اشعه مادون قرمز IR

اشعه مادون قرمز IR

با توجه به اینکه رنگ سرخ طولانی ترین طول موج را دارد، تابش فروسرخ یا مادون قرمز دارای طول موجی بین تقریباً 750 نانومتر و 1 میلی متر است و از سه نوع فرآیند مغناطیسی برای ارسال داده های خود استفاده می کند.

با توجه به سهم امواج مادون قرمز از طیف رنگها، استفاده های کاربردی زیادی را می توان برای این امواج نام برد از جمله یافتن مقصد و رهگیری هدف در موارد نظامی، تنظیم دما از راه دور، استفاده در بی سیمها برای ارتباطات short area، طیف بینی و پیش بینی وضعیت هوا.

همچنین این اشعه در تنظیم درجه حرارت جوّ زمین نقش بسیار مهمّی ایفا می کند. از این اشعه برای درمان برخی از بیماریها استفاده می شود. انواع خاصّی از لامپ های مادون قرمز برای درمان دردهای ماهیچه ای و مفصلی، خصوصاً دردهای پشت، مورد استفاده قرار می گیرند. در زمستان از این اشعه برای گرم کردن منازل استفاده می شود.موشکها و سایر سلاحهای پرتابی را به کمک اشعه مادون قرمز کنترل و هدایت می کنند. ساختمان مولکولی اجسام  نیزبه کمک این اشعه مورد بررسی قرار می گیرد. ناخالصیهای موجود در مواد نیز توسط همین اشعه شناسایی می شود.

تاریخچه

كشف هرسل اولین گام در ایجاد پدیده‌ای كه ما آن را طیف الكترومغناطیسی می نامیم. نور مرئی و پرتوهای مادون قرمز دو نمونه اشكال فراوانی از انرژی هستند كه توسط تمام اجسام موجود در زمین و اجرام آسمانی تابانده میشوند.تنها با مطالعه این تشعشعات است كه می توانیم اجرام آسمانی را تشخیص و تمیز دهیم و تصویری كامل از چگونگی ایجاد جهان و تغییرات آن بدست آوریم. در سال 1800 سر ویلیام هرشل یك نمونه نامرئی از تشعشعات را كشف كرد كه این نمونه دقیقا زیر بخش قرمز طیف مرئی قرار داشت. او این شكل از تشعشعات را مادون قرمز نامید.

تصویربرداری با اشعه مادون قرمز

در تصویربرداری به کمک امواج مادون قرمز یا فروسرخ، فیلترها سعی می کنند تا نزدیکترین طیف به این امواج را ضبط و ثبت کنند. دوربین های دیجیتال نیز اغلب از بلاک کننده های Infrared استفاده می کنند. دوربین های دیجیتال ارزان تر و همینطور گوشی های تلفن همراه مجهز به دوربین که فیلترهای لازم برای کشف و ضبط طیفهای نزدیک به مادون قرمز را ندارند نیز این امواج را به صورت رنگ سفید درخشانی می بینند (برای امتحان، کنترل از راه دور تلویزیون خود را ضمن فشار دادن یک دگمه ی آن، به سمت گوشی تلفن همراهتان در حالت عکاسی بگیرید)

این نکته را به ویژه زمانی می توانیم بیان کنیم که از اشیایی نزدیک به محل های پر از اشعه ی مادون قرمز عکس می گیریم مانند فضای اطراف یک لامپ معمولی، در این حالت، دخالت اشعه ی مادون قرمز به وجود آمده، می تواند به پاک شدن صفحه ی کل تصویر بینجامد.

روش دیگری نیز وجود دارد که تصویربرداری با اشعه ی تراهرتز نامیده می شود که گرفتن تصاویر با استفاده از اینفرارد در فواصل دور یا امواجی است که یکای آنها به تراهرتز اندازه گیری می شود. البته نبودن منابع روشنایی، از لحاظ فنی تصویربرداری با امواج تراهرتز را از سایر انواع تصویربرداری ها دچار دشواری و پیچیدگی می کند.

البته نسخه های جدیدی که از نرم افزارها و دستگاه های تصویربرداری تراهرتز تهیه شده است، با توجه به تولید و عرضه ی طیف بینهای زمان بندی شده در کنار بسته های اصلی، بسیار جالبتر و قابل استفاده تر گشته اند.

