İyonlaştırıcı olmayan radyasyon

İyonlaştırıcı olmayan radyasyon, bir atomdan veya molekülden bir elektronu tamamen koparabilmek için atomları veya molekülleri iyonlaştırabilecek yeterli enerji taşıyan kuantumlara sahip olmayan herhangi bir elektromanyetik radyasyon enerji türüdür. Elektromanyetik radyasyon, maddenin içinden geçerken yüklü iyonlar üretmez. Yalnızca, bir elektronu daha yüksek enerji seviyesine çıkaran uyarım için yeterli enerjiye sahiptir. İyonlaştırıcı olmayan radyasyondan daha yüksek bir frekansa ve daha kısa dalga boyuna sahip olan iyonlaştırıcı radyasyon birçok kullanım alanına sahiptir, ancak sağlık için bir tehdit olabilir. İyonlaştırıcı radyasyona maruz kalmak yanıklara, radyasyon hastalıklarına, kansere ve genetik hastalıklara sebep olabilir. İyonlaştırıcı radyasyon kullanmak, iyonlaştırıcı olmayan radyasyon kullanılırken genelde gerekli olmayan dikkatli ve özenle alınmış radyolojik korunma önlemleri gerektirir.

Radyasyonun iyonlaştırıcı olarak düşünülmeye başladığı bölge tam olarak açıklanmaz, çünkü farklı molekül ve atomlar farklı enerjilerde iyonlaşır. Genel açıklamalara göre tanecik ve 10 elektro volttan daha düşük enerjili fotonlar içeren radyasyonun iyonlaştırıcı olmadığı düşünülmektedir. Diğer bir açıklama ise, su moleküllerini iyonlaştırmak için gerekli olan enerjinin 33 elektro volt olması. Güneş'ten Dünya'ya gelen ışınlar, büyük ölçüde iyonlaştırıcı olmayan radyasyondan oluşur, çünkü iyonlaştırıcı uzak ultraviyole ışınlar, özellikle oksijen gibi atmosferdeki gazlar tarafından filtrelenir. Güneş'ten gelen ultraviyole radyasyonu iyonlaştırıcı olmayan bant içindedir ve iyonlaştırmayan fotokimyasal reaksiyonlar ve serbest radikal maddeler yüzünden güneş yanığı gibi moleküler hasara sebep olur.

İyonlaştırıcı olmayan radyasyonun farklı türleri, farklı biyolojik etkiler gösterir. Zor olan şu ki, UV ışınları ve bazı görülebilir ışınlar elektromanyetik spektrumun çoğunu kapsayan bu enerjilerin frekansına yakın iyonlaştırıcı olmayan radyasyonun yüksek frekansları, iyonlaştırıcı radyasyondakine benzer termal olmayan biyolojik hasara yol açabilir. Bu yüzden, sağlık riskleri ile ilgili tartışmalar, daha düşük frekanslardaki radyasyonun termal olmayan etkilerine odaklanmıştır. Mikrodalga, milimetrik dalga ve radyo dalgası radyasyonu düşük frekanstaki radyasyonlardır. Ancak Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı (International Agency for Research on Cancer - IARC) son günlerde iyonlaştırıcı olmayan radyasyonun insanlarda kansere sebep olabileceğini ortaya çıkardı.

Yakın ultraviyole ışınlar, görünür ışık, kızılötesi, mikrodalga, radyo dalgaları, alçak frekans ve radyo frekansı (uzun dalga) iyonlaştırıcı olmayan radyasyona örnektir. Bunların aksine, uzak ultraviyole ışınlar, X ışınları, gama ışınları ve radyoaktif bozunmadan doğan bütün tanecik radyasyonlar iyonlaştırıcı olarak düşünülmektedir. Görünür ve yakın ultraviyole elektromanyetik radyasyon, fotokimyasal tepkimelere sebep olabilir ya da biradaki sarhoş edici aromayı üreten tat verici bileşenlerin bozulması veya verniklerin fotokimyasal tepkime ile bozulması gibi radikal tepkimeleri hızlandırabilir. Yakın ultraviyole radyasyonu, teknik olarak iyonlaştırıcı olmamasına rağmen bazı moleküllerde fotokimyasal tepkimelere sebep olabilir, çünkü ultraviyole enerji fotonlarında moleküller, elektronik olarak harekete geçebilir veya iyonlaşma meydana gelmese bile serbest radikal şekle girebilir.

