非電離放射線

非電離放射線とは、量子当たりのエネルギー（光子エネルギー）が原子や分子を電離させるのに十分でない、つまり原子や分子から電子を完全に取り除くことができない電磁放射線のことです。 [ 1 ]非電離電磁放射線は、物質を通過する際に荷電イオン^を生成するのではなく、励起（電子をより高いエネルギー状態に移動させること）にのみ十分なエネルギーを持っています。非電離放射線は重大な健康リスクではありません。対照的に、電離放射線は非電離放射線よりも周波数が高く波長が短いため、深刻な健康被害をもたらす可能性があります。電離放射線にさらされると、火傷、放射線病、多くの種類の癌、遺伝子損傷を引き起こす可能性があります。電離放射線を使用する場合は、非電離放射線では一般的に必要とされない、入念な放射線防護措置が必要です。^{[2] [3]}

非電離放射線は、ラジオ放送、電気通信、医療用画像、温熱療法など、さまざまな技術に使用されています。 ^[1]

放射線が「電離」すると考えられる領域は、分子や原子によって電離するエネルギーが異なるため、明確に定義されていません。通常の定義では、粒子または光子のエネルギーが 10電子ボルト(eV) 未満の放射線は非電離であるとされています。もう 1 つの推奨しきい値は 33 電子ボルトで、これは水分子を電離させるのに必要なエネルギーです。地球に到達する太陽​​からの光は、主に非電離放射線で構成されています。これは、電離遠紫外線が大気中のガス、特に酸素によって除去されているためです。^[2]

近紫外線、可視光線、赤外線、マイクロ波、電波、低周波無線周波数（超低周波、極低周波）はすべて非電離放射線の例です。対照的に、遠紫外線、X線、ガンマ線、および放射性崩壊からのすべての粒子放射線は電離します。可視光線と近紫外線の電磁放射線は、光化学反応を引き起こしたり、ニスの光化学的老化^[4]やビールの香味化合物の分解による「光に打たれたような風味」の生成など、ラジカル反応を加速したりすることがあります。 ^[5]近紫外線は技術的には非電離ですが、一部の分子を励起して光化学反応を引き起こすことがあります。これは、紫外線の光子エネルギーでは、分子が電子的に励起されたり、電離が起こらなくてもフリーラジカルの形に促進されたりするためです。

イオン化の発生は、個々の粒子または波のエネルギーによって決まり、その数によって決まるのではありません。粒子または波が大量に押し寄せても、これらの粒子または波がイオン化に十分なエネルギーを運んでいない場合、または熱イオン化のプロセスによって原子または分子のごく一部をイオン化できるほど物体の温度が上昇しない限り、イオン化は起こりません。このような場合、「非イオン化放射線」であっても、イオン化エネルギーまで温度を上げるのに十分な熱を放出すれば、熱イオン化を引き起こすことができます。これらの反応は、イオン化に 1 つの粒子しか必要としないイオン化放射線よりもはるかに高いエネルギーで発生します。熱イオン化のよく知られた例としては、一般的な火の炎イオン化や、焼き網調理中に赤外線によって一般的な食品に生じる褐変反応などがあります。

非電離放射線のエネルギーは低く、物質を通過する際に荷電イオンを生成するのではなく、分子や原子の回転、振動、電子価数構成を変えるのに十分なエネルギーしかありません。これにより熱効果が生じます。非電離放射線の生体組織に対する非熱効果の可能性は、ごく最近になって研究されました。現在の議論の多くは、携帯電話や基地局からの無線周波数 (RF) 放射線への比較的低レベルの曝露が「非熱」効果を生じるかどうかに関するものです。いくつかの実験では、非熱曝露レベルで生物学的影響がある可能性があることが示唆されていますが、健康被害の発生の証拠は矛盾しており、証明されていません。科学界と国際機関は、一部の分野で理解を深めるためにさらなる研究が必要であることを認めています。熱的健康効果が生じないほど十分に低い出力の RF 放射線によって引き起こされる有害な健康影響について、一貫性があり説得力のある科学的証拠はないというのがコンセンサスです。^{[6] [7]}

非電離放射線の種類によって、生物学的影響は異なります。^{[6] [8] [7]}非電離放射線の高周波数（低エネルギー紫外線）は、電離放射線と同様に、非熱的生物学的損傷を引き起こす可能性があります。はるかに低い周波数の放射線（マイクロ波、ミリメートル波、電波放射線）の非熱的影響が健康リスクを伴うかどうかはまだ証明されていません。

