Promieniowanie cieplne, promieniowanie termiczne, strumień energii
fal elektromagnetycznych emitowanych przez ciało znajdujące się w temperaturze większej od
zera bezwzględnego.

W zależności od temperatury ciała w promieniowaniu cieplnym dominować może promieniowanie o różnej
długości fal (od
kwantów gamma w przypadku wczesnego Wszechświata do mikrofal w przypadku ciał o temperaturze kilku K, najczęściej jest to jednak
promieniowanie podczerwone lub
światło).

Podstawowe własności
emisji i 
absorpcji promieniowania cieplnego przez ciała opisują
prawa promieniowania Kirchhoffa. Zależność całkowitego natężenia promieniowania cieplnego od temperatury ciała opisuje
prawo Stefana-Boltzmanna.

Rozkład długości fal promieniowania cieplnego (dla
ciała doskonale czarnego w danej temperaturze) opisuje
prawo promieniowania Plancka. Długość fali odpowiadająca maksimum natężenia promieniowania cieplnego opisuje
prawo Wiena.

Promieniowanie cząstkowe korpuskularne, ruch cząstek materii. Zależnie od rodzaju tych cząstek i 
energii kinetycznej ich ruchu właściwości promieniowań są różne.

Przykładami promieniowania cząstkowo korpuskularnego są:
promieniowanie alfa,
promieniowanie beta oraz promieniowanie neutronowe.

Promieniowanie elektromagnetyczne, zaburzenia pola elektromagnetycznego (
fale elektromagnetyczne) rozchodzące się w próżni z 
prędkością światła, polegające na poprzecznym (wzajemnie do siebie i do kierunku rozchodzenia się fali) drganiu wektorów natężeń pól magnetycznego i elektrycznego.

Zgodnie z zasadą
dualizmu korpuskularno-falowego fale te można traktować jak strumienie
fotonów. Promieniowanie elektromagnetyczne może mieć charakter
promieniowania cieplnego lub inny: np.
promieniowanie hamowania,
synchrotronowe promieniowanie.

Promieniowanie hamowania,
promieniowanie rentgenowskie lub
gamma emitowane przez cząstkę naładowaną podczas jej wnikania do materii. Promieniowanie hamowania powstaje w wyniku oddziaływania cząstki z 
polami elektrostatycznymi
jąder i 
elektronów w materii. Powstawanie promieniowania hamowania wykorzystuje się do uzyskiwania intensywnych wiązek promieniowania rentgenowskiego w 
lampach rentgenowskich.

Promieniowanie hamowania powstaje też jako uboczne promieniowanie w lampach kineskopowych (np. w telewizorze), lecz jego natężenie jest małe i równie mała jest jego szkodliwość.

Promieniowanie korpuskularne, strumień
cząstek elementarnych,
jonów, atomów cząsteczek itp. (np.
alfa promieniowanie,
beta promieniowanie). Ze względu na falowo-korpuskularny charakter wszystkich obiektów mikroświata (
dualistyczna natura promieniowania) termin promieniowanie korpuskularne ma głównie znaczenie historyczne.

Charakterystyczne promieniowanie,
promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie rentgenowskim, odkryte przez
Ch.G Barkla. Każdy
pierwiastek, pobudzany do emitowania
promieniowania rentgenowskiego wysyła
kwanty promieni X o ściśle określonych, sobie właściwych (stąd: charakterystycznych) energiach.

Promieniowanie charakterystyczne wykorzystuje się w metodach analiz chemicznych (np. PIXE). Zjawisko to znajduje proste wyjaśnienie na gruncie fizyki kwantowej.

Odpowiadają mu przejścia promieniste
elektronów z wysokich poziomów energetycznych na najbardziej wewnętrzne
orbitale elektronowe.

Gamma promieniowanie, strumień
kwantów gamma. W otaczającym nas środowisku istnieje naturalne tło promieniowania gamma, którego źródłem są pierwiastki gamma promieniotwórcze zawarte w 
skorupie ziemskiej oraz
promieniowanie kosmiczne.

Widmo promieniowania gamma pierwiastków promieniotwórczych ma charakter dyskretny, tj. obserwuje się oddzielne
linie widmowe, energia odpowiadająca tym liniom pozwala indentyfikować promieniującą substancję.