İyonlaşmanın meydana gelmesi, taneciklerin veya dalgaların her birinin sayısına değil enerjisine bağlıdır. Taneciklerin veya dalgaların fazla olması, iyonlaşmaya yetecek derecede enerji taşımıyorlarsa iyonlaşmayı sağlamaz. Ancak, tanecikler veya dalgalar, bir maddenin sıcaklığını atom ya da moleküllerin küçük bir kısmını termal iyonlaşma süreci ile iyonlaştırmaya yetecek kadar yükseltebilirse, iyonlaşma sağlanır. Böyle durumlarda, iyonlaştırıcı olmayan radyasyon bile, iyonlaşma enerjileri için yeterli ısıyı verirse termal iyonlaşmayı sağlayabilir. Bu tepkimeler, iyonlaşmak için yalnızca tek tanecik gerektiren iyonlaştırıcı radyasyondan daha yüksek enerjilerde meydana gelir. Termal iyonlaşmanın en bilinen örnekleri bir ateşteki alev iyonlaşması ve yiyeceklerde direkt ateşte pişirme esnasında kızılötesi radyasyon sebebiyle meydana gelen kahverengi tepkimelerdir.

İyonlaştırıcı olmayan radyasyonun taneciklerinin enerjisi düşüktür ve maddeden geçerken yüklü iyonlar üretmez. İyonlaştırıcı olmayan elektromanyetik radyasyon yalnızca, molekül ve atomların dönüş, titreşim ve elektron değerine göre dizilimlerini değiştirecek yeterli enerjiye sahiptir. Bu işlem sonucu termal etkiler oluşur. Radyasyonun iyonlaştırıcı olmayan türlerinin canlı doku üzerindeki muhtemel etkileri yalnızca son zamanlarda incelenmiştir. Cep telefonları ve termal olmayan etkilere yol açan baz istasyonlarından yayılan radyo frekans radyasyonuna oldukça düşük seviyede maruz kalmak, son zamanlarda en çok tartışılan konu olmuştur. Bazı deneyler, termal olmayan etkilere maruz kalma seviyelerinde bazı biyolojik etkiler olabileceğini öne sürmüştür, ancak sağlık tehditlerinin ortaya çıkmasına dair kanıtlar çelişkili ve ispatlanmamıştır. Bilim camiası ve uluslararası kuruluşlar, bazı alanları kavramamızı geliştirmek için daha fazla araştırma gerektiğini belirtiyor. Genel görüş ise, sağlık üzerinde termal etkilere yol açabilecek kadar enerjiye sahip olmayan radyo frekans radyasyonunun sağlık üzerinde yan etkileri olabileceğine dair tutarlı ve kesin bir bilimsel kanıt olmadığı yönündedir.

İyonlaştırıcı olmayan radyasyon biyolojik dokularda yanıklara yol açabilecek termal enerji gibi mutasyona sebep olmayan etkiler ortaya çıkarabilir. Son zamanlarda, Dünya Sağlık Örgütü (World Health Organization)'a bağlı bir kuruluş olan Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı (IARC), mikrodalga ve milimetrik dalgaları da içinde bulunduran radyo frekans elektromanyetik alanların insanlar için muhtemelen kanserojen olduğunu belirten bir bildiri yayınladı.