کاربرد اشعه مادون قرمز در نجوم

گرمایی كه ما از خورشید یا از یك محیط گرم احساس میكنیم، همان تشعشعات مادون قرمز یا به عبارتی انرژی گرمایی است. حتی اجسامی ‌كه فكر میكنیم خیلی سرد هستند، نیز از خود انرژی گرمایی منتشر میسازند (یخ و بدن انسان). سنجش و ارزیابی انرژی مادون قرمز ساطع شده از اجرام نجومی ‌به علت اینكه بیشترین جذب را در اتمسفر زمین دارند مشكل است. بنابراین بیشتر ستاره شناسان برای مطالعه انتشار گرما از این اجرام از تلسكوپ های فضایی استفاده می كنند.

تلسكوپ ها و آشكارسازهایی كه توسط ستاره شناسان مورد استفاده قرار میگیرند نیز از خودشان انرژی گرمایی منتشر می سازند. بنابراین برای به حداقل رساندن این تاثیرات نامطلوب و برای اینكه بتوان حتی تشعشعات ضعیف آسمانی را هم آشكار ساخت، اخترشناسان معمولا تلسكوپ ها و تجهیزات خود را به درجه حرارتی حدود صفر مطلق، می رسانند. مثلا در یك ناحیه پرستاره، نقاطی كه توسط نور مرئی قابل رویت نیستند، با استفاده از تشعشعات مادون قرمز بخوبی نشان داده می شود. همچنین مادون قرمز می تواند چند كانون داغ و متراكم را همره با ابرهایی از گاز و غبار نشان دهد. این كانونها شامل مناطق پرستاره‌ای هستند كه در واقع می توان آنها را محل تولد ستاره‌ای جدید دانست. با وجود این ابرها، رویت ستاره‌های جدید با استفاده از نور مرئی به سختی امكانپذیر است.

اما انتشار گرما باعث آشكار شدن آنها در تصاویر مادون قرمز می شود. اختر شناسان با استفاده از طول موج های بلند مادون قرمز میتوانند به مطالعه توزیع غبار در مراكزی كه محل شكل گیری ستاره‌ها هستند، بپردازند. با استفاده از طول موج های كوتاه میتوان شكافی در میان گازها و غبارهای تیره و تاریك ایجاد كرد تا بتوان نحوه شكل گیری ستاره‌های جدید را مورد مطالعه قرار داد. فضای بین ستاره‌ای در كهكشان راه شیری ما نیز از توده‌های عظیم گاز و غبار تشكیل شده است. این فضاهای بین ستاره‌ای یا از انفجارهای شدید نواخترها ناشی شده‌اند و یا از متلاشی شدن تدریجی لایه‌های خارجی ستاره‌هایی جدید از آن شكل میگیرند. ابرهای بین ستاره‌ای كه حاوی گاز و غبار هستند، در طول موج های بلند مادون قرمز خیلی بهتر آشكار میشوند (100 برابر بیشتر از نور مرئی).

اخترشناسان برای دیدن ستاره‌های جدید كه توسط این ابرها احاطه شده‌اند، معمولا از طول موجهای كوتاه مادون قرمز برای نفوذ در ابرهای تاریک استفاده میكنند. اخترشناسان با استفاده از اطلاعات بدست آمده از ماهوارهای نجومی ‌مجهز به مادون قرمز صفحات دیسك مانندی از غبار را كشف كردند كه اطراف ستاره‌ها را احاطه كرده‌اند. این صفحات احتمالا حاوی مواد خامی ‌هستند كه تشكیل دهنده منظومه‌های شمسی هستند. وجود آنها خود گویای این است كه سیاره‌ها در حال گردش حول ستاره‌ها هستند.

اشعه مادون قرمز و ارتباطات

انتقال داده ها از طریق امواج مادون قرمز نیز در ابعاد مکانی کوچک و بین دستگاههای کامپیوتری دیجیتال و تلفنهای همراه یا PDAها (دستیارهای دیجیتال شخصی) مورد استفاده قرار می گیرد. این گونه دستگاهها خود را با استانداردها و قوانینی که توسط IrDA (انجمن داده های اینفرارد) تطبیق می دهند و کار می کنند.