Tylko 272 ze znanych około trzech tysięcy rodzajów jąder atomowych (
jądro atomowe) ma zadziwiającą własność: są stabilne czyli nie ulegają spontanicznie rozpadowi. Pozostałe rozpadają się, czyli są promieniotwórcze. Typowemu rozpadowi towarzyszy emisja jednego z dwóch rodzajów promieniowania jądrowego: alfa lub beta (
alfa rozpad,
beta rozpad,
alfa promieniowanie,
beta promieniowanie). Często powstała w wyniku rozpadu konfiguracja neutronów i protonów w nowym jądrze atomowym posiada pewien nadmiar energii potencjalnej. Nowe jądro pozbywa się jej emitując natychmiast po swoim powstaniu kwant promieniowania gamma (
gamma promieniowanie) unoszący tą energię. Czasem emisja kwantu gamma jest utrudniona przez pewne prawa kwantowej fizyki i zachodzi po pewnym czasie. Wtedy mówimy o tzw. przejściu izomerycznym lub rozpadzie gamma. Przy rozpadach alfa i beta jądra zmieniają się w jądra innych pierwiastków, przy tzw. rozpadzie gamma pozostaje jądrem tego samego pierwiastka. Wyjątkowym rozpadem jest
rozszczepienie spontaniczne, w którym jądro rozpada się na dwa fragmenty będące też jądrami atomowymi i emituje
neutrony. Podstawowy opis zjawiska rozpadu promieniotwórczego nie zależy od rodzaju rozpadu.

Zanim nie nastąpi rozpad jądro promieniotwórcze nie różni się od jądra stabilnego, bez przeszkód wchodzi więc w skład atomu. Nie można przewidzieć momentu rozpadu danego jądra atomu, a prawdopodobieństwo jego rozpadu jest stałe w czasie, praktycznie niezależne od żadnych czynników zewnętrznych i ściśle określone dla danego rodzaju jądra. Określa się je symbolem λ i nosi nazwę stałej rozpadu (
rozpadu stała).

Stałość prawdopodobieństwa rozpadu danego rodzaju jądra (
izotopu promieniotwórczego) prowadzi do tego, że ilość rozpadów zachodzących w jednostce czasu w zbiorze jednakowych atomów promieniotwórczych (
aktywność źródła promieniotwórczego) jest proporcjonalna do liczby nierozpadniętych jeszcze atomów pozostających w tym zbiorze. Matematycznie zależność tą opisuje prawo
rozpadu promieniotwórczego. Zgodnie z nim aktywność źródła promieniotwórczego spada wykładniczo. Tempo spadku aktywność charakteryzuje tzw. czas połowicznego zaniku (lub czas połowicznego rozpadu) T_1/2 równy T_1/2 = ln(2)/λ, gdzie λ - stała rozpadu. Jest to czas, po którym ilość atomów danego izotopu promieniotwórczego (aktywność źródła) spada do połowy swojej początkowej wartości. Czasy połowicznego zaniku różnych izotopów promieniotwórczych różnią się znacznie.

Jonizujące promieniowanie, rodzaj
promieniowania przenikliwego, strumień wysokoenergetycznych
fotonów (
promieniowanie gamma lub
promieniowanie rentgenowskie) albo cząstek naładowanych (np.
elektronów czyli
cząstek beta,
cząstek alfa,
protonów,
jonów itp.).

Cząstki promieniowania jonizującego oddziałują elektromagnetycznie z atomami ośrodka, przez co przekazują część swojej energii elektronom ośrodka powodując
jonizację.

Kanalikowe promieniowanie, strumień jonów dodatnich przedostających się na zewnątrz katody przez wydrążenia w niej kanalików (stąd nazwa). Promieniowanie kanalikowe widoczne jest dzięki świeceniu spowodowanemu
rekombinacją z 
elektronami.

Jony tworzące promieniowanie kanalikowe przy przejściu przez skrzyżowane pola magnetyczne i elektryczne ulegają rozseparowaniu przestrzennemu ze względu na stosunek e/m (
spektrometria masowa).

Pierwszymi badaczami promieniowania kanalikowego byli
W. Thomson (Kelvin) i 
F.W. Aston.

