можна вважати завдання (в оптиці повітря не сильно відрізняється від вакууму).

Закон заломлення (перехід "повітря-середовище") .

1) Падаючий промінь, заломлений промінь і нормаль до поверхні, проведена в точці падіння, лежать в одній площині.
2) Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення дорівнює показнику заломлення середовища:

. (1)

Оскільки із співвідношення (1) випливає, що , тобто - кут заломлення менше кута падіння. Запам'ятовуємо: переходячи з повітря в середу, промінь після заломлення йде ближче до нормалі.

Показник заломлення безпосередньо пов'язаний зі швидкістю поширення світла у цьому середовищі. Ця швидкість завжди менше швидкості світла у вакуумі: . І ось виявляється, що

. (2)

Чому так виходить, ми з вами зрозуміємо щодо хвильової оптики. А поки що скомбінуємо формули. (1) та (2) :

. (3)

Так як показник заломлення повітря дуже близький до одиниці, ми можемо вважати, що швидкість світла в повітрі приблизно дорівнює швидкості світла у вакуумі . Взявши це до уваги і дивлячись на формулу. (3) , робимо висновок: відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення дорівнює відношенню швидкості світла в повітрі до швидкості світла в середовищі.

Оборотність світлових променів.

Тепер розглянемо зворотний хід променя: його заломлення під час переходу із середовища на повітря. Тут нам допоможе наступний корисний принцип.

Принцип оборотності світлових променів. Траєкторія променя не залежить від того, у прямому чи зворотному напрямку поширюється промінь. Рухаючись у зворотному напрямку, промінь піде в точності тим самим шляхом, що й у прямому напрямку.

Згідно з принципом оборотності, при переході з середовища в повітря промінь піде тією ж траєкторією, що і при відповідному переході з повітря в середу (рис. 2) Єдина відмінність рис. 2 від мал. 1 у тому, що напрямок променя змінилося протилежне.

Раз геометрична картинкане змінилася, тієї ж самої залишиться і формула (1): відношення синуса кута до синуса кута, як і раніше, дорівнює показнику заломлення середовища. Щоправда, тепер кути змінилися ролями: кут став кутом падіння, а кут - кутом заломлення.

У будь-якому випадку, хоч би як ішов промінь - з повітря в середу або з середовища в повітря - працює наступне просте правило. Беремо два кути - кут падіння та кут заломлення; відношення синуса більшого кута до синуса меншого кута дорівнює показнику заломлення середовища.

Тепер ми цілком підготовлені для того, щоб обговорити закон заломлення у загальному випадку.

Закон заломлення (загальний випадок).

Нехай світло переходить із середовища 1 з показником заломлення в середу 2 з показником заломлення. Середовище з великим показником заломлення називається оптично більш щільною; відповідно, середовище з меншим показником заломлення називається оптично менш щільною.

Переходячи з оптично менш щільного середовища в оптично більш щільне, світловий промінь після заломлення йде ближче до нормалі (рис. 3). І тут кут падіння більше кута заломлення: .

Рис. 3.

Навпаки, переходячи з оптично більш щільного середовища в оптично менш щільне, промінь відхиляється далі від нормалі (рис. 4). Тут кут падіння менше кута заломлення:

Рис. 4.

Виявляється, обидва ці випадки охоплюються однією формулою - загальним закономзаломлення, справедливим для будь-яких двох прозорих середовищ.

Закон заломлення.
1) Падаючий промінь, заломлений промінь і нормаль до поверхні розділу середовищ, проведена в точці падіння, лежать в одній площині.
2) Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення дорівнює відношенню показника заломлення другого середовища до показника заломлення першого середовища:

. (4)

Неважко бачити, що сформульований раніше закон заломлення для переходу "повітря-середовище" є окремим випадком цього закону. Насправді, вважаючи у формулі (4), ми прийдемо до формули (1).

Згадаймо тепер, що показник заломлення - це ставлення швидкості світла у вакуумі до швидкості світла у середовищі: . Підставляючи це в (4), отримаємо:

. (5)

Формула (5) природним чиномузагальнює формулу (3). Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення дорівнює відношенню швидкості світла в першому середовищі до швидкості світла в другому середовищі.

Повне внутрішнє відбиток.

При переході світлових променів з оптично більш щільного середовища в оптично менш щільне спостерігається цікаве явище- повне внутрішнє відображення. Давайте розберемося, що таке.

Вважатимемо для певності, що світло йде з води в повітря. Припустимо, що в глибині водоймища знаходиться точкове джерело світла, що випускає промені на всі боки. Ми розглянемо деякі з цих променів (рис. 5).

Промінь падає на поверхню води під найменшим кутом. Цей промінь частково заломлюється (промінь) і частково відбивається у воду (промінь). Таким чином, частина енергії падаючого променя передається заломленому променю, а частина енергії, що залишилася, - відбитому променю.

