Примеры инфракрасного излучения. Источники инфракрасного излучения: виды, применение. Защита от ИК-излучения

Инфракрасные лучи – это электромагнитные волны в невидимой области электромагнитного спектра, которая начинается за видимым красным светом и заканчивается перед микроволновым излучением между частотами 1012 и 5∙1014 Гц (или находится в диапазоне длин волн 1–750 нм). Название происходит от латинского слова infra и означает «ниже красного».

Применение инфракрасных лучей разнообразно. Они используются для визуализации объектов в темноте или в дыму, отопления саун и подогрева крыльев воздушных судов для защиты от обледенения, в ближней связи и при проведении спектроскопического анализа органических соединений.

Открытие

Инфракрасные лучи были обнаружены в 1800 г. британским музыкантом и астрономом-любителем немецкого происхождения Уильямом Гершелем. Он с помощью призмы разделил солнечный свет на составляющие его компоненты и за красной частью спектра с помощью термометра зарегистрировал увеличение температуры.

ИК-излучение и тепло

Инфракрасное излучение часто называют тепловым. Следует, однако, отметить, что оно является лишь его следствием. Тепло – это мера поступательной энергии (энергии движения) атомов и молекул вещества. «Температурные» датчики фактически измеряют не тепло, а только различия в ИК-излучении различных объектов.

Многие учителя физики инфракрасным лучам традиционно приписывают всю тепловую радиацию Солнца. Но это не совсем так. С видимым солнечным светом поступает 50% всего тепла, и электромагнитные волны любой частоты при достаточной интенсивности могут вызвать нагрев. Однако справедливо будет сказать, что при комнатной температуре объекты выделяют тепло в основном в полосе среднего инфракрасного диапазона.

ИК-излучение поглощается и испускается вращениями и вибрациями химически связанных атомов или их групп и, следовательно, многими видами материалов. Например, прозрачное для видимого света оконное стекло ИК-радиацию поглощает. Инфракрасные лучи в значительной степени абсорбируются водой и атмосферой. Хотя они и невидимы для глаз, их можно ощутить кожей.

Земля как источник инфракрасного излучения

Поверхность нашей планеты и облака поглощают солнечную энергию, большую часть которой в виде ИК-радиации отдают в атмосферу. Определенные вещества в ней, в основном пар и капли воды, а также метан, углекислый газ, оксид азота, хлорфторуглероды и гексафторид серы, поглощают в инфракрасной области спектра и переизлучают во всех направлениях, в том числе на Землю. Поэтому из-за парникового эффекта земная атмосфера и поверхность намного теплее, чем если бы вещества, поглощающие ИК-лучи, в воздухе отсутствовали.

Это излучение играет важную роль в теплопередаче и является неотъемлемой частью так называемого парникового эффекта. В глобальном масштабе влияние инфракрасных лучей распространяется на радиационный баланс Земли и затрагивает почти всю биосферную активность. Практически каждый объект на поверхности нашей планеты испускает электромагнитное излучение в основном в этой части спектра.

Области ИК-диапазона

ИК-диапазон часто разделяется на более узкие участки спектра. Немецкий институт стандартов DIN определил такие области длин волн инфракрасных лучей:

ближний (0,75-1,4 мкм), обычно используемый в волоконно-оптической связи;
коротковолновой (1,4-3 мкм), начиная с которого значительно возрастает поглощение ИК-излучения водой;
средневолновой, также называемый промежуточным (3-8 мкм);
длинноволновый (8-15 мкм);
дальний (15-1000 мкм).

Однако эта схема классификации не используется повсеместно. Например, в некоторых исследованиях указываются следующие диапазоны: ближний (0,75-5 мкм), средний (5-30 мкм) и длинный (30-1000 мкм). Длины волн, используемые в телекоммуникации, подразделяются на отдельные полосы из-за ограничений детекторов, усилителей и источников.

Общая система обозначений оправдана реакциями человека на инфракрасные лучи. Ближняя ИК-область наиболее близка к длине волны, видимой человеческим глазом. Среднее и дальнее ИК-излучение постепенно удаляются от видимой части спектра. Другие определения следуют различным физическим механизмам (таким как пики эмиссии и поглощение воды), а самые новые основаны на чувствительности используемых детекторов. Например, обычные кремниевые сенсоры чувствительны в области около 1050 нм, а арсенид индий-галлия – в диапазоне от 950 нм до 1700 и 2200 нм.

Четкая граница между инфракрасным и видимым светом не определена. Глаз человека значительно менее чувствителен к красному свету, превышающему длину волны 700 нм, однако интенсивное свечение (лазера) можно видеть примерно до 780 нм. Начало ИК-диапазона определяется в разных стандартах по-разному – где-то между этими значениями. Обычно это 750 нм. Поэтому видимые инфракрасные лучи возможны в диапазоне 750–780 нм.

Обозначения в системах связи

Оптическая связь в ближней ИК-области технически подразделяется на ряд полос частот. Это связано с различными источниками света, поглощающими и передающими материалами (волокнами) и детекторами. К ним относятся:

О-диапазон 1,260-1,360 нм.
Е-диапазон 1,360-1,460 нм.
S-диапазон 1,460-1,530 нм.
C-диапазон 1,530-1,565 нм.
L-диапазон 1,565-1,625 нм.
U-диапазон 1,625-1,675 нм.

Термография

Термография, или тепловидение – это тип инфракрасного изображения объектов. Поскольку все тела излучают в ИК-диапазоне, а интенсивность радиации увеличивается с температурой, для ее обнаружения и получения снимков можно использовать специализированные камеры с ИК-датчиками. В случае очень горячих объектов в ближней инфракрасной или видимой области, этот метод называется пирометрией.

Термография не зависит от освещения видимым светом. Следовательно, можно «видеть» окружающую среду даже в темноте. В частности, теплые предметы, в том числе люди и теплокровные животные, хорошо выделяются на более холодном фоне. Инфракрасная фотография ландшафта улучшает отображение объектов в зависимости от их теплоотдачи: голубое небо и вода кажутся почти черными, а зеленая листва и кожа ярко проявляются.

Исторически термография широко использовалась военными и службами безопасности. Кроме того, она находит множество других применений. Например, пожарные используют ее, чтобы видеть сквозь дым, находить людей и локализовать горячие точки во время пожара. Термография может выявить патологический рост тканей и дефекты в электронных системах и схемах из-за их повышенного выделения тепла. Электрики, обслуживающие линии электропередач, могут обнаружить перегревающиеся соединения и детали, что сигнализирует о нарушении их работы, и устранить потенциальную опасность. При нарушении теплоизоляции специалисты-строители могут увидеть утечки тепла и повысить эффективность систем охлаждения или обогрева. В некоторых автомобилях высокого класса тепловизоры устанавливаются для помощи водителю. С помощью термографических изображений можно контролировать некоторые физиологические реакции у людей и теплокровных животных.

Внешний вид и способ работы современной термографической камеры не отличаются от таковых у обычной видеокамеры. Возможность видеть в инфракрасном спектре является настолько полезной функцией, что возможность записи изображений часто является опциональной, и модуль записи не всегда доступен.

Другие изображения

В ИК-фотографии ближний инфракрасный диапазон захватывается с помощью специальных фильтров. Цифровые фотоаппараты, как правило, блокируют ИК-излучение. Однако дешевые камеры, у которых нет соответствующих фильтров, способны «видеть» в ближнем ИК-диапазоне. При этом обычно невидимый свет выглядит ярко-белым. Особенно это заметно во время съемки вблизи освещенных инфракрасных объектов (например, лампы), где возникающие помехи делают снимок блеклым.

