الأشعة تحت الحمراء البعيدة

رسم تخطيطي لجزء من الطيف الكهرومغناطيسي

يشير مصطلح الأشعة تحت الحمراء البعيدة ( FIR ) أو الموجات الطويلة إلى نطاق محدد ضمن طيف الأشعة تحت الحمراء للإشعاع الكهرومغناطيسي . ويشمل هذا النطاق الإشعاع ذي الأطوال الموجية التي تتراوح من 15 ميكرومترًا  إلى 1 مليمتر، وهو ما يتوافق مع نطاق تردد يتراوح تقريبًا من 20 تيراهيرتز إلى 300 جيجاهرتز. وهذا يضع الأشعة تحت الحمراء البعيدة ضمن نطاقي CIE IR-B وIR-C. [ 1 ] تتداخل الأطوال الموجية الأطول لطيف الأشعة تحت الحمراء البعيدة مع نطاق يُعرف باسم إشعاع التيراهيرتز . [ 2 ] قد تستخدم مصادر مختلفة حدودًا مختلفة لتحديد نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة. على سبيل المثال، غالبًا ما يُعرّفها علماء الفلك بأنها أطوال موجية تتراوح بين 25 ميكرومترًا و350 ميكرومترًا. [ 3 ] تمتلك فوتونات الأشعة تحت الحمراء طاقة أقل بكثير من فوتونات طيف الضوء المرئي ، حيث تقل طاقتها بعشرات إلى مئات المرات. [ 4 ]     

التطبيقات

علم الفلك

تُصدر الأجسام التي تتراوح درجة حرارتها بين 5  كلفن و340  كلفن إشعاعًا في نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة نتيجةً لإشعاع الجسم الأسود ، وفقًا لقانون إزاحة فين . وتُستغل هذه الخاصية في رصد الغازات بين النجوم، والتي غالبًا ما ترتبط بتكوين النجوم الجديدة.

ينشأ السطوع الملحوظ في صور الأشعة تحت الحمراء البعيدة لمركز مجرة ​​درب التبانة من الكثافة العالية للنجوم في تلك المنطقة، مما يؤدي إلى تسخين الغبار المحيط بها وانبعاث إشعاعات في طيف الأشعة تحت الحمراء البعيدة. وباستثناء مركز مجرة ​​درب التبانة، تُعد مجرة ​​M82 أبرز جرم سماوي في نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة، حيث تُصدر منطقتها المركزية كميات من الأشعة تحت الحمراء البعيدة تعادل مجموع انبعاثات جميع نجوم مجرة ​​درب التبانة. ( حتى 29 مايو/أيار 2012)  [ 3 ] ولا يزال المصدر المسؤول عن تسخين الغبار في مركز مجرة ​​M82 مجهولاً.

كشف جسم الإنسان

تستخدم بعض أجهزة استشعار قرب الإنسان تقنية الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء السلبية ضمن نطاق الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء البعيدة للكشف عن وجود الأجسام البشرية الثابتة [ 5 ] والمتحركة. [ 6 ]

التدفئة

التسخين بالأشعة تحت الحمراء (IR) هو أسلوب لتسخين المساحات بكفاءة أعلى من التسخين بالغاز أو الكهرباء. تُظهر الدراسات أن التسخين بالأشعة تحت الحمراء أسرع وأكثر تجانسًا وكفاءة من الأنظمة التقليدية. [ 7 ] [ 8 ] يتزايد استخدام التسخين بالأشعة تحت الحمراء في تصميمات أنظمة التدفئة لتحقيق تدفئة موضعية ومناطقية وذكية داخل مناطق الإشغال في المباني. [ 7 ] على الرغم من وجود تطبيقات متعددة للتسخين بالأشعة تحت الحمراء البعيدة (FIR)، إلا أن أحد أكثرها شيوعًا هو سخانات الألواح الإشعاعية. تتكون هذه السخانات عادةً من شبكة من أسلاك أو شرائط مقاومة محصورة بين صفيحة رقيقة من العزل الكهربائي على رقاقة باعثة وعزل حراري على الجانب الخلفي. [ 9 ] نظرًا لصغر حجمها ومرونتها، [ 10 ] يمكن تركيب سخانات الألواح بالأشعة تحت الحمراء على الجدران والأسقف لتوفير مساحة إضافية. وقد أظهرت سخانات الألواح الكهربائية بالأشعة تحت الحمراء البعيدة كفاءة تصل إلى 98.5% من مرحلة التزويد إلى مرحلة إنتاج الحرارة، مع توفير راحة حرارية مرضية، وتحكم حراري، واستثمار أولي منخفض. [ 11 ]

الأسلوب العلاجي

لاحظ الباحثون أنه من بين جميع أشكال الإشعاع الحراري، يُعدّ الإشعاع تحت الأحمر البعيد الوحيد الذي ينقل الطاقة على شكل حرارة يمكن للجسم البشري استشعارها. [ 12 ] وقد وجدوا أن هذا النوع من الإشعاع الحراري قادر على اختراق الجلد حتى عمق 3.8 سم تقريبًا . في مجال الطب الحيوي ، أُجريت تجارب باستخدام أقمشة منسوجة بألياف خزفية مُضمّنة تُصدر إشعاعًا تحت أحمر بعيد. أشارت هذه الدراسات إلى احتمال تأخير ظهور التعب الناتج عن انقباضات العضلات لدى المشاركين. [ 13 ] وقد اقترح الباحثون أن انبعاث الإشعاع تحت الأحمر البعيد من هذه الخزفيات (المشار إليه اختصارًا بـ cFIR) قد يُسهّل عملية إصلاح الخلايا . 

