รังสี คือพลังงานที่มาจากแหล่งกำเนิดซึ่งอาจเป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาค รังสีสามารถเดินทางผ่านตัวกลางใด ๆ ก็ได้ ตั้งแต่สสารจนถึงสูญญากาศ รังสีสามารถแบ่งแยกได้ 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ
รังสีมีประจุ (Ionizing radiation) เช่น
- Ultraviolet radiation(ส่วนใหญ่จะเป็นรังสีไม่มีประจุแต่ก็มีอยู่บางประเภทเป็นรังสีที่มีประจุ)
- X-ray
- Gamma radiation
- Alpha radiation
- Beta radiation
- Neutron radiation
รังสีไม่มีประจุ (Non-ionizing radiation) เช่น
โดยทั่วไปแล้วเราจะเปรียบให้รังสีมีลักษณะเหมือนกับ "แสง" ซึ่งแสงสามารถประพฤติตัวเป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาค เมื่อเรากล่าวถึงแสงในคุณสมบัติความเป็นคลื่น เราจะเรียกว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic waves) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าทำมุมตั้งฉากกัน และเคลื่อนที่ไปในอวกาศด้วยความเร็ว 300,000,000 เมตร/วินาที และเมื่อเรากล่าวถึงแสงในคุณสมบัติของอนุภาคเราเรียกว่า “โฟตอน” (Photon) เป็นอนุภาคที่ไม่มีมวล แต่เป็นพลังงาน ซึ่งทั้งสองแบบนี้รวมถึงรังสีที่มีประจุและไม่มีประจุด้วย
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic waves) เกิดจากอะตอมหรือโมเลกุลมีการเปลี่ยนระดับชั้นพลังงานจากชั้นหนึ่งไปอีกช้นหนึ่ง โดยมาจากอะตอมหรือโมเลกุลมีการดูดกลืน(Absorption) หรือคายพลังงาน(Emission) ซึงเราสามารถหาค่าพลังงานได้จาก
คือ ค่าคงที่ของแพลงค์ เท่ากับ 
คือ ความถี่ (Hz)
รูปจาก : http://en.wikipedia.org/wiki/Stimulated_emission
จะเห็นได้ว่าพลังงานจะมีค่าขึ้นอยู่กับความถี่ นั่นหมายความว่า ในภายจำลองอะตอมที่มีนิวเคลียสอยู่ตรงกลางและมีอิเล็กตรอนวิ่งวนอยู่รอบ ๆ โดยที่ชั้นวงโคจรของอิเล็กตรอนมีอยู่มากมายหลายชั้นมาก เมื่ออะตอมได้รับพลังงานที่มีความถี่ค่าหนึ่งหรือแสง(โฟตอน) จะทำให้อิเล็กตรอนกระโดดไปที่ระดับพลังงานสูงขึ้น และเมื่ออิเล็กตรอนกลับลงสู่ระดับพลังงานเดิมก็จะคายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา
ประเภทของการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
Spontaneous Emission
เมื่ออะตอมหรือโมเลกุลมีพลังงานสูงขึ้นเนื่อง จากการดูดกลืนแสงแล้ว จะคงสภาพเช่นนั้นได้ด้วยระยะเวลาหนึ่งเท่านั้น เพราะสถานะที่พลังงานสูง (E2) นี้ไม่เสถียร เมื่อเวลาผ่านไประยะหนึ่ง อะตอมและโมเลกุลเหล่านั้นก็จะตกกลับมาอยู่ที่ชั้นพลังงานต่ำ (E1) ตามเดิม โดยคายพลังงานออกมาเท่ากับผลต่างระหว่างชั้นพลังงานทั้งสอง (E2 - E1) หรือเปล่งแสงกลับออกมานั่นเอง การเปล่งแสงเช่นนี้เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติของอะตอมและโมเลกุลนั้นๆ จึงเรียกปรากฏการณ์ เช่นนี้ว่า การเปล่งแสงแบบเกิดขึ้นเอง (Spontaneous Emission)
Stimulated Emission
เมื่ออะตอมหรือโมเลกุลดูดกลืนแสงเพื่อให้ตัวเองขึ้นไปอยู่ที่ชั้นพลังงานสูง แทนที่จะให้อะตอมหรือโมเลกุลตกลงมาเอง(Spontaneous Emission) เมื่อเวลาผ่านไปและมีการฉายแสงเข้าไปในระบบอะตอมหรือโมเลกุลที่มีพลังงานเท่ากับผลต่างของชั้นพลังงานทั้งสอง (E2 - E1) แต่แสงที่ฉายเข้าไปนี้ ไม่ถูกดูดกลืนโดยระบบฯ แสงนี้เร่งเร้าให้อะตอมหรือโมเลกุลคายพลังงานก่อนเวลา แสงที่เปล่งออกมากับแสงที่เร้าจึงออกมาจากระบบพร้อมกันมีพลังงานเท่ากัน และมีความพร้อมเพรียงกัน(Coherent) ทั้งทิศทางการเคลื่อนที่และเฟสของคลื่นแสง เรียกว่า Stimulated Emission