Также стоит упомянуть Т-лучевую визуализацию, которая представляет собой получение изображения в дальнем терагерцовом диапазоне. Отсутствие ярких источников делает такие снимки технически более сложными, чем большинство других методов ИК-визуализации.

Светодиоды и лазеры

Искусственные источники инфракрасного излучения включают, помимо горячих объектов, светодиоды и лазеры. Первые представляют собой небольшие недорогие оптоэлектронные устройства, изготовленные из таких полупроводниковых материалов, как арсенид галлия. Они используются в качестве оптоизоляторов и в качестве источников света в некоторых системах связи на основе волоконной оптики. Мощные ИК-лазеры с оптической накачкой работают на основе двуокиси и окиси углерода. Они используются для инициации и изменения химических реакций и разделения изотопов. Кроме того, они применяются в лидарных системах определения дистанции до объекта. Также источники инфракрасного излучения используются в дальномерах автоматических самофокусирующих камер, охранной сигнализации и оптических приборах ночного видения.

ИК-приемники

К приборам обнаружения ИК-излучения относятся термочувствительные устройства, такие как термопарные детекторы, болометры (некоторые из них охлаждаются до температур, близких к абсолютному нулю, чтобы снизить помехи от самого детектора), фотогальванические элементы и фотопроводники. Последние изготавливаются из полупроводниковых материалов (например, кремния и сульфида свинца), электрическая проводимость которых увеличивается при воздействии инфракрасных лучей.

Обогрев

Инфракрасное излучение используется для нагрева – например, для отопления саун и удаления льда с крыльев самолетов. Кроме того, оно все чаще применяется для плавления асфальта во время укладки новых дорог или ремонта поврежденных участков. ИК-излучение может использоваться при приготовлении и подогреве пищи.

Связь

ИК-длины волн применяются для передачи данных на небольшие расстояния, например, между компьютерной периферией и персональными цифровыми помощниками. Эти устройства обычно соответствуют стандартам IrDA.

ИК-связь обычно используется внутри помещений в районах с высокой плотностью населения. Это наиболее распространенный способ дистанционного управления устройствами. Свойства инфракрасных лучей не позволяют им проникать сквозь стены, и поэтому они не взаимодействуют с техникой в соседних помещениях. Кроме того, ИК-лазеры используются в качестве источников света в оптоволоконных системах связи.

Спектроскопия

Инфракрасная радиационная спектроскопия – это технология, используемая для определения структур и составов (главным образом) органических соединений путем изучения пропускания ИК-излучения через образцы. Она основана на свойствах веществ поглощать определенные его частоты, которые зависят от растяжения и изгиба внутри молекул образца.

Характеристики инфракрасного поглощения и излучения молекул и материалов дают важную информацию о размере, форме и химической связи молекул, атомов и ионов в твердых телах. Энергии вращения и вибрации квантуются во всех системах. ИК-излучение энергии hν, испускаемое или поглощаемое данной молекулой или веществом, является мерой разности некоторых внутренних энергетических состояний. Они, в свою очередь, определяются атомным весом и молекулярными связями. По этой причине инфракрасная спектроскопия является мощным инструментом определения внутренней структуры молекул и веществ или, когда такая информация уже известна и табулирована, их количества. ИК-методы спектроскопии часто используются для определения состава и, следовательно, происхождения и возраста археологических образцов, а также для обнаружения подделок произведений искусства и других предметов, которые при осмотре под видимым светом напоминают оригиналы.

Польза и вред инфракрасных лучей

Длинноволновое ИК-излучение применяется в медицине с целью:

нормализации артериального давления путем стимуляции кровообращения;
очищения организма от солей тяжелых металлов и токсинов;
улучшения кровообращения мозга и памяти;
нормализации гормонального фона;
поддержания водно-солевого баланса;
ограничения распространения грибков и микробов;
обезболивания;
снятия воспаления;
укрепления иммунитета.

Вместе с тем ИК-излучение может нанести вред при острых гнойных заболеваниях, кровотечениях, острых воспалениях, болезнях крови, злокачественных опухолях. Неконтролируемое продолжительное воздействие ведет к покраснению кожи, ожогам, дерматиту, тепловому удару. Коротковолновые ИК-лучи опасны для глаз – возможно развитие светобоязни, катаракты, нарушений зрения. Поэтому для отопления должны применяться исключительно источники длинноволнового излучения.

Ежедневно человек находится под влиянием инфракрасного излучения и естественным его источником является солнце. Элементы накаливания и разные электронагревательные приборы относят к неестественным производным . Данная радиация применяется в системах отопления, инфракрасных лампах, обогревательных устройствах, пультах к телевизору, медицинском оборудовании. Поэтому всегда необходимо знать, какая польза и вред инфракрасного излучения для человека.

Инфракрасное излучение: что это

В 1800 году английский физик открыл инфракрасное тепло, разложив солнечный свет в спектр с помощью призмы . Уильям Гершель прикладывал термометр к каждому цвету, пока не заметил повышение температуры при переходе от фиолетового цвета к красному. Таким образом, была открыта область ощущения тепла, но она не видна человеческому взору. Различают излучение по двум основным параметрам: частоту (интенсивность) и длину луча. В то же время длина волны делится на три типа: ближняя (от 0,75 до 1,5 мкм), средняя (от 1,5 до 5,6 мкм), дальняя (от 5,6 до 100 мкм).

Именно длинноволновая энергия обладает положительными свойствами, соответствуя природному излучению человеческого тела с наибольшей длиной волны в 9,6 мкм. Поэтому каждое внешнее воздействие тело воспринимает как «родное». Самым лучшим примером ультракрасного излучения является тепло Солнца. Такой луч имеет отличие в том, что он нагревает объект, а не пространство вокруг него. Инфракрасное излучение – это вариант раздачи тепла .

Польза инфракрасного излучения

Приборы, в которых используется длинноволновое тепловое излучение, воздействуют двумя разными способами на человеческий организм. Первый метод обладает укрепляющим свойством, повышая защитные функции и предотвращая раннее старение. Этот тип позволяет справиться с разными заболеваниями, повышая природную защиту организма к недугам. Это одна из форм лечения, которая основывается на поддержании здоровья и подходит для применения в домашних условиях и медицинских учреждениях.

Второй вид влияния ультракрасных лучей заключается в прямом лечении заболеваний и общих недомоганий. Ежедневно человек сталкивается с расстройствами, связанными со здоровьем. Поэтому длинные излучатели обладают терапевтическим свойством. Во многих лечебных заведениях Америки, Канады, Японии, странах СНГ и Европы применяется такое излучение. Волны способны глубоко проникать в тело, прогревая внутренние органы и костную систему. Эти эффекты способствуют улучшению кровообращения и ускорению потоку жидкостей в организме.

Повышенная циркуляция крови благотворно влияет на метаболизм человека, ткани насыщаются кислородом, а мышечная система получает питание . Многие болезни можно устранить регулярным воздействием излучения, проникающего глубоко в человеческое тело. Такая длина волны избавит от таких недугов, как:

повышенное или пониженное давление;
болевые ощущения в области спины;
лишний вес, ожирение;
заболевания сердечно-сосудистой системы;
депрессивное состояние, стресс;
нарушения работы пищеварительного тракта;
артрит, ревматизм, невралгия;
артроз, воспаление суставов, судороги;
недомогание, слабость, истощение;
бронхит, астма, воспаление легких;
расстройство сна, бессонница;
мышечные и поясничные боли;
проблемы с кровоснабжением, циркуляцией крови;
оториноларингологические заболевания без гнойных отложений;
недуги кожных покровов, ожоги, целлюлит;
почечная недостаточность;
простудные и вирусные недуги;
снижение защитной функции организма;
интоксикация;
цистит и простатит обостренной формы;
холецистит без образования камней, гастродуоденит.