Кут падіння променя більший. Цей промінь також поділяється на два промені - заломлений і відбитий. Але енергія вихідного променя розподіляється між ними по-іншому: заломлений промінь буде тьмянішим, ніж промінь (тобто отримає меншу частку енергії), а відбитий промінь - відповідно яскравіше, ніж промінь (він отримає більшу частку енергії).

У міру збільшення кута падіння простежується та сама закономірність: все велика часткаенергії падаючого променя дістається відбитому променю, і менша - заломленому променю. Заломлений промінь стає все тьмянішим і тьмянішим, і в якийсь момент зникає зовсім!

Це зникнення відбувається при досягненні кута падіння, якому відповідає кут заломлення. У цій ситуації заломлений промінь мав би піти паралельно поверхні води, та йти вже нічому - вся енергія падаючого променя цілком дісталася відбитому променю.

При подальшому збільшенні кута падіння заломлений промінь і буде відсутній.

Описане явище є повне внутрішнє відбиток. Вода не випускає назовні промені з кутами падіння, рівними або перевищують певне значення - всі такі промені повністю відбиваються у воду. Кут називається граничним кутом повного відображення .

Величину легко знайти із закону заломлення. Маємо:

Але тому

Так, для води граничний кут повного відображення дорівнює:

Явище повного внутрішнього відбиття ви можете спостерігати вдома. Налийте воду в склянку, підніміть її і дивіться на поверхню води знизу крізь стінку склянки. Ви побачите сріблястий блиск поверхні - внаслідок повного внутрішнього відбиття вона поводиться подібно до дзеркала.

Найважливішим технічним застосуванням повного внутрішнього відбиття є волоконна оптика. Світлові промені, запущені всередину оптоволоконного кабелю ( світловода) майже паралельно його осі, падають на поверхню під великими кутами і цілком, без втрати енергії відбиваються назад усередину кабелю. Багаторазово відбиваючись, промені йдуть усе далі, переносячи енергію на значну відстань. Волоконно-оптичний зв'язок застосовується, наприклад, у мережах кабельного телебачення та високошвидкісного доступу до Інтернету.

У попередніх параграфах ми вивчили явище відображення світла. Познайомимося тепер з другим явищем, у якому промені змінюють напрямок свого поширення. Це явище - заломлення світла на межі поділу двох середовищ.Погляньте на креслення з променями та акваріумом у § 14-б. Промінь, що виходить з лазера, був прямолінійним, але дійшовши до скляної стінки акваріума, промінь змінив напрямок - переломився.

Заломлення світланазивають зміну напрямку променя на межі розділу двох середовищ, при якому світло переходить у друге середовище(порівняйте з відображенням). Наприклад, на малюнку ми зобразили приклади заломлення світлового променя на межах повітря та води, повітря та скла, води та скла.

З порівняння лівих креслень випливає, що пара середовищ «повітря-скло» заломлює світло сильніше, ніж пара середовищ «повітря-вода». З порівняння правих креслень видно, що з переході з повітря на скло світло переломлюється сильніше, ніж за переході із води у скло. Тобто, пари середовищ, прозорі для оптичних випромінювань, мають різну заломлюючу здатність, що характеризується відносним показникомзаломлення. Він обчислюється за такою формулою, вказаною на наступній сторінці, тому може бути виміряний експериментально. Якщо в якості першого середовища обраний вакуум, то виходять значення:

Ці значення виміряно при 20 °С для жовтого світла. За іншої температури або іншого кольору світла показники будуть іншими (див. § 14-з). При якісному розгляді таблиці зазначимо: чим більше показникзаломлення відрізняється від одиниці, тим більше кут, який відхиляється промінь, переходячи з вакууму в середу.Оскільки показник заломлення повітря майже відрізняється від одиниці, вплив повітря поширення світла практично непомітно.

1. До даному моменту, знайомлячись з оптикою, ...
2. Що спільного у явищ відображення та заломлення світла?
3. Яка повна назва явища, що вивчається нами?
4. Схематичні малюнки з променями та акваріумом у § 14-б дозволяють зробити спостереження:
5. Про заломлення можна говорити тільки якщо...
6. У лівій частині малюнка проілюстровано явище...
7. На середньому малюнку заломлений промінь відхиляється сильніше, ніж лівому. Який ми робимо висновок?
8. На правому малюнку заломлений промінь відхиляється менше, ніж на середньому. Чим це зумовлено?
9. Проводячи досліди чи порівнюючи креслення, ми приходимо до узагальнення: ...
10. Для характеристики заломлюючої здатності пари середовищ користуються...
11. Показник заломлення може бути виміряний тільки опосередковано, оскільки...
12. Який висновок ми робимо, порівнюючи табличні значенняпоказників заломлення?
13. Ми стверджуємо, що повітря майже не впливає на заломлення світла.