非電離紫外線への曝露は、皮膚がん（特に非黒色腫皮膚がん）、日焼け、皮膚の早期老化、およびその他の影響を引き起こすリスク要因です。潜在的な危険性はあるものの、ビタミン D は紫外線の生化学的作用により生成されるため、適切な量を摂取すれば人体に有益です。ビタミン D は体内で多くの役割を果たしますが、最もよく知られているのは骨の石灰化です。

非電離紫外線が皮膚がんを引き起こすことはよく知られていますが、非電離放射線は、生物組織に熱エネルギーを刺激して火傷を引き起こすなど、変異原性のない効果も生み出します。2011年、世界保健機関（WHO）の国際がん研究機関（IARC）は、RF電磁場（マイクロ波やミリ波を含む）を人間に発がん性の可能性がある物質のリストに追加する声明を発表しました。^[8]

潜在的な生物学的影響の観点から、スペクトルの非電離部分は次のように分類できます。

1. 電子励起が起こる光放射部分（可視光、赤外光）
2. 波長が体より小さい部分。誘導電流による加熱が発生する場合があります。さらに、他の有害な生物学的影響が主張されています。このような影響は十分に理解されておらず、大部分が否定されています。(マイクロ波および高周波 RF)
3. 波長が人体よりもはるかに大きく、誘導電流による加熱がほとんど起こらない部分（低周波RF、電力周波数、静電場）。^[6]

上記の影響は加熱効果によるものであることが示されています。加熱効果のない低出力レベルでは、がんのリスクはそれほど大きくありません。^{[9] [10]}

国際がん研究機関は最近、非電離放射線が人間に何らかのリスクをもたらす可能性があると述べた。^[11]しかしその後の研究では、IARCの評価の根拠は観察された発生率の傾向と一致していないと報告されている。^[12]この報告や他の報告は、IARCが結論の根拠とした結果が事実上正しいはずがないことを示唆している。^[13]

紫外線は皮膚の火傷^[15]や目の白内障^[15]を引き起こす可能性があります。紫外線はエネルギーによって近紫外線、中紫外線、遠紫外線に分類され、近紫外線と中紫外線は技術的には非電離性ですが、すべての紫外線波長がある程度電離を模倣した光化学反応を引き起こす可能性があります (DNA 損傷や発癌を含む)。10 eV を超える紫外線 (125 nm 未満の波長) は電離性であると見なされます。ただし、3.1 eV (400 nm) から 10 eV までの残りの UV スペクトルは、技術的には非電離性ですが、単純な熱以外の手段で分子に損傷を与える光化学反応を引き起こす可能性があります。これらの反応は電離放射線によって引き起こされる反応と非常によく似ていることが多いため、多くの場合、UV スペクトル全体が多くのシステム (生物システムを含む) との相互作用において電離放射線と同等であると見なされます。

たとえば、紫外線は非電離領域であっても、細胞損傷を引き起こすフリーラジカルを生成する可能性があり、発がん性がある可能性があります。DNA 内のピリミジン二量体形成などの光化学反応は、形式的には非電離である帯域の多くを含むほとんどの UV 帯域で発生する可能性があります。紫外線はメラノサイト細胞からのメラニン生成を誘発し、皮膚の日焼けを引き起こします。ビタミン D は、紫外線によって引き起こされるラジカル反応によって皮膚上で生成されます。

プラスチック（ポリカーボネート）のサングラスは、一般的に紫外線を吸収します。目が紫外線に過度にさらされると、雪や水などの反射面がある場所でよく見られる 雪盲症を引き起こします。

光、または可視光は、人間の目に見える非常に狭い範囲の電磁放射（約400〜700 nm）、または最大380〜750 nmです。^[7]より広い意味では、物理学者は光を、可視かどうかに関係なく、すべての波長の電磁放射と呼んでいます。

高エネルギーの可視光は、より高い損傷の可能性を秘めた青紫色の光です。

赤外線（IR）は、波長が0.7～300マイクロメートルの電磁放射で、周波数範囲は約1～430 THzに相当します。IRの波長は可視光線よりも長いですが、テラヘルツ放射マイクロ波よりも短いです。明るい太陽光は、海面で1平方メートルあたり1キロワット強の放射照度を提供します。このエネルギーのうち、527ワットは赤外線、445ワットは可視光線、32ワットは紫外線です。^[7]