Положительное влияние излучения основывается на том, что когда волна попадает на кожный покров, она действует на окончания нервов и возникает ощущение тепла . Свыше 90% радиации уничтожается влагой, находящейся в верхнем слое кожи, она не вызывает ничего больше чем повышения температуры тела. Спектр воздействия, длина которого составляет 9,6 мкм, абсолютно безопасен для человека.

Истории наших читателей

Владимир
61 год

Излучение стимулирует кровообращение, приводя в норму кровяное давление и обменные процессы. При снабжении мозговых тканей кислородом снижается риск появления головокружения и улучшается память. Ультракрасный луч способен вывести соли тяжелых металлов, холестерин и токсины. Во время терапии у больного повышается иммунитет, нормализуется гормональный фон и восстанавливается водно-солевой баланс. Волны снижают действие разных ядовитых химических веществ, обладают противовоспалительным свойством, подавляют образование грибков, включая плесневых.

Применение инфракрасного излучения

Ультракрасная энергия используется в разных областях, положительно влияя на человека:

Термография. С помощью инфракрасного излучения определяется температура предметов, находящихся на расстоянии. В основном тепловые волны используются в военных и промышленных сферах. Нагретые объекты с таким прибором можно увидеть без освещения.
Обогрев. Ультракрасные лучи способствуют повышению температуры, благотворно сказываясь на человеческом здоровье . Помимо полезных инфракрасных саун, их применяют для сварки, отжига пластмассовых предметов, отверждения поверхностей в промышленной и медицинской сфере.
Слежение. Этот способ использования тепловой энергии заключается в пассивном наведении ракет. В этих летательных элементах внутри находится механизм, называемый «тепловым искателем». Машины, самолеты и другой транспорт, а также люди излучают тепло, помогая ракетам найти правильное направление полета.
Метеорология. Излучение помогает спутникам определиться с расстоянием, на котором находятся облака, определяет их температуру и вид . Теплые облака показываются серым цветом, а холодные – белым. Данные изучаются без помех как днем, так и ночью. Земная горячая плоскость будет обозначена серым или черным цветом.
Астрономия. Астрономы оснащены уникальными приборами – инфракрасными телескопами, позволяющими наблюдать за разными объектами в небе. Благодаря им ученые способны найти протозвезды до того, как они начнут излучать свет, видимый человеческому глазу. Такой телескоп с легкостью определит холодные объекты, но в просматриваемом инфракрасном спектре нельзя увидеть планеты из-за заглушающего света от звезд. Также устройство используется для наблюдения за ядрами галактик, которые закрывает газ и пыль.
Искусство. Рефлектограммы, которые работают на основе инфракрасного излучения, помогают специалистам в этой сфере детальнее рассмотреть нижние слои предмета или наброски художника. Этот метод позволяет сопоставить чертежи рисунка и его видимую часть для выяснения подлинности картины, и была ли она на реставрации. Ранее устройство приспосабливалось для изучения старых документов в письменном виде и изготовления чернил.

Это лишь основные методы использования тепловой энергии в науке, но ежегодно появляется новое оборудование, работающее на его основе.

Вред инфракрасного излучения

Инфракрасный свет приносит не только положительное действие на человеческий организм, стоит помнить о вреде, который он может нанести при неправильном применении и быть опасными для окружающих. Именно ИК-диапазоны с короткой длиной волны негативно воздействуют . Плохое влияние инфракрасного излучения на организм человека проявляется в виде воспаления нижних слоев кожи, расширенных капилляров и образования волдырей.

От использования ИК-лучей необходимо сразу отказаться при таких болезнях и симптомах:

заболевания кровеносной системы, кровотечения;
хроническая или острая форма гнойных процессов;
беременность и лактация;
злокачественные опухоли;
легочная и сердечная недостаточность;
острые воспаления;
эпилепсия;
при продолжительном влиянии ИК-излучения повышается риск развития светобоязни, катаракты и других заболеваний глаз.

Сильное воздействие инфракрасной радиации приводит к покраснению кожи и возникновению ожога. У рабочих в сфере металлургии иногда наблюдается развитие теплового удара и дерматита. Чем меньше расстояние пользователя к обогревательному элементу, тем меньше времени он должен проводить возле устройства. Перегревание тканей мозга на один градус и тепловой удар сопровождается такими симптомами, как тошнота, головокружение, тахикардия, потемнение в глазах. При повышении температуры на два и выше градуса существует риск развития менингита.

Если под воздействием инфракрасного излучения случился тепловой удар, следует незамедлительно поместить пострадавшего в прохладном помещении и снять с него всю одежду, которая сжимать или стесняет движения. Повязки, смоченные в холодной воде, или мешочки со льдом прикладываются на область груди, шеи, паха, лба, позвоночника и подмышек.

При отсутствии мешочка для льда, можно использовать для этих целей любую ткань или предмет одежды. Компрессы делаются лишь с очень холодной водой, периодически смачивая в ней повязки.

При возможности человек полностью оборачивается холодной простыней. Дополнительно можно обдувать больного потоком холодного воздуха, используя вентилятор. Обильное питье холодной воды поможет облегчить состояние пострадавшего. При тяжелых случаях облучения требуется вызвать скорую помощь и сделать искусственное дыхание.

Как избежать вредного влияния ИК-волн

Чтобы защитить себя от негативного воздействия тепловых волн, необходимо придерживаться некоторых правил:

Если работа напрямую связана с высокотемпературными нагревателями, то требуется использование защитной одежды для оберегания тела и глаз .
С особой осторожностью применяются бытовые обогреватели, у которых открытые нагревательные элементы. Нельзя находиться близко возле них и лучше сократить время их влияния к минимуму.
В помещении должны располагаться такие устройства, которые наименее воздействуют на человека и его здоровье.
Не стоит долго находиться под солнечными лучами . Если изменить это нельзя, то нужно постоянно носить головной убор и одежду, прикрывающую открытые участки тела. В особенности это относится к детям, которые не всегда могут определить повышение температуры тела.

При соблюдении этих правил человек сможет защититься от неприятных последствий чрезмерного теплового влияния. Инфракрасные лучи могут принести как вред, так и пользу при определенном их применении.

Методы лечения

Терапия с помощью инфракрасного цвета делится на два типа: местная и общая. При первом типе отмечается локальное воздействие на тот или иной участок, а при общем лечении волны обрабатывают весь организм человека. Процедура проводится два раза в день по 15-30 минут. Курс лечения составляет от 5 до 20 сеансов. Необходимо обязательно надевать защитные средства при излучении. Для глаз используются картонные накладки или специальные очки. После процедуры на коже появляется покраснение с размытыми границами, которое пропадает по истечении часа после воздействия лучей . Инфракрасное излучение в медицине очень ценится.

Высокая интенсивность излучения может причинить вред здоровью, поэтому нужно следовать всем противопоказаниям.

Тепловая энергия ежедневно сопровождает человека в повседневной жизни. Инфракрасное излучение приносит не только пользу, но и вред . Поэтому требуется к ультракрасному свету относиться осторожно. Устройства, которые излучают эти волны, должны использоваться по правилам безопасности. Многие не знают, вредно ли тепловое воздействие, но при правильном применении приборов можно улучшить состояние здоровья человека и избавиться от тех или иных заболеваний.