Kosmiczne promieniowanie, strumień
jąder atomowych,
kwantów gamma i 
neutronów docierających do
Ziemi z przestrzeni kosmicznej (tzw. promieniowanie kosmiczne pierwotne) oraz innych cząstek, wytwarzanych przez promieniowanie kosmiczne pierwotne w 
reakcjach jądrowych z jądrami atomów gazów atmosferycznych (tzw. promieniowanie kosmiczne wtórne). Oprócz
cząstek elementarnych w reakcjach tych (głównie w reakcjach spalacji) tworzone są tzw. kosmogenne izotopy promieniotwórcze (np. ¹⁴C, ⁷Be, ¹⁰Be, ²²Na itd.).

Średnia energia cząstek promieniowania pierwotnego wynosi 10 GeV, maksymalne energie są miliard razy większe. Łączny średni strumień pierwotnego promieniowania kosmicznego wynosi ok. 1400 cząstek na m² na sekundę i na steradian, przy czym są to głównie jądra wodoru, tj.
protony, stanowią one ok. 93% cząstek.

Promieniowanie pierwotne ma mieszane pochodzenie, jego głównymi źródłami są: centrum
Galaktyki, otoczki gwiazd
supernowych (np. mgławice planetarne), obiekty pozagalaktyczne i 
Słońce. W promieniowaniu wtórnym obserwuje się wszystkie rodzaje cząstek elementarnych, kolejne oddziaływania wysokoenergetycznych cząstek i cząstek wtórnych tworzą, w zależności od rodzaju padających cząstek, tzw. lawiny hadronowe (
hadrony) lub tzw. lawiny elektromagnetyczne (kwanty gamma i pary
negaton z 
pozytonem).

Natężenie i skład wtórnego promieniowania kosmicznego zależy wyraźnie od wysokości n.p.m. oraz, w wyniku oddziaływania z ziemskim polem magnetycznym, od szerokości geograficznej. W pobliże powierzchni Ziemi dociera głównie składowa mionowa (
mion). Roczna dawka skuteczna otrzymywana od promieniowania kosmicznego (suma wszystkich rodzajów cząstek) dla przeciętnego mieszkańca Ziemi wynosi 0,37 mSv.

Promieniowanie kosmiczne odkrył (1910) Teodor Wulf (fizyk francuski, jezuita), pierwszymi badaczami (m.in. w eksperymentach balonowych) byli:
V. Hess (od 1911),
R.A. Millikan, W. Kolhörster i in. Najwięcej odkryć dokonano w tej dziedzinie w latach 1925-1965, np. odkryto wiele cząstek elementarnych (m.in. pozyton,
hiperony,
mezony π i K, mion, itd.).

Podczerwone promieniowanie, promieniowanie infraczerwone, niewidzialne
promieniowanie elektromagnetyczne, formalnie zaliczane do fal świetlnych, o 
długości fali od 760 nm do 2000 µm. Emitowane jest przez rozgrzane ciała.

Wykorzystuje się je w badaniach strukturalnych (
spektroskopia widma cząsteczek organicznych), w lecznictwie (
diatermia), a także do obserwacji w ciemności (
noktowizor, czujniki alarmowe) i w biologii. Promieniowanie podczerwone odkrył w 1800
F.N. Herschel.

Rentgenowskie promieniowanie, promieniowanie X, rodzaj promieniowania elektromagnetycznego (
fale elektromagnetyczne) o długości fali zawartej w przedziale od 0,1 pm do ok. 50 nm, tj. pomiędzy
promieniowaniem gamma i 
ultrafioletowym, przy czym zakres promieniowania rentgenowskiego pokrywa się częściowo z niskoenergetycznym (tzw. miękkim) promieniowaniem gamma - rozróżnienie wynika z mechanizmu wytwarzania promieniowania: promieniowanie rentgenowskie powstaje przy przejściach
elektronów na wewnętrzne
powłoki elektronowe atomu, natomiast promieniowanie gamma w przemianach energetycznych zachodzących w 
jądrze atomowym.

