ראשית, נבהיר מהי קרינה?
אנו מתארים קרינה כזרימה של חלקיקים נושאי אנרגיה או כגל המתפשט במרחב. קרינה מתארת תהליך שבו אנרגיה נפלטת מגוף אחד, נעה בתווך כלשהו או בריק, שבסופו של דבר נספגת ע"י גוף אחר. על כן, השאלה "האם ייתכנו עוד סוגי קרינות" תלויה במקור הקרינה ובתהליך אותו אנו חוקרים. שכן על פי הגדרה, קרינה היא "זרימה של אנרגיה". כלומר, ישנם עוד מאורעות (תהליכים) ומקורות קרינה שלא גילינו.
במילים אחרות, עלינו לזהות את אופיה של המערכת הפיסיקלית אותה אנו חוקרים ובכלל זה את המקור שלה. לדוגמא, קרינת הרקע הקוסמית או קרינה תרמית ושאר הקרינות בטווח הספקטרום האלקטרומגנטי כולן "קרינות שונות" אך למעשה כולן שטף של פוטונים כלומר סוג של קרינה אלקטרומגנטית.
נסקור בקצרה כמה קרינות אלקטרומגנטיות:
באופן כללי ניתן לומר שקרינה של פוטונים ("החלקיקים הנושאים את האור") הינה קרינה אלקטרומגנטית בעלת ספקטרום רחב. הכוללת גלי רדיו, אור נראה וקרינת חום, קרני רנטגן וקרינת גאמא. טווח הספקטרום נפרס מאורכי גל באורך של אלפי קילומטרים ועד לאורך שהנו שבר הגודל של אטום.
(ראו תשובה: האם ישנו גבול עליון/תחתון לספקטרום של הגלים האלקטרומגנטיים?)
ספקטרום הקרינה האלקטרומגנטית: הרבה 'קרינות' ממקורות שונים הינם למעשה שטף פוטונים.
גם קרינת הרקע הקוסמית היא למעשה קרינה אלקטרומגנטית,כמו זו של גוף שחור, בטמפרטורה של כ 2.7 מעלות קלווין. קרינה זו מגיעה אלינו מכל כיוון ביקום. (ראו תשובה: מהי קרינת הרקע הקוסמית?).
קרינה תרמית (קרינת חום) היא למעשה קרינה אלקטרומגנטית הנפלטת ממשטח של גוף כתוצאה מהטמפרטורה של הגוף.
קרינה תרמית נוצרת כאשר חום כתוצאה מתנועת חלקיקים טעונים בין האטומים הופך לקרינה אלקטרומגנטית.
אנרגיה סולרית, לדוגמא, מחממת את הארץ במהלך היום כאשר במשך הלילה הארץ פולטת חלק מן הקרינה חזרה לחלל. אם האובייקט הוא גוף שחור בשיווי משקל תרמודינמי, הקרינה נקראת קרינת גוף שחור. למעשה קרינת גוף שחור הינה מילה נרדפת לקרינה תרמית.
קיימות קרינות מסוגים שונים שמקורם אינם שטף פוטונים, אלא חלקיקים אחרים. נסקור כמה מהן:
קרינת אלפא (α) נובעת מהתפרקות רדיואקטיבית. קרינה זו הינה בעצם קרינה של גרעיני הליום 4.
קרינת בטא (β) שהיא בעצם קרינה של אלקטרונים היא גם חלק מקרינה רדיואקטיבית שהמקור שלה בגרעין האטום. בקרינה זו נפלט מגרעין האטום אלקטרון או אנטי אלקטרון.
קרינה רדיואקטיבית: אלפא, בטא וגמא. קרינת גמא הינה קרינה אלקטרומגנטית
קרינת צ'רנקוב היא שם כללי לקרינה שנפלטת כתוצאה מתנועת חלקיק אשר נע בתווך כלשהו במהירות העוברת את מהירות האור. כידוע, ישנם תווכים שבהם האור (פוטונים) מאט את מהירותו בזמן שחלקיקים אחרים ממשיכים לנוע במהירותם הרגילה ללא הפרעה. כתוצאה מכך, אנו מקבלים מצב שבו המהירות של חלקיקים מסוימים גבוהה יותר מהפוטונים המואטים (תופעה שבה לידי ביטוי בקרינה כחולה בהירה). כמובן שאין כאן סתירה לתורת היחסות שכן החלקיקים לא יכולים לעבור את מהירות האור C בריק. (ראו תשובה: מהי מהירות הפאזה או מהירות החבורה בהקשר גלים ומהירות האור?).
קרינת הוקינג היא קרינה שנפלטת מחור שחור, על פי העיקרון של קרינת גוף שחור חור שחור פולט קרינה, זוגות חלקיקים וירטואלים, מאורעות שכאלו נוצרים קרוב לפני אופק האירועים שלו. כמובן שבתהליך שכזה יוצאת אנרגיה מהחור השחור, שיכולה לגרום להתאיידותו. אך העוצמה של קרינה זו הינה מאוד קטנה כך שהזמן שתהליך זה דורש הוא ארוך מאוד (כגיל היקום ואף יותר).
קרינה קוסמית היא שטף של חלקיקים מסוגים שונים: אלקטרונים, פרוטונים, קרינת גמא, קרינת בטא, קרינת אלפא וגרעיני אטומים אחרים. קרניים קוסמיות נובעות משלל תהליכים בחלל ועל כן הם בעלות סוגי חלקיקים שונים. בתהליכים שמתרחשים בשמש, רוב הקרינה מורכב מפרוטונים. הקרניים הקוסמיות מגיעות אלינו גם מתהליכים ביקום.
אפשר גם לסווג קרינה על פי האם היא מייננת או לא מייננת:
מלבד אורך הגל, תכונה חשובה שעל פיה ניתן לסווג קרינה היא יינון. קרינה מייננת היא קרינה הגורמת ליינון של אטומים, כלומר לפליטה של אלקטרונים. ליינון דרושה קרינה בתדר גבוה (חשוב להדגיש כי עוצמת הגל אין בה בכדי לגרום ליינון). דוגמאות לקרינה מיינת הם קרינה רדיואקטיבית כמו קרינת אלפא, קרינת בטא, וקרינה אלקטרומגנטית בתדרים גבוהים, כמו קרני רנטגן וקרינת גמא. באורכי גל ארוכים מעל סגול הקרינה אינה מייננת כלומר, גלים אלה אינם אנרגטיים מספיק כדי ליינן אטומים.
נסכם אם כך, קרינה מוגדרת כזרימה של חלקיקים נושאי אנרגיה או כגל המתקדם במרחב. על מנת לגלות קרינה חדשה עלינו לזהות את מקורה ובכלל זה את מאפייניה. דוגמא נוספת שתמחיש זאת הינה קרינת גמא. קרינה זו נמצאת בקצה הספקטרום האלקטרומגנטי ומופיעה בסוגי קרינות שונים ובכלל זה גם בסוג של קרינה הנקראת 'התפרצות גמא'. התפרצויות שכאלו נובעים מאירועים אנרגטיים ביקום ולמעשה מתרחשים אחת ליום לערך.
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