Гамма-излучение Ионизирующее Реликтовое Магнито-дрейфовое Двухфотонное Спонтанное Вынужденное

Инфракра́сное излуче́ние - электромагнитное излучение , занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1-2 мм).

Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Например, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ = 1 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50 % излучения Солнца; инфракрасное излучение испускают некоторые лазеры. Для его регистрации пользуются тепловыми и фотоэлектрическими приемниками, а также специальными фотоматериалами .

Сейчас весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:

коротковолновая область: λ = 0,74-2,5 мкм;
средневолновая область: λ = 2,5-50 мкм;
длинноволновая область: λ = 50-2000 мкм;

Последнее время длинноволновую окраину этого диапазона выделяют в отдельный, независимый диапазон электромагнитных волн - терагерцовое излучение (субмиллиметровое излучение).

Инфракрасное излучение также называют «тепловым » излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне. Инфракрасное излучение испускают возбуждённые атомы или ионы.

История открытия и общая характеристика

Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году английским астрономом У. Гершелем . Занимаясь исследованием Солнца, Гершель искал способ уменьшения нагрева инструмента, с помощью которого велись наблюдения. Определяя с помощью термометров действия разных участков видимого спектра, Гершель обнаружил, что «максимум тепла» лежит за насыщенным красным цветом и, возможно, «за видимым преломлением». Это исследование положило начало изучению инфракрасного излучения.

Ранее лабораторными источниками инфракрасного излучения служили исключительно раскаленные тела либо электрические разряды в газах. Сейчас на основе твердотельных и молекулярных газовых лазеров созданы современные источники инфракрасного излучения с регулируемой или фиксированной частотой. Для регистрации излучения в ближней инфракрасной-области (до ~1,3 мкм) используются специальные фотопластинки. Более широким диапазоном чувствительности (примерно до 25 мкм) обладают фотоэлектрические детекторы и фоторезисторы . Излучение в дальней ИК-области регистрируется болометрами - детекторами, чувствительными к нагреву инфракрасным излучением .

ИК-аппаратура находит широкое применение как в военной технике (например, для наведения ракет), так и в гражданской (например, в волоконно-оптических системах связи). В качестве оптических элементов в ИК-спектрометрах используются либо линзы и призмы, либо дифракционные решетки и зеркала. Чтобы исключить поглощение излучения в воздухе, спектрометры для дальней ИК-области изготавливаются в вакуумном варианте .

Поскольку инфракрасные спектры связаны с вращательными и колебательными движениями в молекуле, а также с электронными переходами в атомах и молекулах, ИК-спектроскопия позволяет получать важные сведения о строении атомов и молекул, а также о зонной структуре кристаллов .

Применение

Медицина

Инфракрасные лучи применяются в физиотерапии .

Дистанционное управление

Инфракрасные диоды и фотодиоды повсеместно применяются в пультах дистанционного управления , системах автоматики, охранных системах, некоторых мобильных телефонах (инфракрасный порт) и т. п. Инфракрасные лучи не отвлекают внимание человека в силу своей невидимости.

Интересно, что инфракрасное излучение бытового пульта дистанционного управления легко фиксируется с помощью цифрового фотоаппарата .

При покраске

Инфракрасные излучатели применяют в промышленности для сушки лакокрасочных поверхностей. Инфракрасный метод сушки имеет существенные преимущества перед традиционным, конвекционным методом. В первую очередь это, безусловно, экономический эффект. Скорость и затрачиваемая энергия при инфракрасной сушке меньше тех же показателей при традиционных методах.

Стерилизация пищевых продуктов

С помощью инфракрасного излучения стерилизируют пищевые продукты с целью дезинфекции.

Антикоррозийное средство

Инфракрасные лучи применяются с целью предотвращения коррозии поверхностей, покрываемых лаком.

Пищевая промышленность

Особенностью применения ИК-излучения в пищевой промышленности является возможность проникновения электромагнитной волны в такие капиллярно-пористые продукты, как зерно, крупа, мука и т. п. на глубину до 7 мм. Эта величина зависит от характера поверхности, структуры, свойств материала и частотной характеристики излучения. Электромагнитная волна определённого частотного диапазона оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на продукт, способствует ускорению биохимических превращений в биологических полимерах (крахмал , белок , липиды). Конвейерные сушильные транспортёры с успехом могут использоваться при закладке зерна в зернохранилища и в мукомольной промышленности.

Кроме того, инфракрасное излучение повсеместно применяют для обогрева помещений и уличных пространств. Инфракрасные обогреватели используются для организации дополнительного или основного отопления в помещениях (домах, квартирах, офисах и т. п.), а также для локального обогрева уличного пространства (уличные кафе, беседки, веранды).

Недостатком же является существенно большая неравномерность нагрева, что в ряде технологических процессов совершенно неприемлемо.

Проверка денег на подлинность

Инфракрасный излучатель применяется в приборах для проверки денег. Нанесенные на купюру как один из защитных элементов, специальные метамерные краски возможно увидеть исключительно в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные детекторы валют являются самыми безошибочными приборами для проверки денег на подлинность. Нанесение на купюру инфракрасных меток, в отличие от ультрафиолетовых, фальшивомонетчикам обходится дорого и соответственно экономически невыгодно. Потому детекторы банкнот со встроенным ИК излучателем, на сегодняшний день, являются самой надежной защитой от подделок.

Опасность для здоровья

Сильное инфракрасное излучение в местах высокого нагрева может вызывать опасность для глаз. Наиболее опасно, когда излучение не сопровождается видимым светом. В таких местах необходимо надевать специальные защитные очки для глаз.

См. также

Другие способы теплопередачи

Способы регистрации (записи) ИК-спектров.

Примечания

Ссылки

Электромагнитный спектр
γ-излучение \| рентген \| УФ \| видимый свет \| ИК \| терагерцевое излучение \| микроволны \| радиоволны
Видимый спектр	фиолетовый \| синий \| голубой \| зелёный \| жёлтый \| оранжевый \| красный
Микроволны	W \| V \| Q \| K a \| \| K u \| \| \| \|
Радиоволны	КВЧ/EHF \| СВЧ/SHF \| УВЧ/UHF \| ОВЧ/VHF \| ВЧ/HF \| СЧ/MF \| НЧ/LF \| ОНЧ/VLF \| ИНЧ/ULF \| СНЧ/SLF \| КНЧ/ELF

Занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной полны l, ок. 0,76 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (l~1-2 мм). Верх, граница И. и. определяется чувствительностью человеческого глаза к видимому излучению, а нижняя - условна, т. к. ИК-диапазон перекрывается радиодиапазоном длин волн. ИК-область спектра обычно делят на ближнюю (0,76-2,5 мкм), среднюю (2,5-50 мкм) и далёкую (50-2000 мкм). И. и. подчиняется всем законам оптики и относится к оптич. излучению. И. и. не видимо глазом, но создаёт ощущение тепла и поэтому часто наз. тепловым. Спектр И. и. может состоять из отд. линий, полос или быть непрерывным в зависимости от испускающего его источника. Линейчатые

Рис. 1. Инфракрасный спектр излучения ртути. 1-12 - спектральные линии, длины волн которых в мкм равны: 1 - 1,014; 2 - 1,129; 3 - 1,357; 4 - 1,367; 5 - 1,395; 6 - 1,530; 7 - 1,692; 8 - 1,707 и 1,711; 9 - 1,814; 10 - 1,970; 11 - 2,249; 12 - 2,326.

