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此图片显示了三种电离辐射之穿透性。α粒子可被纸张阻停。β粒子可被铝片阻停。γ射线在穿越铅屏时部分被阻。

辐射物理学上指的是能量或是次原子粒子移动的型态,在真空介质中传送。包含:

辐射的能量会从辐射源往外向所有方向直线放射。一般依其能量的高低及电离物质的能力分类为电离辐射非电离辐射电离辐射所携带的能量大于10电子伏特(eV),可以将原子分子电离、打断化学键,非电离辐射则否。主要电离辐射来源为放射性物质,放射出αβγ射线,分别带有氦核电子正电子光子。其他电离辐射来源有医学影像造影使用的X射线渺子介子正电子中子,以及宇宙射线与地球大气作用所产生的其他粒子。

电离辐射的标志

电离辐射

拥有足够高能量的辐射可以把原子电离。一般而言,电离是指电子被电离辐射从电子壳层中击出,使原子带正电。由于细胞由原子组成,电离作用可以引致癌症。一个细胞大约由数万亿个原子组成。电离辐射引致癌症的几率取决于辐射剂量率及接受辐射生物之感应性。α、β、γ辐射及中子辐射均可以加速至足够高能量电离原子。

α粒子(阿尔法粒子)

α粒子是氦-4的核(两个质子与两个中子),这些核会与其他物质产生强烈作用,在正常情况的速度下它们只能在大气中前进数厘米,在一些低密度的介质中只能前进数毫米。例如,在盖革管(Geiger counter tubes)中,α射线只能穿透薄云母片。这表示,在大气中的α粒子因其低下的穿透力(迅速衰竭的特性),是无法穿透人体皮肤的,故不会对皮下的组织造成伤害。 宇宙中广泛存在的射线流中,约有10%是α射线。理论上α射线能够穿透一定深度的人体或者金属层,但这只会对进入太空的宇航员们造成一定的危害,对地表却没有显著影响。因为地球的磁场会使得这些α粒子偏向,而大气层也会隔离绝大多数的α粒子。虽然宇宙中的α粒子被隔离开,但靠近能释放出α粒子的放射性同位素时依旧是非常危险的,一旦距离足够近,放射性同位素释放出的α粒子就足以穿透皮肤从而杀死皮下的重要组织的细胞。相比γ射线和x光对细胞造成毁伤的能力,α射线对细胞所造成的损坏程度超过其二十倍以上,像就是具高毒性α射线的同位素。

β粒子(倍塔粒子) (+/−)

负β粒子由高能电子组成。此高能电子可穿透数厘米厚金属。负β粒子由β衰变产生,原子核中的一粒中子衰变成为一粒质子,过程当中释放出一粒负β粒子及一粒反电中微子

正β粒子由正电子组成。由于正电子是反粒子,正β粒子可与负β粒子湮灭,生成伽玛射线

中子

中子可根据其速度而被分类。高能(高速)中子具电离能力,深入穿透物质。中子是唯一一种能使其他物质带放射性之电离辐射。此过程被称为“中子激发”。“中子激发”被医疗界,学术界及工业广泛应用于生产放射性物质。

高能中子可以在空气中行进极长距离。中子辐射需要以富有氢核之物质掩蔽,例如混凝土和水。核反应堆是常见之中子放射源,以水作为有效之中子掩蔽物。

X射线

X射线是波长范围在0.01纳米到10纳米之间(对应频率范围30 PHz到30EHz)的电磁波,具有波粒二象性。电磁波的能量以光子波包)的形式传递。当X射线光子与原子撞击,原子可以吸收其能量,原子中电子可跃迁至较高电子轨态,单一光子能量足够高(大于其电子之电离能)时可以电离此原子。一般来说,较大之原子有较大机会吸收X射线光子。人体软组织由较细之原子组成而骨头含较多原子,所以骨头较软组织吸引较多X射线。故此,X射线可以用作检查人体结构。

伽马射线

伽马射线是频率高于1019赫兹的电磁波光子。伽马射线不具有电荷及静质量,故具有较α粒子及β粒子弱之电离能力。伽马射线具有极强之穿透能力及带有高能量。伽马射线可被高原子序之原子核阻停,例如贫铀

非电离辐射

非电离辐射之能量较电离辐射弱。非电离辐射不会电离物质,而会改变分子或原子之旋转,振动或价层电子轨态。非电离辐射对生物活组织的影响近年才开始被研究。不同的非电离辐射可产生不同之生物学作用。

中子辐射

中子辐射由自由中子所组成,可由自发或感应产生的核裂变,核聚变或其他核反应产生。中子非电离辐射不会电离原子,但可与不同元素之原子核撞击,进行“中子激发”,产生不稳定同位素,使物质具放射性。

电磁辐射

电磁光谱

电磁辐射(有时简称EMR)的形式为在真空中或物质中的自传播波。电磁辐射有一个电场磁场分量的振荡,分别在两个相互垂直的方向传播能量。电磁辐射可按波的频率或波长分为不同类型,这些类型包括(按序增加频率):无线电波,微波,太赫兹辐射,红外辐射,可见光,紫外线,X射线和伽玛射线。其中,无线电波的波长最长而伽马射线的波长最短。除X射线和伽玛射线外之电磁辐射都具有较弱电离能力,是非电离辐射。

黑体辐射

黑体辐射是指由理想放射物放射出来的辐射,在特定温度及特定波长放射最大量之辐射。同时,黑体是可以吸收所有入射辐射的物体,不会反射任何辐射,故黑体是绝对黑色的。理论上黑体会放射频谱上所有波长之电磁波。维恩位移定律是描述黑体电磁辐射能流密度的峰值波长与自身温度关系的定律。

发现

威廉·伦琴发现及命名了X射线。1895年他完成了初步的实验报告“一种新的射线”及把这项成果发布在维尔茨堡的Physical-Medical Society杂志上。1901年伦琴因发现X射线获得诺贝尔物理学奖亨利·贝克勒发现天然放射性;皮埃尔·居里及其妻子玛丽·居里对亨利·贝克勒教授所发现的放射性现象共同研究及发现了放射性元素,三人于1903年因对放射性的研究获颁诺贝尔物理学奖。

α粒子,β粒子是由欧内斯特·卢瑟福通过简单的实验区分。

参见

参考资料

  1. ^ Weisstein, Eric W. Radiation. Eric Weisstein's World of Physics. Wolfram Research. [2014-01-11]. (原始内容存档于2019-01-04).
  2. ^ Radiation. The free dictionary by Farlex. Farlex, Inc. [2014-01-11].
  3. ^ 3.0 3.1 Kwan-Hoong Ng. Non-Ionizing Radiations – Sources, Biological Effects, Emissions and Exposures (PDF). Proceedings of the International Conference on Non-Ionizing Radiation at UNITEN ICNIR2003 Electromagnetic Fields and Our Health. 20–22 October 2003.
  4. ^ John E. Moulder. Static Electric and Magnetic Fields and Human Health. (原始内容存档于2007-07-14).

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