مادون در لغت به معنای زیر دست و قرمز به معنای هر چه به رنگ خون باشد، است. پس میتوان گفت که مادون قرمز اشعه بسیار ریز و قرمز رنگ است.

اطلاعات اولیه

کشف هرسل اولن گام در ایجاد پدیده‌ای که ما آن را طیف الکترومغناطیسی مینامیم. نور مرئی و پرتوهای مادون قرمز دو نمونه اشکال فراوانی از انرژی هستند که توسط تمام اجسام موجود در زمین و اجرام آسمانی تابانده میشوند. مادون قرمز در طیف الکترومغناطیسی دارای محدوده طول موجی بین 0.78 تا 1000 میکرو متر است. تنها با مطالعه این تشعشعات است که میتوانیم اجرام آسمانی را تشخیص و تمیز دهیم و تصویری کامل از چگونگی ایجاد جهان و تغییرات آن بدست آوریم. در سال 1800 سر ویلیام هرشل یک نمونه نامرئی از تشعشعات را کشف کرد که این نمونه دقیقا زیر بخش قرمز طیف مرئی قرار داشت. او این شکل از تشعشعات را مادون قرمز نامید.

سیر تحولی و رشد

Greathouse و همکارانش طی مطالعه‌ای تاثیر لیزر مادون قرمز را به انتقال عصبی ، عصب رادیال بررسی کردند. زمان تاخیر ، دامنه پتانسیل عمل و دما ، متغیرهای مورد آزمایش مشاهده نشد.Lynn Snyder و همکارانش اثر لیزر کم توان هلیوم - نئون را بر زمان تاخیر شاخه حسی عصب رادیال در دو گروه لیزر و پلاسبو بررسی نمودند و مشاهده کردند که در گروه لیزر ، افزایش معنی دارا در زمان تاخیر حسی پس از بکارگیری لیزر ایجاد گردیده است.

Bas Ford و همکارانش طی مطالعه‌ای اثر لیزر کم توان هلیوم - نئون را بر شاخه حسی اعصاب رادیال و مدین بررسی کردند. هیچ اختلاف معنی داری در دامنه پتانسیل عمل ، زمان تاخیر و دما ساعد بعد از بکارگیری لیزر مشاهده نشد.Baxter و همکارانش افزایش معنی دار در زمان تاخیر عصب مدین بعد از بکارگیری لیزر گرارش کردند. Low و همکارانش کاهش دما را به دنبال تابش لیزر کم توان مادون قرمز دیدند.

نتایج اشعه مادون قرمز

گرمایی که ما از خورشید یا از یک محیط گرم احساس میکنیم، همان تشعشعات مادون قرمز یا به عبارتی انرژی گرمایی است. حتی اجسامی ‌که فکر میکنیم خیلی سرد هستند، نیز از خود انرژی گرمایی منتشر میسازند (یخ و بدن انسان). سنجش و ارزیابی انرژی مادون قرمز ساطع شده از اجرام نجومی ‌به علت اینکه بیشترین جذب را در اتمسفر زمین دارند مشکل است. بنابراین بیشتر ستاره شناسان برای مطالعه انتشار گرما از این اجرام از تلسکوپهای فضایی استفاده میکنند.

مادون قرمز در نجوم

تلسکوپها و آشکارسازهایی که توسط ستاره شناسان مورد استفاده قرار میگیرند نیز از خودشان انرژی گرمایی منتشر میسازند. بنابراین برای به حداقل رساندن این تاثیرات نامطلوب و برای اینکه بتوان حتی تشعشعات ضعیف آسمانی را هم آشکار ساخت، اخترشناسان معمولا تلسکوپها و تجهیزات خود را به درجه حرارتی نزدیک به 450?F ، یعنی درجه حرارتی حدود صفر مطلق ، میرسانند. مثلا در یک ناحیه پرستاره ، نقاطی که توسط نور مرئی قابل رویت نیستند، با استفاده از تشعشعات مادون قرمز بخوبی نشان داده میشود. همچنین مادون قرمز میتواند چند کانون داغ و متراکم را همره با ابرهایی از گاز و غبار نشان دهد. این کانونها شامل مناطق پرستاره‌ای هستند که در واقع میتوان آنها را محل تولد ستاره‌ای جدید دانست. با وجود این ابرها ، رویت ستاره‌های جدید با استفاده از نور مرئی به سختی امکانپذیر است.