ИК-спектры испускают возбуждённые атомы или ионы при переходах между близко расположенными электронными уровнями энергии (рис. 1; см. Атомные спектры ).Полосатые ИК-спектры наблюдаются в спектрах испускания возбуждённых молекул, возникающих при переходах между колебат. и вращат. уровнями энергии, - колебат. и вращат. спектры (см. Молекулярные спектры ).Колебат. и колебательно-вращат. спектры расположены гл. обр. в средней, а чисто вращательные - в далёкой ИК-области. Непрерывный ИК-спектр излучают нагретые твёрдые и жидкие тела. Абс. и относит, доля И. и. нагретого твёрдого тела зависит от его темп-ры. При темп-pax ниже 500 К излучение почти целиком расположено в ИК-области (тело кажется тёмным). Однако полная энергия излучения при таких темп-pax мала. При повышении темп-ры доля излучения в видимой области увеличивается, тело становится тёмно-красным, затем красным, жёлтым и, наконец, при темп-pax выше 5000 К белым; при этом вместе с полной энергией излучения растёт и энергия И. п. Строгая зависимость энергии излучения нагретых тел от темп-ры существует только для абсолютно чёрного тела . всех диапазонов длин

Рис. 2. Кривые излучения абсолютно чёрного тела Л и вольфрама В при температуре 2450 °К. Заштрихованная часть - излучение вольфрама в ИК-области; интервал 0,4-0,74 мкм - видимая область.

волн реальных тел меньше, чем излучение абсолютно чёрного тела той же темп-ры, и может носить селективный характер. Напр., излучение накалённого вольфрама в ИК-области отличается от излучения чёрного тела больше, чем в видимой области спектра (рис. 2). Излучение Солнца близко к излучению абсолютно чёрного тела с темп-рои около 6000 8К, причём около 50% энергии излучения расположено в ИК-области. Распределение энергии излучения человеческого тела в ИК-области близко к распределению энергии чёрного излучения с максимумом при l~9,5 мкм.

Источники И. и . Наиболее распространённые источники И. и.- лампы накаливания с вольфрамовой нитью мощностью до 1 кВт, 70-80% излучаемой энергии к-рых приходится на ИК-диапазон (они используются, напр., для сушки и нагрева), а также угольная электрич. дуга, газоразрядные лампы, электрич. спирали из нихромовой проволоки. Для ИК-фотографии и в нек-рых ИК-приборах (напр., приборах ночного видения) для выделения И. и. применяют ИК-светофильтры. В науч. исследованиях (напр., в инфракрасной спектроскопии )применяют разл. спец. источники И. и. в зависимости от области спектра. Так, в ближней ИК-области (l=0,76-2,5 мкм) источником И. и. служит ленточная вольфрамовая лампа, в средней ИК-области (2,5-25 мкм) - штифт Нернста и глобар, в области l~20 -100 мкм - платиновая полоска, покрытая тонким слоем окислов нек-рых редкоземельных металлов; в далёкой ИК-области (100-1600 мкм) - ртутная кварцевая лампа высокого давления. Источниками И. и. являются не-к-рые ИК-лазеры: лазер на ниодимовом стекле (l=1,06 мкм), гелий-неоновый лазер (l=1,15 мкм и 3,39 мкм), СО-лазер (l~5,08-6,66 мкм), СО 2 -лазер (l~9,12-11,28 мкм), лазер на парах воды (l~118,6 мкм), HCN-лазер (l~773 мкм), хим. лазер на смеси Н 2 и С1 2 (l~3,7-3,8 мкм), на GaAs (l~0,83-0,92 мкм), InSb (l~4,8-5,3 мкм), (Pb, Sn) Те (l~6,5-32 мкм) и др. Многие ИК-лазеры могут работать в режиме перестраиваемой частоты излучения.

Методы обнаружения и измерения И. и . основаны на преобразовании энергии И. и. в др. виды энергии, методы регистрации к-рых хорошо разработаны. В тепловых приёмниках поглощённое И. и. вызывает повышение темп-ры термочувствит. элемента, к-рое тем или иным способом регистрируется. Тепловые приёмники могут работать практически во всей области И. и. В фотоэлектрич. приёмниках поглощённое И. и. приводит к появлению или изменению электрич. тока или . Такие приёмники в отличие от тепловых селективны, т. е. чувствительны лишь в определ. ИК-области спектра (см. Приёмники оптического излучения) . Мн. фотоэлектрич. приёмники И. и. особенно для средней и далёкой ИК-области спектра работают лишь в охлаждённом состоянии. В качестве приёмников И. и. также используются приборы, основанные на усилении или тушении люминесценции , под действием И. и., а также т. н. антистоксовы люминофоры (см. Антистоксова люминесценция ),непосредственно преобразующие И. и. в видимое (люминофор с ионами Yb и Еr преобразует излучение l=1,06 мкм в видимое с l=0,7 мкм). Спец. фотоплёнки и пластинки - инфрапластинки - также чувствительны к И. н. (до l=1,3 мкм). Существуют также спец. приборы, к-рые позволяют путём регистрации собств. теплового И. и. получить распределение темп-ры по поверхности объекта, т. е. его тепловое (или температурное) изображение. Это т. н. тепловое изображение можно преобразовать в видимое изображение, в к-ром яркость видимого изображения в отд. точках пропорциональна темп-ре соответствующих точек объекта. Изображение, полученное в этих приборах, не является ИК-изображением в обычном смысле, т. к. даёт лишь картину распределения темн-ры на поверхности объекта. Приборы визуализации И. и. делятся на несканирующие и сканирующие. В первых И. и. регистрируется непосредственно на фотоплёнке или люминесцентном экране, а также на экране с помощью электроннооптических преобразователей (ЭОП) или эвапорографов. К сканирующим приборам относятся тепловизоры или термографы с оптико-механич. сканированием объекта. Область чувствительности ЭОП определяется чувствительностью к И. и. и не превышает l=1,3 мкм. Эвапорографы и тепловизоры могут быть использованы в средней ИК-области, и потому они позволяют получать тепловое изображение низкотемпературных тел. Существуют также методы параметрич. преобразования И. и. в видимое излучение при смешивании И. и. с лазерным излучением в оптически нелинейных кристаллах (см. Параметрический генератор света ).

Оптические свойства веществ в ИК-области спектра (прозрачность, коэф. отражения, коэф. преломления), как правило, значительно отличаются от оптич. свойств в видимой и УФ-областях спектра. Мн. вещества, прозрачные в видимой области, оказываются непрозрачными в нек-рых областях И. и., и наоборот. Напр., слой

воды толщиной в неск. см непрозрачен для И. и. с l>1 мкм (поэтому вода часто используется как теплозащитный фильтр), пластинки германия и кремния, непрозрачные в видимой области, прозрачны для И. и. (германий для l>1,8 мкм, кремний для l>1,0 мкм). Чёрная бумага прозрачна в далёкой ИК-области. Вещества, прозрачные для И. и. и непрозрачные в видимой области, используются в качестве светофильтров для выделения И. и.

Рис. 3. Отражение инфракрасного излучения от щёлочно-галоидных кристаллов.