کنترلهای از راه دور و دستگاههای مطابق با استانداردهای IrDA از دیودهای ساطع کننده ی نور یا LED برای ساطع کردن امواج مادون قرمز که توسط یک لنز پلاستیکی داخل نورافکنی کوچک و نازک کارگذاشته شدند استفاده می جویند. این نورافکنها، نوسان بندی شدند و وقتی روشن و خاموش می شوند، به تناسب، داده ها را رمزگذاری می نمایند.

دستگاه دریافت کننده ی امواج مادون قرمز، از یک فتودیود با جنس سیلیکون استفاده می کند تا موج اینفرارد را به جریان الکتریکی تبدیل سازد. دستگاه دریافت کننده ی امواج، تنها به سیگنالهای پالس دهنده یی که مدام توسط فرستنده یا Transmitter ساخته می شوند، پاسخ می دهد و امواج مادون قرمزی که به آرامی از نورهای محدود و کوچکی تغییر حالت می دهند را از صافی مخصوص خود می گذراند.

فناوری اینفرارد در ارتباطات برای استفاده در محل های کوچکی که تراکم افراد و جمعیت در آنها بالاست و بلوتوث یا سایر فناوری ها قادر به انتقال داده به شکلی مناسب نیستند بسیار مفید به نظر می رسد.امواج مادون قرمزاز دیوارها عبور نمی کنند و در نتیجه در کار سایر دستگاههای اتاقهای مجاور دخالت نمی نمایند. اینفرارد رایج ترین فناوری استفاده شده در کنترلهای از راه دور دستگاههای مختلف است.

ارتباطات FSO، شاخه یی از فناوریهای تله کام هستند که از انتشار و تکثیر نور در فضاهای خالی برای انتقال داده و اطلاعات بین دو نقطه استفاده می کنند. این فناوری زمانی استفاده می شود که برقراری ارتباط فیزیکی بین دو نقطه ی مبدا و مقصد دریافت کننده ی اطلاعات مشکل و غیرممکن باشد. برای مثال در شهرهایی که راه اندازی سیستمهای کابل کشی فیبر نوری هزینه ی زیادی دربر خواهد داشت.

این فناوری همچنین در انتقال داده و اطلاعات بین فضاپیماها و ماهواره ها به کار گرفته می شود هرچند که در خارج از جو، سیگنالهای ارسالی دچار اندکی انحراف می شوند.

علیرغم اینکه برقراری ارتباط اطلاعاتی در فواصل کوتاه و با حجم پایین اطلاعات توسط LEDها نیز مقدور است، این پیوندهای نوری، معمولاً از امواج اینفرارد لیزری استفاده می کنند.

در نتیجه، فناوری FSO با استفاده از امواج مادون قرمز، یک روش بسیار ارزان برای برقراری اتصالات اطلاعاتی در فضاهای شهری با کارکرد بیش از 4 گیگابیت بر ثانیه استفاده می شوند و حتی قیمت آنها با قیمت خریداری فیبر نوری به تنهایی برابر است!

امواج اینفرارد ، نور لازم برای ارتباطات فیبر نوری را فراهم می کنند. این امواج، طول موجی با حداقل میزان انتشار 1.33 نانومتر و حداکثر میزان پراکنش نور 1.55 نانومتر دارند و در سیمهای سیلیسیومی بسیار استفاده می شوند

اینفرارد برای مبادله اطلاعات بین کامپیوتر و گوشی همراه استفاده می شود. گوشیهایی که قابلیت اینفرارد را دارند، توسط این دستگاه که به کامپیوتر متصل می شود فایلهای صوتی و تصویری را دریافت می کنند. یکی از مزایای اینفرارد این است که به دلیل اینکه بدون سیم ( بین گوشی و اینفرارد) اطلاعات منتقل می شود سرعت انتقال بالا میرود. اینفرارد با کارت حافظه یک رابطه مستقیم دارد که هرچه ظرفیت کارت بیشتر باشد ، کارایی اینفرارد بالاتر میرود.