اما انتشار گرما باعث آشکار شدن آنها در تصاویر مادون قرمز میشود. اختر شناسان با استفاده از طول موجهای بلند مادون قرمز میتوانند به مطالعه توزیع غبار در مراکزی که محل شکل گیری ستاره‌ها هستند، بپردازند. با استفاده از طول موجهای کوتاه میتوان شکافی در میان گازها و غبارهای تیره و تاریک ایجاد کرد تا بتوان نحوه شکل گیری ستاره‌های جدید را مورد مطالعه قرار داد. فضای بین ستاره‌ای در کهکشان راه شیری ما نیز از توده‌های عظیم گاز و غبار تشکیل شده است. این فضاهای بین ستاره‌ای یا از انفجارهای شدید نواخترها ناشی شده‌اند و یا از متلاشی شدن تدریجی لایه‌های خارجی ستاره‌هایی جدید از آن شکل میگیرند. ابرهای بین ستاره‌ای که حاوی گاز و غبار هستند، در طول موجهای بلند مادون قرمز خیلی بهتر آشکار میشوند (100 برابر بیشتر از نور مرئی).

اخترشناسان برای دیدن ستاره‌های جدید که توسط این ابرها احاطه شده‌اند، معمولا از طول موجهای کوتاه مادون قرمز برای نفوذ در ابرهای تاریک استفاده میکنند. اخترشناسان با استفاده از اطلاعات بدست آمده از ماهوارهای نجومی ‌مجهز به مادون قرمز صفحات دیسک مانندی از غبار را کشف کردند که اطراف ستاره‌ها را احاطه کرده‌اند. این صفحات احتمالا حاوی مواد خامی ‌هستند که تشکیل دهنده منظومه‌های شمسی هستند. وجود آنها خود گویای این است که سیاره‌ها در حال گردش حول ستاره‌ها هستند.

مادون قرمز در پزشکی

اگر نگاه دقیق و علمی ‌به یک طیف الکترومغناطیسی بیندازیم، میبینیم که از یک طرف طیف تا سوی دیگر آن ، انواع تشعشعات و پرتوها بر اساس طول موج و فرکانس‌های مختلف قرار دارند، از آن جمله میتوان به تشعشعات گاما ، اشعه ایکس ، ماورای بنفش ، نور مرئی ، مادون قرمز و امواج رادیویی اشاره کرد. هر کدام از این پرتوها و تشعشعات همگام با پیشرفت بشر ، به نوبه خود چالش‌هایی را در زمینه‌های علمی ‌پدید آورده‌اند که در اینجا علاوه بر کاربرد مادون قرمز در شاخه ستاره شناسی ، اشاره‌ای به کارآیی چشمگیری این پرتو در رشته پزشکی خواهیم داشت.

کاربرد درمانی مادون قرمز

بکار بردن گرما یکی از متداولترین روشهای درمان فیزیکی است. از موارد استعمال درمانی مادون قرمز موارد زیر را میتوان ذکر کرد.

تسکین درد

با وجود حرارت ملایم ، کاهش درد به احتمال زیاد بواسطه اثر تسکینی بر روی پایانه‌های عصبی ، حسی ، سطحی است. همچنین به علت بالا رفتن جریان خون و متعاقب آن متفرق ساختن متابولیتها و مواد دردزای تجمع در بافتها ، درد کاهش مییابد.

استراحت ماهیچه

تابش این اشعه راه مناسبی برای درمان اسپاسم و دستیابی به استراحت عضلانی میباشد.

افزایش خون رسانی

در درمان زخمهای سطحی و عفونتهای پوستی ، برای اینکه فرآیند ترمیم به خوبی انجام گیرد، باید به مقدار کافی خون به ناحیه مورد نظر برسد و در صورت وجود عفونت نیز افزایش گردش خون سبب افزایش تعداد گلبولهای سفید و کمک به نابودی باکتریها میکند. از این پرتو میتوان برای درمان مفصل آرتوریتی و ضایعات التهابی نیز استفاده کرد.

