Prionsabal agus Méadreolaíocht Optúil de Iomadú Radaíochta bolgán solais 222 nm uv
Airíonna agus Speictream Leictreamaighnéadacha na dTonnta Leictreamaighnéadacha
Is tonn leictreamaighnéadach é solas. De réir theoiric leictreamaighnéadach Maxwell, am-réimse leictreach éagsúilE(nó réimse maighnéadachH(b) i limistéar spáis a tharlódh réimse maighnéadach éagsúilH(nó réimse leictreachE) i réigiúin chóngaracha. Gineann na réimsí leictreacha agus maighnéadacha malartacha seo a chéile go leanúnach agus iomadaíonn siad tríd an spás ar luas teoranta, ag foirmiú tonnta leictreamaighnéadacha. Léiríonn tonnta leictreamaighnéadacha na hairíonna seo a leanas:
(1) An réimse leictreach araonEagus réimse maighnéadachHTá tonn leictreamaighnéadach ingearach le treo an iomadaithe, agus tá na trí veicteoir (E, H, agus treo iomadaithe) ingearach lena chéile. Mar sin, is tras-thonnta iad tonnta leictreamaighnéadacha. Cruthaíonn na veicteoirí E, H, agus an treo iomadaithe córas scriú láimhe deise.
(2) I gcás tonn leictreamaighnéadach a iomadaíonn i dtreo tugtha,EagusHascalaithe ina n-eitleáin faoi seach-tréith ar a dtugtar polaraíocht.
(3) Ag gach pointe sa spás,EagusHdul faoi éagsúlachtaí tréimhsiúla agus iad i gcéim, ag baint amach uasta agus íosta ag an am céanna.
(4) Ag pointe ar bith agus ag aon mheandarach, an gaol idir méidEagusHtá εE=μH.
(5) Is é c=1/√(ε₀μ₀) luas iomadaithe na dtonnta leictreamaighnéadacha i bhfolús, agus i meán is é v=1/√(εμ).
Cuimsíonn tonnta leictreamaighnéadacha raon an-leathan, ó thonnta raidió agus tonnta optúla go -ghathanna X agus -gathanna-a bhaineann leis an gcatagóir chéanna, agus iad difriúil ó thaobh tonnfhad amháin. Tá raon tonnta leictreamaighnéadacha a aimsítear agus a úsáidtear go forleathan faoi láthair ó thonnfhaid níos faide ná 10⁴ m go dtí níos giorra ná 10⁻⁵ nm. Nuair a shocraítear iad de réir minicíochta nó tonnfhad, cruthaíonn siad an speictream leictreamaighnéadach. Níl i radaíocht optúil ach cuid bheag den speictream seo, agus is í an radaíocht ultraivialait an príomhfhócas dár staidéar.
Radaíocht Optúil
Tugtar radaíocht optúil ar fhuinneamh a iomadaíonn i bhfoirm tonnta leictreamaighnéadacha nó cáithníní (fótóin), ar féidir iad a fhrithchaitheamh, a íomháú nó a scaipeadh le heilimintí optúla, mar aon lena phróiseas iomadaithe. Meastar go ginearálta go gclúdaíonn sé tonnfhaid ó 10 nm go 1 mm (minicíochtaí ~3×10¹¹ go 3×10¹⁶ Hz). De ghnáth roinntear radaíocht optúil i dtrí chuid bunaithe ar thonnfhad agus ar fhreagairt amhairc an duine: radaíocht ultraivialait, solas infheicthe, agus radaíocht infridhearg. Is iondúil go gcuirtear tonnfhaid in iúl i nm don raon infheicthe go{-ultraivialait, in μm don infridhearg, agus is gnách go dtugtar uimhreacha na dtonn i cm⁻¹.