Поглощение И. и. для большинства веществ в тонких слоях носит селективный характер в виде относительно узких областей - полос поглощения. Нек-рые вещества, гл. обр. монокристаллы, даже при толщине до неск. см прозрачны в достаточно больших определённых диапазонах ИК-спектра. В табл. приведена длинноволновая граница l г пропускания нек-рых материалов, применяемых в ИК-области спектра для изготовления призм, линз, окон и пр. оптич. деталей (материалы, помеченные звёздочкой, гигроскопичны). Полиэтилен, парафин, тефлон, алмаз прозрачны для l>100 мкм (пропускание более 50% при толщине 2 мм). Отражат. способность для И. и. у большинства металлов значительно больше, чем для видимой области, и возрастает с увеличением l И. и. (см. Металлооптика ).Напр., коэф. отражения Al, Au, Ag, Сu в области l=10 мкм достигает 98%. Жидкие и твёрдые неметаллич. вещества обладают в ИК-области селективным отражением, причём положение максимумов отражения зависит от хим. состава вещества. У нек-рых

Рис. 4. Кривая пропускания атмосферы в области l=0,6-14 мкм. "Окна" прозрачности в области l@2,0-2,5 мкм; 3,2-4,2 мкм; 4,5-5,2 мкм; 8,0-13,5 мкм. Полосы поглощения с максимумами при l@0,93; 1,13; 1,40; 1,87; 2,74; 6,3 мкм принадлежат парам воды; при l=2,7, 4,26 и 15,0 мкм - углекислому газу и при l@9,5 мкм - озону.

кристаллов коэф. отражения в максимуме селективного отражения (рис. 3) достигает больших значений (до 80%), и поэтому пластинки из таких кристаллов могут служить отражат. фильтрами для выделения определ. областей И. и. (т. н. метод остаточных лучей). Прозрачность земной атмосферы для И. и. (так же как и для видимого и УФ-излучения) играет большую роль в процессе теплового радиац. обмена между излучением Солнца, падающим на Землю, и И. и. Земли в мировое пространство (обратное излучение Земли расположено гл. обр. в области спектра с максимумом ок. 10 мкм), а также существенна при практич. использовании И. и. (для связи, в ИК-фотографии, для применения И. и. в военном деле и т. д.). Проходя через земную атмосферу, И. и. ослабляется в результате рассеяния (см. Рассеяние света )и поглощения. Азот и кислород воздуха не поглощают И. и., а ослабляют его лишь в результате рассеяния, к-рое значительно меньше, чем для излучения видимого света (т. к. коэф. рассеяния ~l - 4). Пары воды, СО 2 , озона и др. примеси, имеющиеся в атмосфере, селективно поглощают И. и. Особенно сильно поглощают И. и. пары воды, полосы поглощения к-рых расположены почти во всей ИК-области спектра (рис. 4). Благодаря сильному поглощению И. и. земной атмосферой лишь небольшая часть обратного И. и. Земли выходит за пределы атмосферы, т. е. атмосфера служит теплоизолирующей оболочкой, препятствующей охлаждению Земли. Наличие в атмосфере частиц дыма, пыли, мелких капель воды (дымка, туман) приводит к дополнит, ослаблению И. и. в результате рассеяния на этих частицах, причём величина рассеяния зависит от соотношения размеров частиц и длины волны И. и.

Применение ИК-излучения . И. н. находит широкое применение в науч. исследованиях, при решении большого числа практич. задач, в военном деле и пр. Исследование спектров испускания и поглощения веществ в ИК-области является дополнением к исследованиям в видимой и УФ-областях и используется при изучении структуры электронной оболочки атомов, определения структуры молекул, а также для качеств, и количеств. спектрального анализа . Широкое применение для изучения структуры атомов и молекул н элементного состава вещества нашли ИК-лазеры (особенно с перестраиваемой частотой; см. Лазерная спектроскопия ). Благодаря особенностям взаимодействия И. и. с веществом ИК-фотография имеет ряд преимуществ перед фотографией в видимом излучении. Так, в результате меньшего ослабления И. и. вследствие рассеяния при прохождении через дымку и небольшой туман и при использовании инфраплёнок и ИК-светофильтров удаётся получить ИК-фотографии предметов, удалённых на расстояние в сотни км. Фотографии одного и того же объекта, полученные в И. и. и в видимом свете, вследствие различия коэф. отражения и пропускания объекта могут значительно различаться, и на ИК-фотографии можно увидеть детали, невидимые на обычной фотографии и непосредственно глазом, что используется при фотографировании земной поверхности со спутников Земли, в ботанике, медицине, криминалистике, аэрофоторазведке и т. д. На ИК-фотографиях отд. участков неба часто можно увидеть большее число звёзд, туманностей и др. объектов, чем на обычных фотографиях. Фотографирование в И. и. можно производить и в полной темноте при облучении объектов И. и. В пром-сти И. и. используются для сушки (в т. ч. локальной) разл. материалов и изделий. На основе электронно-оптич. преобразователей, чувствительных к И. и., созданы различного рода приборы ночного видения (бинокли, прицелы и др.), позволяющие при облучении наблюдаемых объектов И. и. от спец. источников со светофильтрами вести наблюдение или прицеливание в полной темноте. Эвапорографы и тепловизоры применяются в пром-сти для обнаружения перегретых участков машин или электронных приборов, для получения температурных карт местности и т. д. Создание высокочувствит. приёмников И. и. (напр., болометров или охлаждаемых фотосопротивлений) позволило построить теплопеленгаторы для обнаружения и пеленгации объектов, темп-pa к-рых выше темп-ры окружающего фона (нагретые трубы кораблей, двигатели самолётов и др.), по их собств. тепловому И. и. Созданы также системы самонаведения на цель снарядов и ракет. ИК-локаторы и дальномеры позволяют обнаружить в темноте любые объекты и измерять расстояния до них. ИК-лазеры используются также для наземной и космич. связи. Лит.: Леконт Ж., Инфракрасное излучение, пер. с франц., М., 1958; Соловьев С. М., Инфракрасная фотография, М., I960; Оптические материалы для инфракрасной техники. [Справочник], М., 1965; Козелкин В. В., Усольцев И. Ф., Основы инфракрасной техники, 3 изд., М., 1985; Марков М. Н., Приемники инфракрасного излучения, М., 1968; Приёмники инфракрасного излучения, пер. с франц., М., 1969; Xадсон Р., Инфракрасные системы, пер. с англ., М., 1972; Ллойд Д ж., Системы тепловидения, пер. с англ., М., 1978; Левитин И. Б., Применение инфракрасной техники в народном хозяйстве. Л., 1981; Гибсон X., Фотографирование в инфракрасных лучах, пер. с англ., М., 1982. В . И. Малышев.

ВВЕДЕНИЕ

Несовершенство собственной природы, компенсируемое гибкостью интеллекта, непрерывно толкало человека к поиску. Желание летать как птица, плавать как рыба, или, скажем, видеть ночью подобно кошке, воплощались в действительность по мере достижения требуемых знаний и технологий. Научные изыскания часто подстегивались нуждами военной деятельности, а результаты определялись существующим технологическим уровнем.

Расширение диапазона зрения для визуализации недоступной для глаз информации является одной из наиболее трудных задач, так как требует серьезной научной подготовки и значительной технико-экономической базы. Первые успешные результаты в этом направлении были получены в 30-х годах XX века. Особенную актуальность проблема наблюдения в условиях низкой освещенности приобрела в ходе Второй мировой войны.

Естественно, усилия, затраченные в этом направлении, привели к прогрессу в научных исследованиях, медицине, техники связи и других областях.

ФИЗИКА ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Инфракрасное излучение - электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны (=
м) и коротковолновым радиоизлучением(=
м).Открыто инфракрасное излучение было в 1800 г. английским ученым У. Гершелем. Спустя 123 года после открытия инфракрасного излучения советский физик А.А. Глаголева-Аркадьева получила радиоволны с длиной волны равной приблизительно 80 мкм, т.е. располагающиеся в инфракрасном диапазоне длин волн. Это доказало, что свет, инфракрасные лучи и радиоволны имеют одинаковую природу, все это лишь разновидности обычных электромагнитных волн.

Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как что все тела, твердые и жидкие, нагретые до определенной температуры излучают энергию в инфракрасном спектре.

ИСТОЧНИКИ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ОБЪЕКТОВ

Инфракрасное излучение баллистических ракет и космических объектов

Инфракрасное излучение самолетов

Инфракрасное излучение надводных кораблей

Факел маршевого

двигателя, предста- вляющий собой поток горящих газов, несущих взвешенные твердые частицы золы и сажи, которые образуются при сгорании ракетного топлива.

Корпус ракеты.

Земля, которая отражает часть солнечных лучей, попавших на нее.

Сама Земля.

Отраженное от планера самолета излучение Солнца, Земли, Луны и других источников.

Собственное тепловое излучение удлинительной трубы и сопла турбореак-тивного двигателя или выхлопных патрубков поршневых двигателей.

Собственное тепловое излу-чение струи выхлопных газов.

Собственное тепловое излучение обшивки самолета, возникающее за счет аэродина-мического нагрева при полете с большими скоростями.

Кожух дымовой трубы.

Выхлопное

отверстие дымовой трубы

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

1. Проходит через некоторые непрозрачные тела, также сквозь дождь,

дымку, снег.

2. Производит химическое действие на фотопластинки.

3. Поглощаясь веществом, нагревает его.

4. Вызывает внутренний фотоэффект у германия.

5. Невидимо.

6. Способно к явлениям интерференции и дифракции.

7. Регистрируют тепловыми методами, фотоэлектрическими и

фотографическими.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

Собственное Отраженное Ослабление Физические

тепловое объектами ИК ИК излучения особенности ИК

излучение излучение в атмосфере излучения фонов

Характе-ристики	Осн. понятия
Собствен-ное тепловое излуче-ние нагретых тел	Фундаментальное понятие - абсолютно черное тело. Абсолютно черным телом называется тело, поглощающее все падающие на него излучения на любых длинах волн. Распределение интенсивности излучения черного тела (з/н Планка): ,где -спектральная яркость излучения при температуре Т,-длина волны в мкм, С1 и С2 - постоянные коэффициенты: С1=1,19* Втмкмсмср, С2=1,44 мкм*град. Максимумдлины волны(закон Вина): , где Т-абсолютная температура тела. Интегральная плотность излучения- закон Стефана - Больцмана:
Отраженное объек-тами ИК излуче-ние	Максимум солнечного излучения, определяющий отраженную составляющую, соответствует длинам волн короче 0,75 мкм, а 98% всей энергии излучения Солнца приходится на участок спектра до 3 мкм. Часто эту длину волны считают граничной, разделяющей отраженную (солнечную) и собственную составляющие ИК излучения объектов. Следовательно, можно принять, что в ближней части ИК спектра (до 3 мкм) определяющей является отраженная составляющая и распределение лучистости по объектам зависит от распределения коэффициента отражения и облученности. Для дальней части ИК спектра определяющим является собственное излучение объектов, а распределение лучистости по их площади зависит от распределения коэффициентов излучения и температуры. В средневолновой части ИК спектра необходимо учитывать все четыре параметра.
Ослабле-ние ИК излуче-ния в атмосфе-ре	В ИК-диапазоне длин волн имеется несколько окон прозрачности и зависимость пропускания атмосферы от длины волны имеет весьма сложный вид. Ослабление ИК излучения определяется полосами поглощения водяных паров и газовых составляющих, главным образом углекислого газа и озона, а также явлениями рассеивания излучения. Смотреть рисунок «Поглощение ИК излучения».
Физи-ческие особен-ности ИК излуче-ния фонов	ИК излучение имеет две составляющие: собственное тепловое излучение и отраженное (рассеянное) излучение Солнца и других внешних источников. В диапазоне длин волн короче 3 мкм доминирует отраженное и рассеянное солнечное излучение. В этом диапазоне длин волн, как правило, можно пренебречь собственным тепловым излучением фонов. Наоборот, в диапазоне длин волн более 4 мкм преобладает собственное тепловое излучение фонов и можно пренебречь отраженным (рассеянным) солнечным излучением. Диапазон длин волн 3-4 мкм является как бы переходным. В этом диапазоне наблюдается ярко выраженный минимум яркости фоновых образований.

ПОГЛОЩЕНИЕ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ

Спектр пропускания атмосферы в ближней и средней инфракрасной области (1,2-40 мкм) на уровне моря (нижняя кривая на графиках) и на высоте 4000 м (верхняя кривая); в субмиллиметровом диапазоне (300-500 мкм) излучение до поверхности Земли не доходит.

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЧЕЛОВЕКА

С древних времен люди хорошо знали благотворную силу тепла или, говоря научным языком, инфракрасного излучения.

В инфракрасном спектре есть область с длинами волн примерно от 7 до 14 мкм(так называемая длинноволновая часть инфракрасного диапазона), оказывающая на организм человека по - настоящему уникальное полезное действие. Эта часть инфракрасного излучения соответствует излучению самого человеческого тела с максимумом на длине волны около 10 мкм. Поэтому любое внешнее излучение с такими длинами волн наш организм воспринимает как «своё». Самый известный естественный источник инфракрасных лучей на нашей Земле - это Солнце, а самый известный на Руси искусственный источник длинноволновых инфракрасных лучей - это русская печь, и каждый человек обязательно испытывал на себе их благотворное влияние. Приготовление пищи с помощью инфракрасных волн делает пищу особенно вкусной, сохраняет витамины и минералы, при этом не имеет ничего общего с микроволновыми печами.

Воздействуя на организм человека в длинноволновой части инфракрасного диапазона, можно получить явление, называемое «резонансным поглощением», при котором внешняя энергия будет активно поглощаться организмом. В результате этого воздействия повышается потенциальная энергия клетки организма, и из нее уходит не связанная вода, повышается деятельность специфических клеточных структур, растет уровень иммуноглобулинов, увеличивается активность ферментов и эстрогенов, происходят и другие биохимические реакции. Это касается всех типов клеток организма и крови.

ОСОБЕННОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ В ИК ДИАПАЗОНЕ

Инфракрасные изображения имеют непривычное для наблюдателя распределение контрастов между известными предметами вследствии иного распределения оптических характеристик поверхностей объектов в ИК диапазоне по сравнению с видимой частью спектра. ИК излучения позволяют обнаружить на ИК снимках предметы, не заметные на обычных фотоснимках. Можно выявлять участки поврежденных деревьев и кустарников, а также вскрывать факты использования свежесрезанной растительности для маскировки объектов. Различная передача тонов на изображениях, привела к созданию так называемой многозональной съемки, при которой один и тот же участок плоскости предметов одновременно фотографируется в разных зонах спектра многозональной камерой.

Другая особенность ИК изображений, свойственная тепловым картам, состоит в том, что в их формировании кроме отраженного излучения участвует и собственное, а в ряде случаев лишь оно одно. Собственное излучение определяется излучательной способностью поверхностей предметов и их температурой. Это дает возможность выявлять на тепловых картах нагретые поверхности или их участки, совершенно не обнаруживающиеся на фотоснимках, и использовать тепловые изображения как источник информации о температурном состо-янии предмета.

ИК изображения позволяют получать информацию и об объектах, которые уже отсутствуют в момент съемки. Так, например, на поверхности площадки в месте стоянки самолета сохраняется в течение некоторого времени его тепловой портрет, который может быть зарегистрирован на ИК снимке.