Promieniowanie rentgenowskie może mieć zarówno widmo liniowe (
promieniowanie charakterystyczne,
Moseleya prawo, przy czym energia niesiona przez kwant charakterystycznego promieniowania X wyraża się wzorem hν=E_i-E_f, gdzie: h -
stała Plancka, E_i, E_f, - odpowiednio energia stanu początkowego i końcowego elektronu w atomie), jak i widmo ciągłe (powstające jako
promieniowanie hamowania w procesie oddziaływania cząstki naładowanej z materią,
lampa rentgenowska).

Promieniowanie rentgenowskie wykorzystuje się w badaniach strukturalnych (
rentgenowska analiza strukturalna,
Braggów-Wulfa warunek,
lauegram) oraz do badania pierwiastkowego składu chemicznego (
rentgenowska analiza widmowa). Ponadto promieniowanie rentgenowskie szeroko stosuje się w diagnostyce medycznej. Promieniowanie rentgenowskie odkrył w 1895
W.C. Roentgen.

Ultrafioletowe promieniowanie, ultrafiolet, nadfiolet, uv,
promieniowanie elektromagnetyczne (świetlne) o 
częstotliwościach pomiędzy zakresem światła widzialnego (
światło,
fale elektromagnetyczne) a 
promieniowaniem rentgenowskim: odpowiada długości fali od 390 do ok. 10 nm (granica pomiędzy promieniowaniem ultrafioletowym a rentgenowskim jest umowna), dzieli się na ultrafiolet tzw. bliski (390-190 nm) i daleki (190-10 nm).

Ultrafioletowe promieniowanie, choć niewidzialne, ma silne działanie fotochemiczne - przy długości fali poniżej 300 nm wywołuje już
jonizację i jest zabójcze dla organizmów żywych. Znaczne ilości promieniowania ultrafioletowego emituje Słońce - Ziemię chroni przed nim warstwa ozonowa, pochłaniająca promieniowanie ultrafioletowe o długości fali poniżej 285 nm, a także powietrze, które pochłania całkowicie promieniowanie ultrafioletowe w zakresie ultrafioletu dalekiego.

Izotop, odmiana
atomów
pierwiastka chemicznego o określonej liczbie
neutronów N=A-Z (gdzie: A -
liczba masowa, Z -
liczba atomowa równa liczbie
protonów). Różne izotopy danego pierwiastka różnią się między sobą ilością neutronów N, a więc i masą A (przy stałym Z). Nazwa izotop pochodzi od greckiego "izos topos" - jednakowe miejsce (w
układzie okresowym pierwiastków). Istnienie izotopów odkrył (1913)
J.J. Thomson.

gdzie: E - symbol danego pierwiastka chemicznego, lub zapis skrócony ^AE, przykładowo:

W naturze większość pierwiastków chemicznych występuje jako mieszanina wielu swoich izotopów, przy czym proporcje pomiędzy nimi są z dużą dokładnością stałe. Procentowy udział danego izotopu nosi miano względnej częstości występowania izotopu lub abundancji. Wielkość ta jest charakterystyczna dla jednego źródła pochodzenia materii (
nukleosynteza).

Właściwości chemiczne i fizyczne izotopów jednego pierwiastka są praktycznie identyczne (
izotopowe efekty), istnieją jednak fizyczne metody umożliwiające rozdzielanie izotopów (
spektrometria masowa, wielokrotna
dyfuzja przez porowaty materiał itd.). Wydzielone, tzw. separowane izotopy znajdują zastosowanie w badaniach podstawowych, w produkcji wybranych izotopów promieniotwórczych o wysokiej czystości (np. radiofarmaceutyki), w uzyskiwaniu materiałów rozszczepialnych itd.

