پرتو فروسرخ یا اشعه مادون قرمز چیست؟ – ویژگی ها و کاربرد آن

پرتو فروسرخ یا اشعه مادون قرمزبا علامت اختصاری IR  از انواع امواج الکترومغناطیسی است که اولین بار توسط ویلیام هرشل انگلیسی مطرح شد. به عبارتی ساده تر امواج فروسرخ همان پرتوهای خورشید هستند که بعد از تماس با اجسام باعث گرم شدن آن ها می شوند. طول موج این پرتوها از امواج رادیویی کوتاه تر و از نور مرئی بلندتر است. هرچند این امواج نامرِئی هستند اما این دلیل بر انکار گرمای منتشر شده از آن ها حتی در اجسام سرد نمی تواند باشد.

در این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به معرفی پرتو فروسرخ یا اشعه مادون قرمز، ویژگی ها و کاربردهای آن می پردازیم.

تعریف امواج الکترومغناطیس و کاربرد آن ها

امواجی عرضی هستند که از ماهیت و سرعت یکسانی برخوردارند، ولی از لحاظ  بسامد و طول موج با یکدیگر متفاوتند. این امواج قابلیت عبور از فضای خلا را نیز دارند. امواج رادیویی، ریزموج، اشعه مادون قرمز، نور مرئی، اشعه ماورابنفش، اشعه ایکس و اشعه گاما از جمله امواج الکترومغناطیس هستند. امواج الکترومغناطیسی درعلوم پزشکی (رادیولوژی، توموگرافی، سونوگرافی با لیزر و…)، در صنعت (برش کاری های لیزری، صندلی مغناطیسی و…)، در مخابرات، علوم نظامی، علم نجوم و ارتباطات ماهواره ای و… کاربرد فراوان دارند.

پرتو فروسرخ یا اشعه مادون قرمز

علت نام گذاری فروسرخ این است که جایگاه این امواج در نمودار طیف الکترومغناطیس زیر رنگ قرمز امواج مرئی (این رنگ کمترین شکست را در بین سایر رنگ ها دارد) قرار می گیرد. بیشترین انرژی رسیده از خورشید به زمین به شکل تشعشعات مادون قرمز است که می تواند اثربخشی زیادی روی شرایط اقلیمی زمین داشته باشد. گرمای حاصل از نور خورشید، آتش، رادیاتور و… همان اشعه مادون قرمز است. در پرتو فرو سرخ طول موج های کوتاه تر از ۱.۵ میکرومتر توانایی عبور از پوست را دارند ولی بقیه طول موج ها جذب آن شده و ایجاد حرارت می کنند.

محدوده پرتو فروسرخ یا اشعه مادون قرمز

این امواج مابین امواج میکروویو (یا ریزموج) و نور مرئی جای گرفته اند. به این معنی که اشعه مادون قرمز طول موجی کوتاه تر از امواج میکروویو و طول موجی بلندتر از نور مرئی ولی بسامدی بیشتر ازامواج میکروویو و کمتر از نور مرئی دارند. بسامد امواج مادون قرمز از ۳۰۰ گیگاهرتز الی ۴۳۰ تراهرتز و طول موج آن ها از ۱ میلی متر تا ۷۴۰ نانومتر گسترده شده است.

تقسیم بندی ناحیه مادون قرمز

تقسیم بندی براساس نظر پژوهشگران: تشعشعات فروسرخ به طور کلی و براساس نظر پژوهشگران به پنج زیرناحیه تقسیم می شود.

زیرناحیه مادون قرمز نزدیک

زیرناحیه اول که مادون قرمز نزدیک نامیده می شود محدوده طول موج آن بین ۷۵/۰ الی ۴/۱ میکرومتر و در منطقه بسامدی ۲۱۴ الی ۴۰۰ تراهرتز قرار دارد و علامت اختصاری آن ها NIR & IR-A است.

ناحیه ریز مادون قرمز با طول موج کوتاه

زیرناحیه دوم در محدوده ۱.۴ الی ۳ میکرومتر و با بسامد ۱۰۰ الی ۲۱۴ تراهرتز قرار دارد که با نام مادون قرمز با طول موج کوتاه و علامت اختصاری SWIR & IR-B معرفی شده است.

زیرناحیه مادون قرمز با طول موج متوسط

ناحیه ریز سوم مادون قرمز با طول موج متوسط یا NWIR & IR-C در منطقه طول موجی بین ۳ تا۸ میکرومتر و بسامد ۳۷ الی ۱۰۰ تراهرتز قرار گرفته است.

ناحیه ریز با طول موج بلند

زیرناحیه چهارم مادون قرمز با طول موج بلند بین محدوده ۸ الی ۱۵ میکرومتر گسترده شده است، بسامد این زیرناحیه از۲۰ تراهرتز شروع شده و تا ۳۷ تراهرتز ادامه می یابد. علامت اختصاری این بخش  LWIR & IR-Cاست.