Четвертой особенностью тепловых карт является возможность регистрации объектов как при отсутствии падающего излучения, так и при отсутствии температурных перепадов; только за счет различий в излучательной способности их поверхностей. Это свойство позволяет наблюдать объекты в полной темноте и в таких условиях, когда темпе-ратурные различия выравнены до невоспринимаемых. В таких условиях особенно четко выявляются неокрашенные металлические поверхности, имеющие низкую излучательную способность, на фоне неметаллических предметов, выглядящих более светлыми ("темными"), хотя их температуры одинаковы.

Еще одна особенность тепловых карт связана с динамичностью тепловых процессов, протекающих в течение суток В связи с естественным суточным ходом температур все предметы на земной поверхности участвуют в постоянно протекающем теплообменном процессе. При этом температура каждого тела зависит от условий теплообмена, физических свойств окружающей среды, собственных свойств данного объекта (теплоемкость, теплопроводность) и др. В зависимости от этих факторов соотношение температур смежных предметов изменяется в течение суток, поэтому тепловые карты, полученные в разное время даже от одних и тех же объектов, отличаются друг от друга.

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В двадцать первом веке началось внедрение инфракрасных излучений в нашу жизнь. Теперь оно находит применение в промышленности и в медицине, в быту и сельском хозяйстве. Оно универсально и может применяться для самых разнообразных целей. Используют в криминалистике, в физиотерапии, в промышленности для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины, фруктов. Получают изображения предметов в темноте, приборах ночного видения (ночные бинокли), тумане.

Приборы ночного видения - история поколений

Нулевое поколение
«Стакан Холста»	Трех- и двухэлектродная системы
	Фотокатод Манжета Фокусирующий электрод
	середина 30-х годов
вательском центре фирмы "Филипс", Голландия	За рубежом - Зворыкин, Фарнсворд, Мортон и фон Арденна; в СССР - Г.А. Гринберг, А.А. Арцимович
Этот ЭОП представлял собой два вложенных друг в друга стакана, на плоские донышки которых и наносились фотокатод и люминофор. Приложенное к этим слоям высоковольтное напряжение, создавало электростатическое поле, обеспечивающее прямой перенос электронного изображения с фотокатода на экран с люминофором. В качестве фоточувствительного слоя в "стакане Холста" использовался серебряно-кислородно-цезиевый фотокатод, имевший довольно низкую чувствительность, хотя и работоспособный в диапазоне до 1,1 мкм. К тому же, этот фотокатод обладал высоким уровнем шумов, для устранения которых требовалось охлаждение до минус 40 °С.	Достижения электронной оптики позволили заменить прямой перенос изображения фокусировкой электростатическим полем. Наибольшим недостатком ЭОП с электростатическим переносом изображения является резкий спад разрешающей способности от центра поля зрения к краям из-за несовпадения криволинейного электронного изображения с плоским фотокатодом и экраном. Для решения этой проблемы их стали делать сферическими, что существенно усложнило конструкцию объективов, рассчитываемых обычно на плоские поверхности.
Первое поколение
Многокаскадные ЭОП


СССР, М.М. Бутслов фирмами RCA, ITT (США), Philips (Нидерланды)
На базе волоконно-оптических пластин (ВОП), представляющих собой пакет из множества светодиодов, были разработаны плосковогнутые линзы, которые и стали устанавливать взамен входного и выходного окон. Оптическое изображение, спроецированное на плоскую поверхность ВОП, без искажений передается на вогнутую сторону, что и обеспечивает сопряжение плоских поверхностей фотокатода и экрана с криволинейным электронным полем. В результате применения ВОП разрешающая способность стала по всему полю зрения такой же, как и в центре.
Второе поколение
Вторично-эмиссионный усилитель		Псевдобинокуляр
1- фотокатод 3- микроканальная пластина 4– экран
		В 70-е годы
фирмами США		фирма "Praxitronic" (ФРГ)
Этот элемент представляет собой сито с регулярно расположенными каналами диаметром около 10 мкм и толщиной не более 1 мм. Число каналов равно числу элементов изображения и имеет порядок 10 6 . Обе поверхности микроканальной пластины (МКП) полируются и металлизируются, между ними прикладывается напряжение в несколько сотен вольт. Попадая в канал, электрон испытывает соударения со стенкой и выбивает вторичные электроны. В тянущем электрическом поле этот процесс многократно повторяется, позволяя получить коэффициент усиления NxlO 4 раз. Для получения каналов МКП используется разнородное по химическому составу оптическое волокно.		Были разработаны ЭОП с МКП бипланарной конструкции, то есть без электростатической линзы, своего рода технологический возврат к прямому, как и в "стакане Холста", переносу изображения. Полученные миниатюрные ЭОП позволили разработать очки ночного видения (ОНВ) псевдобинокулярной системы, где изображение с одного ЭОП разводится на два окуляра с помощью светоделительной призмы. Оборот изображения здесь осуществляется в дополнительных мини-объективах.
Третье поколение
ЭОП П + и SUPER II +
начато в 70-х годах до нашего времени
в основном американские компании
Длительная научная разработка и сложная технология изготовления, определяющие высокую стоимость ЭОП третьего поколения, компенсируется предельно высокой чувствительностью фотокатода. Интегральная чувствительность некоторых образцов достигает 2000 мА/Вт, квантовый выход (отношение числа эмитированных электронов к числу падающих на фотокатод квантов с длиной волны в области максимальной чувствительности) превышает 30%! Ресурс таких ЭОП составляет около 3 000 часов, стоимость от 600 до 900$, в зависимости от конструкции.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭОП

Поколения ЭОП		Тип фото-катода	Интегральная чувствитель-ность,	Чувствитель-ность на длинах волн 830-850	Коэффи-циент усиления,	Доступная дальность распознования фигуры человека в условиях естественной ночной освещенности, м
	"Стакан Холста"			около 1, ИК подсветка
				только при свете луны или ИК осветителе
				только при свете луны или ИК осветителе






	Super II + или II ++

Инфракрасное излучение - электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от
м до
м.В качестве источника инфракрасного (ИК) излучения может рассматриваться любое тело (газообразное, жидкое, твердое) с температурой выше абсолютного нуля (-273°С). Зрительный анализатор человека не воспринимает лучи в инфракрасном диапазоне. Поэтому видовые демаскирующие признаки в этом диапазоне добываются с помощью специальных приборов (ночного видения, тепловизоров), имеющих худшее разрешение, чем глаз человека. В общем случае к демаскирующим признакам объекта в ИК-диапазоне относятся следующие: 1)геометрические характеристики внешнего вида объекта (форма, размеры, детали поверхности); 2) температура поверхности. Инфракрасные лучи абсолютно безопасны для организма человека в отличие от рентгеновских, ультрафиолетовых или СВЧ. Нет такой области, где бы не пригодился природный метод передачи тепла. Ведь всем известно, умнее природы человеку не стать, мы можем лишь подражать ей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Курбатов Л.Н. Краткий очерк истории разработок приборов ночного видения на основе электронных оптических преобразователей и усилителей изображения// Вопр. Оборон. Техники. Сер. 11. - 1994

2. Кощавцев Н.Ф., Волков В.Г. Приборы ночного видения//Вопр. Оборон. Техники. Сер. П.- 1993 - Вып. 3 (138).

3. Леконт Ж., Инфракрасное излучение. М.: 2002. 410 с.

4. Меньшаков Ю.К., М51 Защита объектов и информации от технических средств разведки. М.: Российск. Гос. Гуманит. У-т, 2002. 399 с.