Izotopy promieniotwórcze

Rozpad promieniotwórczy

Oprócz 272 stabilnych izotopów wszystkich pierwiastków znanych jest ok. 2000 ich izotopów promieniotwórczych (radioizotopów), o różnych
czasach połowicznego zaniku i rodzajach
rozpadu promieniotwórczego. Izotopy promieniotwórcze stosowane są w wielu dziedzinach badań technicznych (np.: w badaniach przepływów - śledząc z zewnątrz układu przemieszczanie się w nim płynu zawierającego domieszkę izotopu promieniotwórczego, lub w badaniach zużycia materiałów - implantując izotop w elementy konstrukcyjne np. silnika i badając zmiany aktywności tego izotopu w oleju silnikowym w czasie pracy), znajdują zastosowanie w przemyśle (
izotopowe czujniki poziomu,
wagi izotopowe,
izotopowe czujniki przeciwpożarowe), medycynie (radiofarmaceutyki,
zasilacze izotopowe), biologii (śledzenie obiegu i roli
mikroelementów), geologii (radiometryczne metody geologiczne) oraz w badaniach podstawowych (metoda atomów znaczonych, badania
dyfuzji, badania strukturalne itd.).

Izotopy promieniotwórcze stosuje się również (jako źródła promieniotwórcze) do modyfikacji cech przedmiotów naświetlanych: wywoływania
mutacji,
sterylizacji, wywoływania zmian w strukturze polimerów, zabijania tkanek nowotworowych.

Izotopowa waga, izotopowy miernik grubości, radiometryczny przyrząd służący do pomiaru gęstości powierzchniowej. Składa się ze źródła promieniotwórczego, detektora promieniowania (np.
licznika Geigera-Mullera) i przelicznika.

Pomiar polega na wyznaczaniu absorpcji promieniowania (na ogół
beta) w badanym materiale. Odpowiednia
kalibracja przyrządu umożliwia odczytywanie stąd masy absorbenta albo jego grubości (wówczas przyrząd nosi nazwę izotopowego miernika grubości).

Izotopowy czujnik poziomu, radiometryczny przyrząd o konstrukcji będącej uproszczeniem
wagi izotopowej. Na jednej ścianie zbiornika umieszcza się źródło, na przeciwległej ścianie (na tej samej wysokości) znajduje się detektor promieniowania. Podniesienie się poziomu cieczy w zbiorniku ponad poziom źródła i detektora powoduje nagły wzrost absorpcji promieniowania i jest sygnalizowane przez czujnik. Istnieją ponadto izotopowe mierniki poziomu. Źródło umieszcza się wówczas na innym poziomie niż detektor, zmianom poziomu towarzyszy zmiana strumienia cząstek rejestrowanych w detektorze, co dzięki odpowiedniemu wyskalowaniu pozwala odczytywać poziom cieczy.

Izotopowy czujnik przeciwpożarowy, szeroko stosowany w budownictwie sygnalizator dymu. Zawiera alfa-promieniotwórcze izotopy ²³⁸Pu (czujniki starszego typu) lub ²⁴¹Am. Dym po dostaniu się pomiędzy źródło izotopu a detektor zwiększa absorpcje
cząstek alfa, co jest wykrywane przez układ logiczny współpracujący z detektorem. Czujnik automatycznie wysyła do centrum systemu przeciwpożarowego sygnał wykrycia dymu w danym pomieszczeniu.

Izotopowy zasilacz, ogniwo izotopowe, urządzenie jądrowe służące wytwarzaniu energii elektrycznej, nie będące jednak reaktorem jądrowym. Energia elektryczna pochodzi bądź z ciepła wydzielającego się (
zjawisko termoelektryczne) przy absorpcji promieniowania jądrowego (tzw. termiczne zasilacze izotopowe - wówczas stosuje się długożyciowe izotopy czysto alfa-promieniotwórcze, np. ²³⁸Pu), bądź pochodzi wprost z ładunków emitowanych w rozpadach cząstek (tzw. nietermiczne zasilacze izotopowe - tu stosuje się długożyciowe izotopy czysto beta-promieniotwórcze, np. ⁹⁰Sr, ¹⁴⁷Pr).

Mała przenikliwość promieniowania alfa lub beta powoduje, że na ogół nawet w pobliżu zasilacza nie otrzymuje się znaczących dawek. Zasilacze izotopowe stosuje się wszędzie tam, gdzie konieczna jest najwyższa niezawodność zasilania, przy jednoczesnych małych wymaganiach co do mocy, np. w stymulatorach (rozrusznikach) serca, w automatach działających w reżimie długotrwałej autonomiczności, np.
sondy kosmiczne (rodzina amerykańskich zasilaczy SNAP), automatyczne
stacje meteorologiczne znajdujące się w trudno dostępnym terenie (np. stacje arktyczne) itp.