تم تسويق بعض وسادات التدفئة لتوفير علاج "الأشعة تحت الحمراء البعيدة"، والذي يُزعم أنه يوفر اختراقًا أعمق. مع ذلك، فإن الإشعاع تحت الأحمر المنبعث من أي جسم يتحدد بدرجة حرارته، وفقًا لقانون إشعاع الجسم الأسود . لذا، فإن جميع وسادات التدفئة تُصدر نفس النوع من الإشعاع تحت الأحمر إذا كانت عند نفس درجة الحرارة. ستؤدي درجات الحرارة الأعلى إلى إشعاع تحت أحمر أكبر، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب الحروق.

مراجع

  1. بيرنز، جيمس (2009). الكشف عن الذخائر غير المنفجرة والتخفيف من آثارها . سبرينغر. ص 21-22 . ISBN  978-1-4020-9252-7.
  2. غلاغوليفا-أركادييفا، أ. (1924). "موجات كهرومغناطيسية قصيرة يصل طول موجتها إلى 82 ميكرونًا" . مجلة نيتشر . 2844 (113): 640. Bibcode : 1924Natur.113..640G . doi : 10.1038/113640a0 . 
  3. 1 2 "الأشعة تحت الحمراء القريبة والمتوسطة والبعيدة" . مركز معالجة وتحليل الأشعة تحت الحمراء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 يناير 2013 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  4. غريغوري هالووك سميث (2006)، عدسات الكاميرا: من الكاميرا الصندوقية إلى الرقمية ، منشورات SPIE، ص ISBN  978-0-8194-6093-6
  5. "مستشعرات حرارية بتقنية MEMS" . موقع أومرون الإلكتروني للمكونات . أومرون . تاريخ الاسترجاع: 7 أغسطس 2015 .
  6. "أجهزة الكشف والاستشعار الكهروحرارية للأشعة تحت الحمراء البعيدة (5.0 ميكرومتر - 15 ميكرومتر)" . إكسيليتاس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 أغسطس 2015 .
  7. سكوت ، سي.؛ فردوس، أ.هـ.؛ كينان، ت.؛ البربر، أ. (أكتوبر 2022). " نظام تدفئة بالأشعة تحت الحمراء فعال من حيث التكلفة يعتمد على الإشغال للمباني الجامعية العاملة" . الطاقة والمباني . 272 ​​112362. Bibcode : 2022EneBu.27212362S . doi : 10.1016/j.enbuild.2022.112362 . ISSN 0378-7788 . 
  8. تاناكا، ف.؛ فيربوفن، ب.؛ شيرلينك، ن.؛ موريتا، ك.؛ إيواساكي، ك.؛ نيكولاي، ب. (مارس 2007). "دراسة التسخين بالأشعة تحت الحمراء البعيدة كتقنية بديلة لتطهير سطح الفراولة". مجلة هندسة الأغذية . 79 (2): 445-452 . doi : 10.1016/j.jfoodeng.2006.02.010 . ISSN 0260-8774 . 
  9. بان، تشونغلي؛ أتونغولو، غريفيثس غريغوري (26-07-2010). التسخين بالأشعة تحت الحمراء لمعالجة الأغذية والمنتجات الزراعية . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1-4200-9099-4.
  10. "مزايا ألواح التسخين بالأشعة تحت الحمراء" . www.tansun.com . تاريخ الاطلاع: 8 مايو 2024 .
  11. مارتينوبولوس، جورجيوس؛ باباكستاس، قسطنطين ت.؛ بابادوبولوس، أجيس م. (يوليو 2018). "مراجعة مقارنة لأنظمة التدفئة في دول الاتحاد الأوروبي، بناءً على الكفاءة وتكلفة الوقود". مجلة مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 90 : 687-699 . Bibcode : 2018RSERv..90..687M . doi : 10.1016/j.rser.2018.03.060 . ISSN 1364-0321 . 
  12. فاتانسيفير، فاطمة؛ هامبلين، مايكل ر. (2012). "الإشعاع تحت الأحمر البعيد: آثاره البيولوجية وتطبيقاته الطبية" . الفوتونيات والليزر في الطب . 1 (4): 255-266 . doi : 10.1515/plm-2012-0034 . PMC 3699878. PMID 23833705 .  
  13. ليونغ، تينغ كاي (2011). "دراسة تجريبية لتأثير تشعيع مسحوق السيراميك بالأشعة تحت الحمراء البعيدة (CFIR) على وظائف الأعضاء: ملاحظة مزارع الخلايا والعضلات الهيكلية للبرمائيات". المجلة الصينية لعلم وظائف الأعضاء . 54 (4): 247-254 . doi : 10.4077/CJP.2011.AMM044 . PMID 22129823 .