Ultraviyole ışınları cilt yanıklarına ya da katarakta yol açabilir. Ultraviyole ışınları enerjilerine göre yakın, orta ve uzak ultraviyole olarak sınıflandırılır. Yakın ve orta ultraviyole ışınları teknik olarak iyonlaştırıcı değildir, ancak bütün UV dalga boyları bir ölçüye kadar iyonlaşma ile benzer fotokimyasal tepkimelere sebep olabilir (DNA hasarı ve kanser gelişimi de bunun içindedir.). 10 elektron voltun üzerindeki UV radyasyonu (125 nm'den daha kısa dalga boyu), iyonlaştırıcı olarak düşünülür. Ancak, 3.1 (400 nm) elektron volttan 10 elektron volta çıkan UV spektrumunun geri kalanı, teknik olarak iyonlaştırıcı olmasa da ısı dışında başka yollarla moleküllere zarar verecek fotokimyasal tepkimelere sebep olabilir. Bu tepkimeler, iyonlaştırıcı radyasyonun sebep olduğu tepkimelere genellikle çok benzer olduğundan, UV spektrumunun tümü, genelde iyonlaştırıcı radyasyonun biyolojik sistemlerin de içinde bulunduğu birçok sistemle etkileşimine denk olduğu düşünülür.

Örneğin, ultraviyole ışını iyonlaştırıcı olmayan seviyede olsa bile hücresel hasara yol açabilecek ve kanserojen özellik taşıyabilecek serbest radikal tepkimelere yol açabilir. Şekil olarak iyonlaştırıcı olmayanların çoğunu da içeren birçok UV bandında, DNA'daki timin ikilisi formasyonu gibi fotokimyasal hasarlar meydana gelebilir. Ultraviyole ışınları, melanosit hücrelerde melanin üreterek güneşe çıkıldığında bronzlaşmaya sebep olur. UV radyasyonunun sebep olduğu radikal tepkimelerle ciltte Vitamin D üretilir. Plastik nitelikli (polikarbon) güneş gözlükleri genellikle UV ışınları geçirmez. UV ışınlarına aşırı maruz kalmak, gözde kar körlüğüne sebep olur. Gözdeki bu hasar özellikle denizde veya yerde kar olduğunda risk taşır.

Işık ya da görünür ışık, 400 ile 700 nm ya da 380 ile 750 nm dalga boyları arasında insan gözüyle görülebilen elektromanyetik radyasyon aralığıdır. Daha genel bir tanım yapılacak olursa, fizikçiler, ışığı, görülebilir ya da görülemeyen bütün dalga boylarının elektromanyetik radyasyonu olarak adlandırır.

Kızılötesi (IR) ışınım, yaklaşık olarak 1 ve 430 terahertz aralığında bir frekans seviyesine denk gelen 0.7 ile 300 mikrometre aralığında bir dalga boyuna sahip olan elektromanyetik radyasyondur. Kızılötesi dalga boyları görülebilir ışığın dalga boyundan daha uzundur, ama mikrodalga terahertz ışınımının dalga boyundan daha kısadır. Parlak güneş ışığı, deniz seviyesinde metre kare başına 1 kilovattı aşan parlaklık yaratır. Bu enerjinin 527 vattı kızılötesi radyasyon, 445 vattı görünür ışık ve 32 vattı ultraviyole radyasyonudur.

Mikrodalgalar, 1 metre kadar uzun ya da 1 milimetre kadar kısa olabilen, ya da bu rakamlara denk olarak, 300 Mhz (0.3 Ghz) ve 300 Ghz arasında frekanslı dalga boylarına sahip olan elektromanyetik dalgalardır. Bu genel tanımın içinde, hem UHF hem EHF (milimetrik dalga) vardır ve çeşitli kaynaklar farklı sınırlar kullanır. Her durumda mikrodalga, radyo frekans mühendislerinin genellikle düşük sınırı 1 Ghz (30 cm), yüksek sınırı 100 Ghz (3 mm) olarak belirlediği minimum bütün SHF bandını içerir (3 ile 30 Ghz ya da 10 ile 1 cm arası). Uygulamalar arasında cep telefonları, hava durumu radarları, hava alanlarındaki x-ray cihazları, mikrodalga fırın, uzaktan algılama uyduları ve radyo ve uydu iletişimi bulunmaktadır.