Wskaźnik izotopowy, substancja zawierająca
izotop promieniotwórczy (lub rzadziej szczególnie trwały izotop danego pierwiastka), dodawana do układu, w którym przebiega pewien proces (mechaniczny, chemiczny, biologiczny), po to by śledzić przebieg owego procesu.

Jądrowe reakcje, procesy oddziaływania
jąder atomowych z innymi jądrami lub z 
cząstkami elementarnymi. W trakcie reakcji jądro i oddziałująca cząstka mogą przekazywać sobie energię, pęd, ładunek elektryczny, kręt, itd., przy czym obowiązują odpowiednie zasady zachowania.

Zależnie od rodzaju oddziaływania wyróżnia się rozproszenia elastyczne, nieelastyczne lub głęboko nieelastyczne, wzbudzenia, rozszczepienia, fragmentacje itp.

Jako wyniki reakcji otrzymuje się jądro (lub jądra) wtórne i (zazwyczaj) cząstki elementarne. Prawdopodobieństwo zajścia w danych warunkach danej reakcji określa jej
przekrój czynny.

Stosuje się dwie notacje dla reakcji jądrowych: pełną o postaci a+A=B+c₁+...+c_n+E, gdzie: a i A - substraty reakcji (np. padająca cząstka i jądro), B - nowe, powstałe w wyniku reakcji jądro, c₁,...,c_n - powstałe cząstki, E - wydzielona energia (jeśli energia jest pochłonięta w reakcji, to E<0) oraz tzw. skróconą o postaci A(a,c₁...c_n)B przy oznaczeniach jak wyżej.

Reakcja łańcuchowa

Cząstka obojętna elektrycznie (np.
neutron) może wnikać do jądra (i np. wywoływać rozszczepienie) posiadając nawet bardzo małą energię kinetyczną (
reakcja łańcuchowa). Reakcje jądrowe z udziałem dwóch jąder mogą zachodzić jedynie przy dużych energiach kinetycznych potrzebnych do pokonania odpychającego oddziaływania elektromagnetycznego obu jąder. W tym celu stosuje się
akceleratory cząstek naładowanych.

W naturze reakcje jądrowe zachodzą głównie w 
gwiazdach, gdzie energia ruchu cieplnego (w temperaturach ponad 10⁷K) jest wystarczająca do pokonania odpychania ładunków elektrycznych jąder.

Synteza jądrowa, fuzja jądrowa, proces łączenia się jąder lekkich pierwiastków w jądra cięższych pierwiastków (
nukleosynteza), jądra posiadają dodatni ładunek elektryczny i wzajemnie się odpychają, ich zbliżenie się do siebie na odległości, przy których przyciąganie powodowane przez
oddziaływanie silne przezwycięży to odpychanie najłatwiej osiąga się w wysokich temperaturach (większych niż 10⁷ K), stąd reakcje syntezy jądrowej nazywane są reakcjami termojądrowymi.

W reakcjach syntezy jądrowej wydzielają się znaczne ilości energii, w naturze procesy te odpowiadają za produkcje energii w gwiazdach -
cykl p-p, cykl CNO (
H.A. Bethe). Na Ziemi udaje się przeprowadzić reakcję syntezy jądrowej w skali modelowej (pojedyncze jądra w eksperymentach akceleratorowych), niekontrolowane reakcje wybuchowe (broń termojądrowa), lub w sposób kontrolowany przez bardzo krótki okres czasu (tokomak).

Reakcjami syntezy jądrowej charakteryzującymi się największym
przekrojem czynnym już w stosunkowo niskich energiach są procesy (w nawiasach wydzielana w jednej reakcji energia wyrażona w MeV): ²H+³HT⁴He+n (17,6), = ²H+²HT³H+p (4,0), ²H+³HeT⁴He+p (18,3), ³H+³HT⁴He+²n (11,3), teoretycznie nie można wykluczyć doprowadzenia do syntezy jądrowej poprzez wykorzystanie
efektu tunelowego wraz z obniżeniem odpychającego potencjału jąder przez działanie odpowiednich pól wewnątrz kryształów, stąd poszukiwania tzw.
zimnej fuzji.

---