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적외선 [ 赤外線, infrared ray ]

요약

가시광선(可視光線)보다 파장이 길며, 0.75μm에서 1mm 범위에 속하는 전자기파.

햇빛이나 백열된 물체로부터 방출되는 빛을 스펙트럼으로 분산시켜 보면 적색스펙트럼의 끝보다 더 바깥쪽에 있으므로 적외선이라 한다. 파장 0.75∼3μm의 적외선을 근적외선, 3∼25μm의 것을 단순히 적외선이라 하며, 25μm 이상의 것을 원적외선이라 한다. 가시광선이나 자외선에 비해 강한 열작용을 가지고 있는 것이 특징이며, 이 때문에 열선(熱線)이라고도 한다. 태양이나 발열체로부터 공간으로 전달되는 복사열은 주로 적외선에 의한 것이다. 공업용이나 의료용으로 사용하기 위한 것으로, 강한 적외선을 방출하는 적외선전구가 있다.

보통의 텅스텐백열전구로부터의 빛도 대부분 적외선이며, 가시광선은 발광에너지 총량의 2~3%에 불과하다. 텅스텐필라멘트전구는 약 3.5μm까지의 근적외선원일 뿐이며, 보다 넓은 파장영역의 적외선원으로는 가열된 흑체(黑體:0∼3,300℃)와 네른스트전등이 있다. 네른스트전등은 30μm까지의 적외선을 방출하며, 실험실의 기준적외선원으로 많이 쓰인다. 또 매우 높은 단색성(單色性)과 강도를 가진 적외선레이저가 연구용·공업용·의료용의 적외선원으로 활용단계에 있다. 0.83 μm(GaAs반도체레이저), 1.3μm, 1.06μm(Nd-YAG 또는 Ndglass 레이저), 2.8μm(HF 레이저), 5μm(CO 레이저), 10.6μm(CO 2레이저), 16μm(SF6 레이저)을 방출하는 적외선레이저를 비롯하여, 수십에서 수백 μm 원적외선영역에 발진파장을 가지는 H2O, D2O, HCN, 에탄올레이저 등이 대표적인 적외선레이저이다.

적외선이 강한 열효과를 가지고 있는 것은 적외선의 주파수가 물질을 구성하고 있는 분자의 고유진동수와 거의 같은 정도의 범위에 있기 때문에, 물질에 적외선이 부딪치면 전자기적 공진현상(共振現象)을 일으켜 적외광파의 에너지가 효과적으로 물질에 흡수되는 것에 기인한다. 특히 액체나 기체상태의 물질은 각각의 물질에 특유한 파장의 적외선을 강하게 흡수하며, 이 흡수스펙트럼을 조사하여 물질의 화학적 조성·반응과정·분자구조를 정밀히 추정하는 수단으로 쓰는데, 이것을 적외선분광분석이라 한다. 또, 적외선은 파장이 길기 때문에 자외선이나 가시광선에 비하여 미립자에 의한 산란효과가 적어서 공기 중을 비교적 잘 투과한다. 이 특징을 이용한 것으로 적외선사진이 있다.

【검출】 적외선 검출에는 사진건판·광전지·광전관 및 광전도검출기 등이 쓰이나, 광전도검출기를 제외하고는 대부분 근적외선의 검출 한계를 가진다. 즉 건판과 광전관은 약 1.2μm, 광전지는 5μm 이하의 적외선만을 검출할 수 있다. 이에 대해 보다 넓은 영역의 적외선을 검출할 수 있는 검출기로는 열전기쌍·볼로미터·뉴매틱검출기(pneumatic detector:Golay cell 등) 등이 있으며, 이들을 열적 검출기라 한다. 열전기쌍은 적외선에 의해 생기는 열을 기전력으로 변환시켜 적외선을 검출하는 방법이며, 볼로미터는 열에 의한 전기저항의 변화를 이용한 것이다. 뉴매틱검출기는 열에 의한 기체 팽창에 따른 기체의 압력변화를 이용한 것이다.

【이용】 대기 중에서의 투과성을 이용한 것으로는 항공사진측량(0.8μm)·원거리사진·야간촬영·거리측정·적외선감시장치 등이 있다. 적외선이 가시광선과 다른 반사율을 가지고 있다는 광학적 특성을 이용하여 화폐·증권·문서 등의 위조검사나 감정에 적외선사진을 활용한다. 또 열효과 특성을 이용한 각종 재료·공산품·농수산품의 적외선 건조와 가열은 산업과 실생활에서 널리 쓰인다. 의료면에서는 소독·멸균과 관절 및 근육의 치료로서 근적외선이 많이 쓰이고, 10 μm의 적외선레이저빔으로서는 외과수술, 종양의 제거, 신경의 연결 등에 실용화되고 있다.

그 밖에 자동경보기, 문의 자동개폐기 등에 적외선과 검출기를 조합하여 쓰기도 한다. 또 학술적 단계에서 우라늄동위원소의 분리와 핵융합반응 실현을 위한 연구에 1.06μm, 10μm, 16μm의 적외선레이저빔이 유효하게 사용된다.

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