マイクロ波は、波長が最長1メートルから最短1ミリメートルまで、つまり周波数が300MHz（0.3GHz）から300GHzまでの電磁波です。この広い定義にはUHFとEHF（ミリ波）の両方が含まれ、さまざまな情報源がさまざまな境界を使用しています。^[7]いずれの場合も、マイクロ波には少なくともSHF帯域全体（3〜30GHz、または10〜1cm）が含まれ、RFエンジニアリングでは下限を1GHz（30cm）、上限を約100GHz（3mm）としていることが多いです。用途には、携帯電話、レーダー、空港スキャナー、電子レンジ、地球リモートセンシング衛星、無線および衛星通信などがあります。

電波は電磁波の一種で、電磁スペクトルの波長は赤外線よりも長い。他のすべての電磁波と同様に、電波は光速で伝搬する。自然に発生する電波は、雷や天体によって生成される。人工的に生成された電波は、固定および移動無線通信、放送、レーダーやその他のナビゲーション システム、衛星通信、コンピュータ ネットワーク、その他無数の用途に使用されている。電波の周波数によって、地球の大気圏での伝搬特性は異なる。長い波は地球の一部を非常に一貫してカバーするが、短い波は電離層で反射して世界中を伝搬し、さらに短い波長は曲がったり反射したりすることがほとんどなく、視線に沿って伝搬する。

超低周波 (VLF) は、3 ～ 30 kHz の RF の範囲です。この無線スペクトル帯域の帯域幅はそれほど広くないため、無線ナビゲーションなどの非常に単純な信号のみが使用されます。波長が 10 ～ 1 ミリメートル (10 キロメートルに相当する古いメートル法単位) の範囲であるため、ミリメートルバンドまたはミリメートル波とも呼ばれます。

極低周波（ELF）は、300 Hzから3 kHzまでの放射周波数の範囲です。大気科学では、通常、3 Hzから3 kHzという別の定義が与えられます。^[7]関連する磁気圏科学では、より低い周波数の電磁振動（約3 Hz未満で発生する脈動）はULF範囲にあると考えられており、ITU無線帯域とは別の定義になっています。

熱放射は、地球上で一般的な温度で発生する赤外線の一般的な同義語であり、物体の表面が熱エネルギーを電磁波の形で放射するプロセスです。家庭用ヒーター、赤外線ヒートランプ、キッチンオーブンから発せられる赤外線は熱放射の例であり、白熱電球から放射される赤外線と可視光線も同様です(白熱電球は青色の高周波を放射するほど熱くないため黄色がかって見えます。蛍光灯は熱放射ではないため、青く見えることがあります)。熱放射は、分子内の荷電粒子の動きによるエネルギーが電磁波の放射エネルギーに変換されるときに発生します。熱放射の放射波周波数は、温度のみに依存する確率分布であり、黒体の場合はプランクの放射の法則によって与えられます。ウィーンの変位法則は、放射される放射の最も可能性の高い周波数を与え、シュテファン・ボルツマンの法則は熱の強度 (面積あたりの放射電力) を与えます。

熱放射の電磁スペクトルの一部は、放射を放出する物体が十分に熱い（十分に高い温度を持っている）場合、電離する可能性があります。そのような放射の一般的な例は太陽光です。太陽光は太陽の光球からの熱放射であり、多くの分子と原子の電離を引き起こすのに十分な紫外線を含んでいます。極端な例は核兵器の爆発による閃光で、爆弾の周りの大気を極めて高い温度に加熱することによって、大量の電離X線が放出されます。

上で述べたように、低周波の熱放射であっても、十分な熱エネルギーを放出して温度を十分に高いレベルまで上昇させると、温度イオン化を引き起こす可能性があります。一般的な例としては、一般的な炎に見られるイオン化 (プラズマ) や、食品調理における「焦げ目」による分子変化が挙げられます。焦げ目は、イオン化の大きな要素から始まる化学プロセスです。

黒体放射は、任意の温度で任意の波長において最大量の放射を放出する理想的な放射体からの放射です。黒体は任意の波長において最大量の入射放射も吸収します。放出される放射は電磁スペクトル全体をカバーし、所定の周波数における強度 (単位面積あたりの電力) はプランクの放射の法則によって決まります。室温以下の温度では黒体は光を反射しないため、完全に黒く見えます。理論的には、黒体は超低周波の電波から X 線までの全スペクトルにわたって電磁放射を放出します。黒体放射が最大となる周波数は、ウィーンの変位法則によって決まります。

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