زیرناحیه مادون قرمز دور

آخرین زیرناحیه که مادون قرمز دور نامیده شده و با نشان  FIR شناسایی می شود. محدوده طول موجی آن بین ۱۵ تا ۱۰۰۰ میکرومتر و بسامد ۰.۳ الی ۲۰ تراهرتز است.

تقسیم بندی براساس استاندار جهانی

اما براساس استاندارد جهانی این امواج به سه زیرناحیه تقسیم شده اند. دسته اول امواج مادون قرمز نزدیک هستند. این دسته با طول موج ۷۸/۰میکرومتر تا ۳ میکرومتر و با علامت اختصاری NIR نمایش داده می شوند. در این محدوده ستاره های سرد، کوتوله های کم جرم  قابل رویت هستند. اما ستاره های گرم را نمی توان مشاهده نمود. دسته دوم مادون قرمز میانی یا MIR  که در محدوده طول موجی بین ۳ الی ۵۰ میکرومتر قرار دارند. در این نواحی کم کم ستاره های سرد، سیاره ها و ستاره های دنباله دار و البته غبار پیرامون ستارگان  نوپا را می توان رویت کرد.

دسته سوم موجهایی در محدوده ۵۰ الی ۱۰۰ میکرومتر که با علامت اختصاری  FIR معرفی شده اند. هرچند  در این محدوده ستاره ها دیگر دیده نمی شوند، ولی اجسام و توده های عظیم (گاز و گردوغبار) بسیار سرد قابل مشاهده هستند.

کاربرد پرتو فروسرخ یا اشعه مادون قرمز

امواج مادون قرمز در عینک های دید در شب و درجاهایی که نور کم است، باعث تقویت شان شده و به آن ها قابلیت دیده شدن می دهد. در تصویربرداری گرمایی یا همان دمانگاری نیز از تابش فروسرخ استفاده می شود.در ردیاب های نظامی، در نقشه برداری، پیش بینی وضع هوا، به عنوان منبع گرمایشی (در آب کردن یخ های بال هواپیما، در پخت و پز و…)، مخابرات فیبر نوری (دارای سه طول موج که همگی در محدوده مادون قرمز هستند)، در ریموت کنترل ها (لوازم صوتی تصویری و برودتی و…)، اندازه گیری حرارت از راه دور، هدایت سلاح های پرتابی و… پرتو فروسرخ کاربردهای فراوان دارد.

در علم پزشکی و درمان

از این امواج در تصویربرداری از گردش خون در رگ ها استفاده می شود. در انقباض عضلانی، دردهای مفصلی، درمان التهاب ها و… پرتو اشعه مادون قرمز راه حل درمانی خوبی می تواند باشد. علاوه بر این ها اشعه مادون قرمز در توموگرافی کاربرد تحقیقاتی و تشخیصی دارد.

در نجوم

مادون قرمز قابلیت سنجش از راه دور گرمای مواد را دارد. همین دلیل بهانه ای برای استفاده از این اشعه در تلسکوپ هایی است که می توانند فعالیت های کهکشان ها را رصد کنند. همچنین تابش تشعشات مادون قرمز از اجرام آسمانی باعث ایجاد ابرهای متشکل از گرد و غبار و گاز می شود که ممکن است این مراکز محل ظهور ستارگان جدید باشد و گازها مانع دیده شدن این ستارگان شود. اشعه مادون قرمز این امکان را به منجمان می دهد تا پیدایش ستارگان نوظهور را بررسی کنند و یا پراکندگی این گازها و غبارها را مورد مطالعه قرار دهند.

سونای مادون قرمز

امروزه سونای مادون قرمز از محبوبیت خاصی بین افراد معروف پیدا کرده است اما آیا این کار مفید است یا مضر؟ برخی از متخصصان بهداشت و سلامت معتقدند سونای مادون قرمز سبب تسکین دردهای عضلانی و رماتیسم مفصلی، جوان ماندن پوست، کاهنده استرس، افزایش ضربان قلب و انبساط رگ ها که منجر به افزایش گردش خون خواهد شد. همچنین این کار می تواند سموم را از بدن دفع کند. در افرادی که از بیماری های مزمن رنج می برند، می توان از سونای مادون قرمز به عنوان روشی برای درمان آن استفاده کرد.

مضرات اشعه مادون قرمز

در کنار کاربردها و فواید بسیار پرتو فروسرخ این اشعه مضراتی نیز دارد. نور مستقیم این اشعه موجب آسیب رسانی به چشم ها خواهد شد. همچنین اشعه مادون قرمز ممکن است باعث سردرد و ایجاد ضعف در بیماران شود و یا در اتصال بدن با مدارات الکتریکی بیمار دچار سوختگی الکتریکی شود.

در عین حال سونای مادون قرمز برای افرادی که با افت فشار خون مواجهند و یا مشکل قلبی عروقی دارند می تواند مشکلاتی ایجاد کند، پس چاره کار مشاوره از پزشک متخصص می باشد. برای بیماران کلیوی و زنان باردار، افراد مسن  و افرادی با بیماریهای اعصاب محیطی نیز می تواند مضر باشد.