Radyo dalgaları, elektromanyetik spektrumda kızılötesi ışınlardan daha uzun dalga boyuna sahip olan bir elektromanyetik radyasyon türüdür. Diğer elektromanyetik dalgalar gibi radyo dalgaları da ışık hızında hareket eder. Doğal yollarla oluşan radyo dalgaları şimşek ya da astronomik nesneler ile meydana gelir. Sabit ve hareketli radyo iletişimi, radyo-televizyon yayıncılığı, radar ve diğer navigasyon sistemleri, uydu iletişimi, bilişim ağı ve diğer birçok uygulama için yapay olarak oluşturulan radyo dalgaları kullanılır. Radyo dalgalarının farklı frekansları, atmosferde farklı yayılma özelliklerine sahiptir. Uzun dalgalar Dünya'nın bir kısmını sürekli olarak kaplayabilir. Daha kısa dalgalar ise iyonosferden yansıyabilir ve Dünya'nın etrafında dolaşabilir. Çok daha kısa dalga boyları çok az bükülür veya yansır ve bir görüş çizgisinde hareket eder.

Çok düşük frekans (VLF), 3 ile 30 kHz aralığındaki radyo frekanslarıdır. Radyo spektrumunun bandındaki band genişliği fazla olmadığından, radyo navigasyonunda olduğu gibi yalnızca en basit sinyaller kullanılır. Çok düşük frekans, dalga boyları 10 ile 1 mira metre aralığında olduğundan (10 km' ye denk gelen ve artık kullanılmayan metrik birim), aynı zamanda mira metre bandı ya da mira metre dalgası olarak bilinir.

Aşırı düşük frekans (ELF), 300 Hz ile 3 kHz aralığındaki radyasyon frekansıdır. Atmosfer bilimde genellikle verilen alternatif tanımda bu aralık 3 Hz ile 3 kHz'dir. Bu konu ile ilgili manyetosfer bilimde, daha düşük frekanslı elektromanyetik dalgalar (3 Hz'nin altında oluşan frekans), ULF (Ultra Low Frequency- Aşırı Düşük Frekans) aralığındaki frekanslar olarak düşünülür. ULF de, bu sebeple, Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU - International Telecommunications Union) radyo bandında farklı olarak tanımlanmıştır.

Dünya'da en çok karşılaşılan sıcaklıklarda oluştuğunda kızılötesi radyasyon ile eş anlama gelen termal radyasyon, bir nesnenin yüzeyinin termal enerjisini elektromanyetik dalgalar şeklinde yansıtma sürecidir. Akkor ampul tarafından yayılan görünür ışık ve kızılötesi ışınlar gibi evlerde bulunan ısıtıcılardan, kızılötesi ısıtma lambalarından veya fırınlardan yayılan kızılötesi radyasyon termal radyasyona örnektir. Akkor telli lambadan yayılan görünür ışık ve kızılötesi ışınlar mavi yüksek frekansları yaymak için yeterince sıcak olmadığından sarımsı bir renkte görünür ve floresan lambalar termal değildir ve daha mavi görünebilir. Termal radyasyon, moleküllerdeki yüklü taneciklerin hareketinden kaynaklanan enerji elektromanyetik dalgaların ısı ve ışık yayan enerjiye (radyan enerji) dönüşmesiyle oluşur. Termal radyasyondan yayılan dalga frekansı, yalnızca sıcaklığa bağlı olan bir olasılık dağılımıdır ve kara cisim için Planck ışınım yasası tarafından belirlenen frekanslarda oluşur.