Tá tonnfhaid níos giorra ag radaíocht ultraivialait ná an solas violet agus tá sí dofheicthe don tsúil dhaonna, idir 1–390 nm. Tá sé foroinnte i ngar-UV, i bhfad{-UV, agus i bhfad-UV. Déantar UV foircneach a ionsú beagnach go hiomlán san aer agus ní féidir leis iomadú ach i bhfolús, mar sin tugtar folús-ultraivialait (VUV) air freisin. I staidéir UV gréine, is minic a aicmítear radaíocht ultraivialait i bannaí UVA, UVB, agus UVC.
Go háirithe, tá an solas ultraivialait fad a tháirgtear ag abolgán solais 222 nm uv(lampa excimer KrCl*) go mór aird le blianta beaga anuas ar fheidhmchláir díghalrúcháin spáis neamháitithe i limistéir phoiblí. Mar gheall ar a ardfhuinneamh fótóin, ionsú láidir ocsaigine san aer, agus doimhneacht treá an-éadomhain i gcraiceann an duine (teoranta don stratum corneum) tá sé sábháilte agus éifeachtach.
Chun cur síos cainníochtúil a dhéanamh ar radaíocht optúil, tá gá le cainníochtaí fisiceacha sonracha. Úsáideann braite agus tomhas radaíochta optúla dhá chóras ar leith: aonaid radaiméadracha agus aonaid fhótaiméadracha.
Úsáideann an córas raidiméadrach flosc radiantach (nó cumhacht radanta) agus fuinneamh radanta mar chainníochtaí bunúsacha, ag brath ar an réad radanta amháin. Is iad na haonaid bhunúsacha ná vata (W) agus giúl (J). Tá feidhm ag radaiiméadracht ar fud an speictrim leictreamaighnéadach ar fad.
Léiríonn an córas fótaiméadrach dearcadh gile amhairc. Is é a chainníocht bhunúsach déine lonrúil, leis an aonad bunúsach candela (cd). Ní bhaineann fótaiméadracht ach leis an raon infheicthe.
Cé go bhfuil difríocht choincheapúil idir na cainníochtaí fisiceacha sa dá chóras, comhfhreagraíonn a siombailí ceann-go-chéile amháin. Sainítear cainníochtaí raidiméadracha le foscríbhinn "e", cainníochtaí fótaiméadracha le foscríbhinn "v".
Tátal mór ar theoiric Maxwell ná go bhfuil tonnta leictreamaighnéadacha ann, agus gur tonn leictreamaighnéadach é solas. Go bunúsach, níl aon difríocht idir an solas agus na tonnta raidió, micreathonnta, X-ghathanna, nó -gathanna ach amháin i raon tonnfhaid. Bunaithe ar an teoiric seo, is féidir caolú déine solais san atmaisféar a ríomh. Sa leabhar seo, tá achair tomhais ultraivialait sách gearr (ach na deich méadar), agus mar sin is féidir an meán iomadaithe a mheas mar aonfhoirmeach, agus déantar faillí ar éifeachtaí innéacs athraonta agus suaiteacht an atmaisféir. Déileálann tomhais ina dhiaidh sin leis an meán mar fholús.
Dlíthe Bunúsacha maidir le Radaíocht Optúil a Thomhas
Is féidir le foinse radaíochta a bheith mar shaintréithe ag déine radanta, ag éirí as radanta (dlús flosc radiantach), agus ag flosc radiantach chun cur síos a dhéanamh ar a neart agus a dháileadh spásúil fuinnimh.
Is é déine radanta an chumhacht radanta a astaíonn foinse in aghaidh an aonaid uillinn soladach, rud a léiríonn dáileadh uilleach an fhuinnimh radanta.
Is é an t-éalú radiantach (fluxdhlús radiantach) an chumhacht radanta iomlán a astaítear in aghaidh an aonaid achair, rud a léiríonn dlús astaíochta dromchla.
Is é flosc radanta an chumhacht iomlán a astaíonn an fhoinse iomlán isteach sa spás (ráta ama an fhuinnimh radanta).