เราสามารถตรวจรับพลังงานเหล่านี้ได้ ในรูปเส้นสเปคตรัม(line spectrum) ซึ่งจะมีความแตกต่างกันไปตามชนิดของธาตุ ซึ่งเราสามารถศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่
- Ultraviolet light
- Visible light
- Infrared
- Microwave
- Radio waves
- Very low frequency
- Extremely low frequency
- Thermal radiation(heat)
- Back-body radiation
โดยทั่วไปแล้วเราจะเปรียบให้รังสีมีลักษณะเหมือนกับ "แสง" ซึ่งแสงสามารถประพฤติตัวเป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาค เมื่อเรากล่าวถึงแสงในคุณสมบัติความเป็นคลื่น เราจะเรียกว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic waves) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าทำมุมตั้งฉากกัน และเคลื่อนที่ไปในอวกาศด้วยความเร็ว 300,000,000 เมตร/วินาที และเมื่อเรากล่าวถึงแสงในคุณสมบัติของอนุภาคเราเรียกว่า “โฟตอน” (Photon) เป็นอนุภาคที่ไม่มีมวล แต่เป็นพลังงาน ซึ่งทั้งสองแบบนี้รวมถึงรังสีที่มีประจุและไม่มีประจุด้วย
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic waves) เกิดจากอะตอมหรือโมเลกุลมีการเปลี่ยนระดับชั้นพลังงานจากชั้นหนึ่งไปอีกช้นหนึ่ง โดยมาจากอะตอมหรือโมเลกุลมีการดูดกลืน(Absorption) หรือคายพลังงาน(Emission) ซึงเราสามารถหาค่าพลังงานได้จาก
คือ ค่าคงที่ของแพลงค์ เท่ากับ คือ ความถี่ (Hz)
รูปจาก : http://en.wikipedia.org/wiki/Stimulated_emission
ประเภทของการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
Spontaneous Emission
เมื่ออะตอมหรือโมเลกุลมีพลังงานสูงขึ้นเนื่อง จากการดูดกลืนแสงแล้ว จะคงสภาพเช่นนั้นได้ด้วยระยะเวลาหนึ่งเท่านั้น เพราะสถานะที่พลังงานสูง (E2) นี้ไม่เสถียร เมื่อเวลาผ่านไประยะหนึ่ง อะตอมและโมเลกุลเหล่านั้นก็จะตกกลับมาอยู่ที่ชั้นพลังงานต่ำ (E1) ตามเดิม โดยคายพลังงานออกมาเท่ากับผลต่างระหว่างชั้นพลังงานทั้งสอง (E2 - E1) หรือเปล่งแสงกลับออกมานั่นเอง การเปล่งแสงเช่นนี้เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติของอะตอมและโมเลกุลนั้นๆ จึงเรียกปรากฏการณ์ เช่นนี้ว่า การเปล่งแสงแบบเกิดขึ้นเอง (Spontaneous Emission)
Stimulated Emission
เมื่ออะตอมหรือโมเลกุลดูดกลืนแสงเพื่อให้ตัวเองขึ้นไปอยู่ที่ชั้นพลังงานสูง แทนที่จะให้อะตอมหรือโมเลกุลตกลงมาเอง(Spontaneous Emission) เมื่อเวลาผ่านไปและมีการฉายแสงเข้าไปในระบบอะตอมหรือโมเลกุลที่มีพลังงานเท่ากับผลต่างของชั้นพลังงานทั้งสอง (E2 - E1) แต่แสงที่ฉายเข้าไปนี้ ไม่ถูกดูดกลืนโดยระบบฯ แสงนี้เร่งเร้าให้อะตอมหรือโมเลกุลคายพลังงานก่อนเวลา แสงที่เปล่งออกมากับแสงที่เร้าจึงออกมาจากระบบพร้อมกันมีพลังงานเท่ากัน และมีความพร้อมเพรียงกัน(Coherent) ทั้งทิศทางการเคลื่อนที่และเฟสของคลื่นแสง เรียกว่า Stimulated Emission
เราสามารถตรวจรับพลังงานเหล่านี้ได้ ในรูปเส้นสเปคตรัม(line spectrum) ซึ่งจะมีความแตกต่างกันไปตามชนิดของธาตุ ซึ่งเราสามารถศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่
