Взаимодействие инфракрасного излучения с веществом

ИК-излучение это электромагнитное излучение, занимающее спект­ральную область между красным концом видимого света ( - 760 нм) и коротковолновым радиоизлучением (= 1 - 2 мм). Оптические свойства веществ (прозрачность, коэффициент отражения, коэффициент преломления) в ИК- области спектра значительно отличаются от оптических свойств в видимой и УФ- областях спектра [28].

Поглощение ИК- излучения для большинства веществ носит се­лективный характер и имеет вид относительно узких (в тонких сло­ях) полос поглощения. Положение полос поглощения, их число, шири­на, форма и величина поглощения зависят от химического состава и структуры молекул вещества и его агрегатного состояния. Многие вещества, в толстых слоях прозрачные в видимой области, оказыва­ются непрозрачными в некоторых областях ИК-диапазона, и наобо­рот. Например, кристаллический кварц прозрачен для 4000 нм и > 50000; монокристаллы германия и кремния не прозрачны в види­мой области спектра и прозрачны в ИК- области (германий для > 1800 нм, а кремний для > 1000 нм).

Отражательная способность веществ в ИК- и в видимой облас­тях спектра различна. Для большинства металлов отражательная способность в ИК-области значительно больше, чем в видимой, и возрастает с увеличением длины волны ИК-излучения. Например, коэффициент отражения Аl, Аu, Ag, Сu в области 10000 нм дости­гает 98%. Неметаллические твердые вещества обладают в ИК-об­ласти селективным отражением, причем положение максимумов отражения зависит от химического состава вещества. В табл. 1.2.3.1 приведены максимумы отражения некоторых веществ.

Положения максимумов отражения некоторых веществ Таблица 1.2.3.1

Вещество	Длина волны максимумов отражения, нм	Вещество	Длина волны максимумов отражения, нм
Кварц. Si Окись магния. MgO Фтористый литий, LiF Сернистый цинк. ZnS Флюорит, CaF2	9000 15400 26000 31000 33000	Хлористый натрий. NaCl Бромистый калий, КВг Йодистый калий. KJ Бромистый цезий CsBr Йодистый цезий, CSi	36000 82000 94000 128000 200000

2. Взаимодействие излучения радиочастотного диапазона

Радиоволны представляют собой распространяющееся в простран­стве электромагнитное поле с длиной волн в интервале 10⁵-10¹⁴ нм. Характер взаимодействия радиоволн с веществом определяется его электрическими и магнитными свойствами. При попадании в элект­ромагнитное поле какого-либо объема вещества в нем возникают два физических процесса: ток сквозной проводимости (индукцион­ный или вихревой), вызванный движением свободных зарядов, и по­ляризация, механизм которой связан со смещением центров электри­ческих зарядов частиц, поворотом осей дипольных моментов и на­коплением объемных зарядов в веществе, что определяет в данном случае специфику протекания тока (ток смещения).

Выражение для полного тока, возникающего в объеме помещен­ного в электромагнитное поле вещества, имеет вид:

, (1.2.4.1)

где I_пр, I_см - ток соответственно проводимости и смещения; -плотность тока соответственно проводимости и смещения; S - пло­щадь поверхности вещества. Вещества, в которых преобладает ток проводимости, являются проводниками, а вещества, у которых ос­новное значение имеет смещение, а токи проводимости ничтожны, называются диэлектриками [22].

Электрические свойства веществ характеризуются удельным сопротивлением р (или электропроводностью σ) и диэлектрической проницаемостью , а магнитные свойства - магнитной проницаемо­стью, или магнитной восприимчивостьюk_м. Электрические и маг­нитные свойства веществ зависят от многих факторов: химического и минерального состава, структуры, текстуры, влажности и пористо­сти, а также от частоты воздействующего на вещество электромаг­нитного поля. Удельное сопротивление р может изменяться в преде­лах от 10^-6 до 10¹⁶ Ом, - от 2 - 3 до 200 - 300, аk_м - от 10^-7 до 10^-2.

При взаимодействии электромагнитного поля радиочастотного диапазона с веществом происходит потеря энергии электромагнит­ного поля в тех веществах, с которыми оно взаимодействует, и пере­распределение энергии самого поля в зоне создающего его источни­ка, и наблюдающиеся при этом количественные соотношения опре­деляются свойствами вещества.

Вопросы для самопроверки знаний по главе 1

1. Какие виды излучений эффективно используются для контроля металлов, сплавов, лома и руд?

2. какой тип излучения является в природе наиболее сильным взаимодействием?

3. Каков механизм взаимодействия нейтронов с веществом?

4. Какие Вам известны заряженные частицы?

5. Что является переносчиком электромагнитного излучения?

6. Объясните механизм фотоэффекта при взаимодействии γ-фотонов с веществом.

7. Чем отличаются рентгеновское излучения от гамма-излучения?

8. какие важнейшие спектральные характеристики совйственны люминесценции? Объясните механизм поглощения, возбуждения и излучения.

9. Укажите спектральные диапазоны ультрафиолетового, инфракрасного и видимого излучения.

10. Какими свойствами определяется взаимодействие с веществом излучение радиочастотного диапазона?