الأشعة تحت الحمراء

الأشعة تحت الحمراءinfrared rays  أشعة كهرمغنطيسية لها كل خواص الضوء الأساسية  وهى ظواهر الانتشار والانعكاس والانكسار والتداخل والانعراج والاستقطاب. وقد كشفها في عام 1800 الألماني فريدريك ويليام هيرشل  عندما تمكن من تحليل الضوء إلى ألوانه الأساسية من خلال موشور زجاجي، فقاس درجة حرارة مكونات الطيف الملون باستخدام مقياس الحرارة فلاحظ ازدياداً في درجة  الحرارة عند نقل مقياس الحرارة من مجال اللون البنفسجي إلى مجال اللون الأحمر، حيث تبلغ درجة الحرارة القيمة الكبرى في الجزء المظلم الواقع وراء الضوء الأحمر، واستنبط من ذلك  وجود إشعاعات غير مرئية لها خواص الإشعاعات المرئية وتقع بعد الطيف الأحمر. ويصل جزء كبير من طاقة الشمس إلى الأرض على شكل أشعة تحت الحمراء تقع في مجال الطيف اللامرئي، بين الضوء المرئي والموجات المكروية، وأطوال موجاتها أكبر من أطوال موجات الأشعة الحمراء، أي أكبر من 0.73 مكرو متر ولا تتجاوز الـ1000 مكرومتر. ويؤدي امتصاص الأشعة تحت الحمراء وإصدارها دوراً رئيساً في عمليتي التبادل والتنظيم الحراري في جسم الإنسان. ويتعلق هذا الامتصاص والإصدار بالوسط الذي يوجد فيه الإنسان وبالملابس التي يرتديها، فيكون التعرض لجرعة زائدة من هذه الأشعة بالقرب من نار مشتعلة أو بالقرب من أجسام حارة ضاراً، وقد يسبب حروقاً. يقسم مجال طيف الأشعة تحت الحمراء إلى ثلاث مناطق: منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة وتنحصر أطوال موجاتها بين 0.7 و3 مكرومتر، ومنطقة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة وتنحصر موجاتها بين 3 و25 مكرومتر، ومنطقة الأشعة تحت الحمراء البعيدة التي تتجاوز أطوال موجاتها 25 مكرومتر. ويرتبط هذا التقسيم بتطور كواشف هذه الأشعة وطبيعة المواد الداخلة في صناعتها. مصادر الأشعة تحت الحمراء تصدر كل الأجسام التي درجة حرارتها أعلى من درجة حرارة الصفر المطلق، أي أعلى من -372 ْ درجة مئوية أشعة كهرمغنطيسية، وفي حين تكون موجات الأشعة تحت الحمراء الصادرة عن الأجسام الصلبة والسائلة المسخنة ذات أطياف مستمرة، تصبح هذه الموجات ذات أطياف متقطعة عندما تكون صادرة عن الغازات المسخنة. ويستخدم لتوليد حزم قوية من الأشعة تحت الحمراء القريبة والمتوسطة سلك خاص يدعى سلك نرنست  مصنوع من أكاسيد الزركونيوم والايتريوم  ومسخن إلى درجة 2000 ْ مئوية. ويستخدم لتوليد حزم الأشعة تحت الحمراء البعيدة قوس بخار الزئبق تحت ضغط عال، بين 100 و200 ضغط جوي، ضمن غلاف من الكوارتز. ويستخدم اللهب للحصول على أشعة أقل أو أكثر صفاء، ولكن بموجات غير مستمرة. وأخيراً يستخدم لازر الأشعة تحت الحمراء للحصول على منبع طاقة مشعّة واقعة ضمن طيف الأشعة تحت الحمراء، وهي الإشعاعات المعروفة بالإشعاعات المترابطة. استخدامات الأشعة تحت الحمراء : تدخل تطبيقات الأشعة تحت الحمراء مجالات الحياة كافة وتزداد هذه التطبيقات يوماً بعد يوم سواء في المجال السلمي أو في المجال العسكري. الإستخدامات السلميّة( الصناعية) :  ففي المجال السلمي تستخدم