Klicken Sie auf eine der Strahlungsarten, um mehr über die jeweilige Wechselwirkung mit Materie zu erfahren. Die verschiedenen Bereiche des elektromagnetischen Spektrums haben unterschiedliche Wirkungen auf Materie. Für den niederfrequenten Radiowellenbereich ist der menschliche Körper ziemlich transparent. (Sie können zuhause Radio empfangen, weil die Wellen ungehindert durch die Wände und auch durch Sie gehen.) Geht man weiter von Mikrowellen über den Infrarotbereich zum sichtbaren Licht, so absorbiert Ihr Körper mehr und mehr der Stahlung. Im unteren Ultraviolettbereich wird alle UV-Strahlung der Sonne in einer dünnen Schicht unter der Haut absorbiert. Geht man weiter bis zum Röntgenbereich, so wird der Körper wieder transparent, weil dort kaum noch Absorptionsmechanismen wirken. Man absorbiert nur noch einen Bruchteil der Strahlung, der dann allerdings schädliche Ionisationsprozesse hervorruft. Jeder Bereich des elektromagnetischen Spektrums hat Energien passend für die Anregung von bestimmten physikalischen Prozessen. Die Energieniveaus für atomare und molekulare Prozesse sind gequantelt. Wenn die Energie der einfallenden Quanten nicht passend zu den Abständen der Energieniveaus vorliegt, ist das Material transparent für diese Strahlung.

Elektromagnetisches Spektrum mit physiologischen Effekten

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Wechselwirkungen mit Mikrowellen

Die Quantenenergie der Mikrowellenphotonen liegt im Bereich zwischen 0.00001 bis 0.001 eV , im Bereich der Quantenzustände für Rotation und Torsion von Molekülen. Die Wechselwirkung mit Materie (außer mit metallischen Leitern) verursacht Rotation der Moleküle und somit Wärme, infolge der Bewegung der Moleküle. Leiter absorbieren Mikrowellen und Strahlung niedriger Frequenzen, da elektrische Ströme (die das Material aufheizen) erzeugt werden. Die meisten Materialien, den menschlichen Körper eingeschlossen, sind größtenteils transparent für Mikrowellen. Hochintensive Mikrowellen, wie in Mikrowellenöfen, passieren die Lebensmittel mehrere Millionen Mal und erwärmen diese, indem sie die Moleküle zu Rotation und Torsion anregen. Da die Quantenenergien eine Millionen mal geringer sind, als bei Röntgenstrahlung, können Mikrowellen nicht ionisieren und die charakteristischen Strahlenschäden, wie sie bei Ionisierender Strahlung auftreten, hervorrufen.

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Wechselwirkung mit Infrarotlicht

Die Quantenenergie von infraroten Photonen liegt zwischen 0.001 und 1.7 eV, im Bereich der Energiedifferenzen der Quantenzustände von Molekülschwingungen. Infrarotstrahlung wird stärker als Mikrowellenstrahlung absorbiert, jedoch weniger als das sichtbare Licht. Die Absporption von Infrarot führt zur Erwärmung des Gewebes, aufgrund erhöhten Molekülschwingungen. Infrarote Strahlung durchdringt die Haut nicht weiter als sichtbares Licht und kann daher zu photographischen Aufnahmen von unter der Haut gelegenen Blutgefäßen genutzt werden.

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Wechselwirkungen mit sichtbarem Licht

Der hauptsächlich auftretende Mechanismus für die Absorption von Photonen des sichtbaren Lichts ist die Anregung von Elektronen in höhere Energiezustände. Da es viele mögliche Zustände gibt, wird Licht im hohen Maße absorbiert. Mit einer starken Lichtquelle kann man sehen, dass rotes Licht durch eine Hand oder Hautfalte transmittiert wird. Dies zeigt, dass das rote Ende des Spektrums nicht so stark wie das violette absorbiert wird.

Sichtbarem Licht ausgesetzt zu sein führt zu Erwärmung, jedoch nicht zur risikoreichen Ionisation. Durch die Fenster in einem Auto mag man zwar erwärmt werden, einen Sonnenbrand hingegen kann man nicht bekommen - dies liegt daran, dass das höherfrequente UV-Licht von Glas nicht durchgelassen wird.

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Wechselwirkungen mit Ultraviolettem Licht


Das nahe Ultraviolett wird in den oberen Hautschichten durch Elektronenübergänge sehr stark absorbiert. Bei höheren Energien wird die Ionisationsenergie vieler Moleküle erreicht und der gefährlichere Prozess der Photoionisation setzt ein. Sonnenbrand ist hauptsächlich ein Effekt der UV-Strahlung und Ionisation verursacht das Risiko für eine Hautkrebserkrankung.

Die Ozonschicht der oberen Atmosphäre ist wichtig für die menschliche Gesundheit, da sie das meiste der gefährlichen UV-Strahlung der Sonne absorbiert. Die höheren Frequenzen im Ultravioletten liefern ionisierende Strahlung, die gefährliche physiologische Effekte, von Sonnenbrand bis hin zu Hautkrebs verursachen können.

Gesundheitliche Bedenken bei Bestrahlung mit UV treten in einem Wellenlängenbereich von 290-330 nm auf, UVB genannt. Laut Scotto, u.a. ist die Wellenlänge, die am stärksten Sonnenbrand verursacht etwa 297nm. Ihre Forschungen deuten darauf hin, dass die biologischen Auswirkungen sich logarithmisch im UVB-Bereich vergrößern, so dass 330nm nur 0,1% der biologischen Auswirkungen von 297nm haben. Daher ist es wichtig ein besonderes Augenmerk auf die UVB Bestrahlung zu legen.

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Literatur
Scotto, u.a.
 
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Da die Quantenenergien der Röntgenphotonen viel zu hoch sind für eine Absorption, durch Elektronenübergänge zwischen Energieniveaus, können sie mit einem Elektron nur wechselwirken, indem sie es aus dem Atom komplett rausschlagen. Das bedeutet, dass alle Röntgenstrahlung als ionisierende Strahlung eingestuft wird. Entweder wird die gesamte Energie an das Elektron abgegeben (Photoionisation), oder ein Teil wird an das Elektron abgegeben und der Rest als niederenergetisches Photon (Comptonstreuung). Bei ausreichend hohen Energien können die Röntgenphotonen ein Elektron-Positron-Paar erzeugen.

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