از بین 4 روش معمول انتقال اطلاعات بین موبایل و کامپیوتر ( پورت کامپیوتر، اینفرارد ، بلوتوس ، کارت ریدر) به صرفه ترین و مناسبترین و عمومی ترین روش انتقال، از طریق اینفرارد ( مادون قرمز ) می باشد. دستگاه اینفرارد بسیار ارزان می باشد و همچنین استفاده از آن بسیار ساده است در صورت خرید اینفرارد حتی با تعویض گوشی باز هم این دستگاه برای شما قابل استفاده می باشد.

اینفرارد را به پورت USB کامپیوتر متصل کنید و گوشی خود را مقابل چشم اینفرارد قرار دهید کامپیوتر به صورت خودکار گوشی شما را شناسایی می کند و خیلی راحت اطلاعات را به گوشی خود انتقال دهید.

دستگاه اینفرارد شما را قادر میسازد تا حداکثر به فاصله 20 30 سانتی متری با دستگاهی که دارای اینفرارد است ارتباط برقرار کند .ذکر این نکته ضروریست که تکنولوژی اینفرارد یک تکنولوژی Face to Face بوده ( روبروی هم ) و همانند کنترل های دستگاههای صوتی و تصویری که از فناوری اینفرارد بهره می برند عمل میکند . فاصله برد آن برای گوشی های موبایل حداکثر 30 سانتی متر است .

كاربردهای درمانی اشعه مادون قرمز

تسكین درد

با وجود حرارت ملایم ، كاهش درد به احتمال زیاد بواسطه اثر تسكینی بر روی پایانه‌های عصبی ، حسی ، سطحی است. همچنین به علت بالا رفتن جریان خون و متعاقب آن متفرق ساختن متابولیتها و مواد دردزای تجمع در بافتها ، درد كاهش مییابد.

استراحت ماهیچه

تابش این اشعه راه مناسبی برای درمان اسپاسم و دستیابی به استراحت عضلانی میباشد.

افزایش خون رسانی

در درمان زخمهای سطحی و عفونتهای پوستی ، برای اینكه فرآیند ترمیم به خوبی انجام گیرد، باید به مقدار كافی خون به ناحیه مورد نظر برسد و در صورت وجود عفونت نیز افزایش گردش خون سبب افزایش تعداد گلبولهای سفید و كمك به نابودی باكتریها میكند. از این پرتو میتوان برای درمان مفصل آرتوریتی و ضایعات التهابی نیز استفاده كرد.

كاربرد تشخیصی اشعه مادون قرمز

از مهمترین كابردهای تشخیصی آن میتوان توموگرافی را نام برد. اصطلاح ترموگرافی به عمل ثبت و تفسیر تغییراتی كه در درجه حرارت سطح پوست بدن رخ میدهد، اطلاق میشود. تصویر حاصل از این روش كه توموگرام نامیده میشود، بخش الگوی حرارتی سطح بدن را نشان میدهد. در توموگرافی ، آشكار ساز ، تشعشع حرارتی دریافت شده توسط دوربین را به یك سیگنال الكترونیكی تبدیل میكند و سپس آن را علاوه بر تقویت بیشتر ، پردازش میكند تا اینكه یك صفحه كاتودیك مثل مونیتور تلویزیون آشكار شود.

تصاویر بدست آمده به صورت سایه‌های خاكستری رنگ میباشند، بدین معنی كه سطوح سردتر به صورت سایه‌های خاكستری روشن دیده میشوند و در نوع رنگی آن نیز نواحی گرم ، رنگ قرمز و نواحی سرد ، رنگ روشن خواهند داشت. درجه حرارت پوست بدن در نتیجه فرآیندهای فیزیكی ، فیزیولوژیك طبیعی یا بیماری تغییر میكند. از این خاصیت تغییر گرمایی در عضوی خاص یا در سطح بدن برای آشكارسازی یك بیماری استفاده میشود .

از طرف دیگر خطرهایی نیز در استفاده از مادون قرمز وجود دارد كه میتوان به سوختگی الكتریكی (در اثر اتصال بدن به مدارات الكتریكی دستگاه) سر درد ، تولید ضعیف در بیمار و آسیب به چشمها در اثر تابش مستقیم پرتو اشاره كرد.

منبع

حتما بخوانید:

⇐ ایمنی در جوشکاری و اشعه آن