الأشعة تحت الحمراء في الصناعة والإنتاج الصناعي على نطاق واسع، وأكثرها شيوعاً التسخين المنزلي والصناعي والذي يتم فيه رفع درجة حرارة المواد المعدنية، بوساطة الغاز أو الكهرباء، لحثها على إصدار حزم شديدة من الأشعة تحت الحمراء. وتستخدم الصناعات المعدنية لازر الأشعة تحت الحمراء في لحم المعادن وقطعها بمختلف أنواعها. كما تستخدم كثير من الصناعات مصابيح الأشعة تحت الحمراء ذات الاستطاعات  الواقعة بين 250 و 1000 واط وذلك للحصول على منابع حرارية لازمة للإنتاج الصناعي، كمصانع السيراميك ومصانع الورق، وفي تسخين هواء غرف تجفيف دهان السيارات في مصانع السيارات، وتستخدم الأشعة تحت الحمراء في الصناعات الكيمياوية والدوائية وذلك باتباع طرائق التحليل القائمة على الكيمياء الطيفية. كذلك تستخدم الأشعة تحت الحمراء في مجال تحليلالمواد. ويمكن بوساطة الأشعة تحت الحمراء تحديد البنية الجزيئية لمادة ما، سواء كانت جزيئاتها بسيطة أو معقدة، وسواء كانت صلبة أوسائلة أوغازية، من دون اللجوء إلى طرائق الاختبارات التخريبية، كاستخدام الطرائق الكيمياوية مثلاً، إذ يختلف طيف امتصاص الأشعة تبعاً لطبيعة بنية المادة، وهذا ما يدعى بالمطيافية أو التحليل الطيفي باستخدام المطياف. إستخدامها فى الإتصالات : ومن التطبيقات الحديثة للأشعة تحت الحمراء استخدامها في مجال الاتصالات ونقل الطاقة باستخدام الأشعة تحت الحمراء في تحقيق الاتصالات بين السواتل satellite التي على مدار ثابت geostationaire أو بين السواتلا والأرض، وذلك لإمكان توجيه حزم هذه الأشعة توجيهاً دقيقاً جداً، ومن ثم تعذر إمكان استقبالها وكشفها إلا بوساطة المستقبلات التي أرسلت من أجلها، فهي تضمن درجة عالية من السرية في الإرسال والاستقبال. وتجري اليوم بحوث مكثفة لإزالة العقبات أمام مشروعات نقل الطاقة إلى مسافات بعيدة بوساطة الأشعة تحت الحمراء. ومن تطبيقاتها السلمية الأخرى تحسس درجات الحرارة عن بعد إذ إن كثافة الأشعة تحت الحمراء الصادرة عن الأجسام هي العامل الوحيد الدال على درجات حرارتها، ومن هنا يمكن استخدام مقاييس كثافة الطاقة الإشعاعية radiomètre لقياس الإشعاعات الصادرة عن الأجسام المراد تحديد درجات حرارتها، إذ تستخدم أنواع من هذه المقاييس لكشف الحرائق قبل استفحالها، وتجهز الطائرات بأنواع أخرى لرسم منحنيات درجات حرارة مياه المحيطات وتغيراتها، لتحديد كميات ذوبان الثلوج في كلا القطبين وارتفاع منسوب المياه في المحيطات، وكذلك لمراقبة التغيرات في المناخ عن طريق معرفة المزيد عن تبادل الحرارة والرطوبة بين المحيطات والهواء، أو كشف نقاط التسخين الزائد لسطوح الارتكاز وكراسي التحميل في السيارات أو القطارات المنطلقة بسرعات كبيرة. وتستخدم مقاييس كثافة الطاقة الإشعاعية الفلكية في تحديد موقع الشمس أو القمر أوالنجوم بالنسبة إلى الأرض، وأخيراً هناك ما يدعى بمجسات الأفق وهي مقاييس خاصة لقياس كثافة الطاقة الإشعاعية وتحديد التغيرات الحرارية بين الأرض والفضاء لتعيين مرجع شاقولي مستقر يمكن الاعتماد عليه في تحديد موضع الصواريخ وتوجيهها