Sainmhínítear radachas mar an chumhacht radanta a astaítear in aghaidh an aonaid achair theilgthe sa líne-de-treo radhairc in aghaidh an aonaid uillinn sholadaigh. Léirítear na gaolmhaireachtaí idir déine radanta, éalaithe radanta, flosc radiantach, agus gathach mar:
Nuair a dhéantar an ghathach a chomhtháthú thar an limistéar foinseach, faightear déine radanta: J=∫ₐ N cosθ dA (3-1)
Trí ghathach a chomhtháthú thar uillinn soladacha, faightear éalaithe radanta: M=∫ₒ N cosθ dΩ (3-2)
Táirgeann comhtháthú dúbailte thar achar agus uillinn soladach flosc radanta: Φ=∫ₐ ∫ₒ N cosθ dA dΩ (3-3)
Áit: N - radiance na foinse; dA - eilimint achair foinse; θ - uillinn idir treo an astaíochta agus an dromchla gnáth; dΩ - eilimint uillinn soladach; cosθ daA - limistéar réamh-mheasta sa treo astaíochta.
Tá na toisí céanna ag ionradaíocht agus atá éalaithe radanta (W/cm²), ach tagraíonn sé don chumhacht a fhaightear in aghaidh an aonaid achair ag an brathadóir. Nuair a fhaigheann uirlis radaíochta, is é ionradaíocht an dalta iontrála ná: E=∫ₒ N cosθ dΩ (3-4)
Tá an chothromóid (3-4) comhionann go foirmiúil le (3-2), ach úsáideann an radiance ag an nglacadóir agus comhtháthaíonn sé thar uillinn soladach glactha na hionstraime. Má dhéantar faillí ar chaillteanais tarchurtha, is ionann radiance an fhoinse agus an radiance faighte; le caillteanais, tá ríomh simplí fós. Mar sin, tá sé ríthábhachtach radiance foinse a chinneadh in iarratais innealtóireachta.
Go ginearálta, tá radaíocht nó machnamh ó rudaí treo, ag tarlú ach amháin laistigh de uillinneacha soladacha teoranta, rud a chiallaíonn radiance ag brath ar an treo. Astaíonn astaír idirleata idéalach (radaitheoir Lambertian) go haonfhoirmeach isteach sa spás leathsféarúil le gathach tairiseach. Leanann an déine radanta ó dhúil dromchla Lambertian dlí comhshíne Lambert: dJ=N cosθ dA ∝ cosθ (3-5)
Agus réad lonrúil idirleata (m.sh., an Ghrian) á bhreathnú ó uillinneacha éagsúla, fanann an t-achar teilgthe a fheiceann gach cill reitineach tairiseach, mar a dhéanann an uillinn sholadach foshraithe ag an dalta. Ós rud é go bhfuil radiance Lambertian neamhspleách ar an treo féachana, tá an fuinneamh faighte seasmhach, ag táirgeadh diosca aonfhoirmeach geal.
Maidir le hastaír Lambertian idéalach a théann isteach i leathsféar, is é an gaol idir éalaithe radanta agus gathach ná: dΩ=sinθ dθ dφ M=∫ N cosθ dΩ=N ∫ ²π dφ ∫₂ dθ} sinθ dθ (3-6)
Go háirithe, is ionann imeacht radiantach agus π huaire radiance, ní 2π (an uillinn soladach hemispherical iomlán).
Is múnla idéalach é radaitheoir Lambertian foirfe. Go praiticiúil, ní bhaineann go leor foinsí le hiompar Lambertian ach amháin laistigh de raonta teoranta uilleacha. I gcás fhormhór na n-inslitheoirí leictreacha, is féidir radiance a mheas a bheith thart tairiseach i gcás uillinneacha Níos lú ná nó cothrom le 60 céim ón ngnáth; i gcás seoltóirí, Níos lú ná nó cothrom le 50 céim . Foinsí áirithe, mar shampla roinntbolgán solais 222 nm uvfeadáin sceite excimer, taispeánann siad freisin dáileadh gar-Lambertian thar uillinneacha beaga, rud a fhágann go bhfuil siad áisiúil mar fhoinsí caighdeánacha do chalabrú radaiiméadrach ultraivialait.