کاربرد تشخیصی مادون قرمز

از مهمترین کابردهای تشخیصی آن میتوان توموگرافی را نام برد. اصطلاح ترموگرافی به عمل ثبت و تفسیر تغییراتی که در درجه حرارت سطح پوست بدن رخ میدهد، اطلاق میشود. تصویر حاصل از این روش که توموگرام نامیده میشود، بخش الگوی حرارتی سطح بدن را نشان میدهد. در توموگرافی ، آشکار ساز ، تشعشع حرارتی دریافت شده توسط دوربین را به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل میکند و سپس آن را علاوه بر تقویت بیشتر ، پردازش میکند تا اینکه یک صفحه کاتودیک مثل مونیتور تلویزیون آشکار شود.

تصاویر بدست آمده به صورت سایه‌های خاکستری رنگ میباشند، بدین معنی که سطوح سردتر به صورت سایه‌های خاکستری روشن دیده میشوند و در نوع رنگی آن نیز نواحی گرم ، رنگ قرمز و نواحی سرد ، رنگ روشن خواهند داشت. درجه حرارت پوست بدن در نتیجه فرآیندهای فیزیکی ، فیزیولوژیک طبیعی یا بیماری تغییر میکند. از این خاصیت تغییر گرمایی در عضوی خاص یا در سطح بدن برای آشکارسازی یک بیماری استفاده میشود که مهمترین آنها به قرار زیر است.

- بیماری پستان : وسیع ترین جنبه کاربردی توموگرافی در آشکار سازی سرطانهای پستانی است.

زیرا روشی کاملا مطمئن و بدون آزار است.

از پرتوهای یونیزان استفاده نمیشود.

روشی کاملا سریع ، راحت و ارزان است.

به دلیل بی ضرر بودن از قابلیت تکراری بسیار زیادی برخوردار است.

کاربرد ترموگرافی در مامائی

چون جفت از فعالیت بیولوژیکی زیادی برخوردار است. درجه حرارت حاصله در این محل بطور قابل ملاحظه‌ای از بافتهای اطراف بیشتر است. پس میتوان از توموگرافی برای تعیین محل جفت استفاده کرد.

ضررهای مادون قرمز

از طرف دیگر خطرهایی نیز در استفاده از مادون قرمز وجود دارد که میتوان به سوختگی الکتریکی (در اثر اتصال بدن به مدارات الکتریکی دستگاه) سر درد ، تولید ضعیف در بیمار و آسیب به چشمها در اثر تابش مستقیم پرتو اشاره کرد.

در یک تلاش دیگر از این دست لاری کاستیوک از دانشگاه آلبرتای کانادا در حال کار روی یک نوع باتری است که نیروی خود را از آب می گیرد، یعنی تولید الکتریسیته به طور مستقیم از آب ، اما در مقیاس بسیار کوچک.

در حال حاضر نیز واژه ای با نام هیدروالکتریسیته یا همان برق آبی وجود دارد و بیشتر افراد نیز با آن آشنا هستند.
در هیدروالکتریسیته ، آب از ارتفاعی به پایین می ریزد و توربین ها را چرخانده و به این ترتیب الکتریسیته تولید می کند؛ اما روشی این دانشمند باارزش که ذکر شد، کاملا فرق دارد.

وی آب را تحت فشار قرار می دهد و آنها را از کانال های میکروسکوپی و بسیار بسیار ریز که درون یک لوله شیشه ای قرار دارند، رد می کند و به این ترتیب مستقیما برق را از آب می گیرد.

با عبور آب از سطح کانال ها، یونهای آب به سطوح جامد مالیده می شوند و شارژ الکتریکی شده و به کمک الکترودهایی که در انتهای هر یک از کانال ها قرار می گیرند، انرژی الکتریکی استخراج می شود.
گرچه جریان تولید شده در این روش نیز بسیار کم و در حد 4 میکرووات است ؛ اما اگر میلیون ها کانال با خصوصیات ذکر شده به یکدیگر ملحق شوند، می توان خروجی را افزایش داد و به این ترتیب نیروی کافی خلق یک باتری آبی را به دست آورد.