في أي زمان ومكان. إستخدامها فى الكاميرات : وآلات التصوير بالأشعة تحت الحمراء والتصوير الحراري من أحدث تطبيقات الأشعة تحت الحمراء، فهي تتيح إجراء التصوير عن بعد في الليل أو في النهار بوضوح تام. وتستخدم أنواع من هذه الآلات في الرسم الحراري الطبي، لرسم خريطة حرارية لجسم الإنسان يمكن الاعتماد عليها في كشف المناطق التي تبدي درجات حرارة غير اعتيادية سواء بالزيادة أو بالنقصان ثم تحديد المرض أو سوء عمل عضو ما من الجسم، وتستخدم كاميرات الرسم الحراري الطبي على نحو خاص في تشخيص الأورام السطحية في جسم الإنسان والتي تبدي  مناطق حارة، إذ تبلغ حساسية هذه  «الكاميرات» 0.1 درجة مئوية. وتستخدم أنواع أخرى من «الكاميرات» في المسح الجوي الهادف إلى كشف الثروات الأرضية، وفي مراقبة تيارات البحار وتحركات تجمعات الأسماك فيها، وفي تحديد المناطق الملوثة منها. ويتم في هذه الكاميرات استخدام أنواع كثيرة ومختلفة من الأفلام الحساسة جداً بالأشعة تحت الحمراء. وتلجأ مصانع القطع الإلكترونية إلى استخدام مجهر الأشعة تحت الحمراء لإجراء مسح حراري للقطع المنتجة ذات الأبعاد الصغيرة جداً، كالترانزستورات والدارات المتكاملة، إذ يتم بسهولة كشف نقاط التسخين الزائد وتحديدها ثم تحديد القطع غير الصالحة للاستخدام.ومن تطبيقات الأشعة تحت الحمراء في المجال الطبي كذلك استعمالها في تخفيف الآلام، ولاسيما آلام الصَّعَر torticolisوآلام القطن والأوراب والجَنَبَة pleura. وقد تفيد في بعض استطبابات الاعتلالات المفصلية والاضطرابات الدورانية التي تصيب نهايات الأطراف. وتفيد الأشعة تحت الحمراء أيضاً في تندب الجروح وفي معالجة الآفات الجلدية الناجمة عن الأشعة السينية وأشعة غاما.ويستعمل في هذه المعالجة مشعات ذات وشائع متوهجة، ويعمد في بعض المعالجات الخاصة إلى استعمال المصابيح المتوهجة التي تصدر حزماً من الأشعة أشد ولوجاً في جسم الإنسان أي الأشعة ذات الأطوال الموجية 0.75- 1.4 مكرومتر. الإستخدامات العسكريّة: : أما في المجال العسكري فقد بدأ الاهتمام بالأشعة تحت الحمراء منذ الحرب العالمية الثانية للعمل على إزالة العقبات التي تعترض إدارة أعمال القتال وخوضها ليلاً بالإفادة من خصائص هذه الأشعة. وقد استخدمت آنذاك منظومات الأشعة تحت الحمراء الفعالة ومصابيح الأشعة تحت الحمراء لإنارة الأهداف وأرض المعركة في الظلام، وكان ذلك من العوامل الحاسمة في كسب الكثير من المعارك، وقد تم التخلي فيما بعد عن منظومات الأشعة الفعالة، لأوزانها الكبيرة وضعف مداها وسهولة كشفها، واستعيض عنها بمنظومات الأشعة تحت الحمراء غير الفعالة، ويقتصر استخدام منظومات الأشعة تحت الحمراء الفعالة اليوم على نطاق ضيق للتفريق بين الطائرات المقاتلة في الجو، إذ تجهز الطائرات الصديقة بمنبع أشعة تحت الحمراء ذي طول موجة محدد لكي يمكن تعرفها بوساطة كواشف اصطفائية مناسبة. وتستخدم منابع خاصة للأشعة تحت الحمراء في تحديد أماكن هبوط الطائرات الحربية الصديقة أو إقلاعها، وفي توليد حزم الأشعة الخاصة بتوجيه بعض أنواع الصواريخ نحو أهدافها.