輻射

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此圖片顯示了三種電離輻射之穿透性。α粒子可被紙張阻停。β粒子可被鋁片阻停。γ射線在穿越物質時部分被阻。

輻射指的是能量或是次原子粒子移動的型態傳送。輻射之能量從輻射源向外所有方向直線放射。一般可依其能量的高低及電離物質的能力分類為電離輻射或非電離輻射。一般普遍將這個名詞用在電離輻射。電離輻射具有足夠的能量可以將原子分子電離,非電離輻射則否。輻射活性物質是指可放射出電離輻射之物質。電離輻射主要有三種:α、β及γ輻射(或稱射線)。

電離輻射的標誌
非電離輻射的標誌。

電離輻射[編輯]

擁有足夠高能量的輻射可以把原子電離。一般而言,電離是指電子被電離輻射從電子殼層中擊出,使原子帶正電。由於細胞由原子組成,電離作用可以引致癌症。一個細胞大約由數萬億個原子組成。電離輻射引致癌症的機率取決於輻射劑量率及接受輻射生物之感應性。α、β、γ輻射及中子輻射均可以加速至足夠高能量電離原子。

α粒子[編輯]

α粒子是氦-4(兩個質子與兩個中子)核,它們會和物質強烈作用,在一般速度下它們只能在空氣中行進數公分,在一些低密度介質中只數公釐,如裝在某些蓋格管(Geiger counter tubes)中能讓α射線穿透的薄雲母片。這表示一般衰變(decay)的α射線無法穿透皮膚,故不會傷及底下的組織。宇宙線約有10%是高能量的α射線,這些α射線能穿入人體甚至金屬薄片,不過只對太空人有危險,因為地球磁場會使之偏向,大氣層也會擋住它們。當攝取到會射出α粒子的放射性同位素(radioisotopes)時α射線是很危險的,因為它離組織細胞近到能損壞的距離了。α射線對細胞所造成的損壞程度超過γ射線或X光的廿倍以上,像(radium)、(radon)、(polonium)就有具高毒性α射線的同位素。

β粒子(+/−)[編輯]

負β粒子由高能電子組成。此高能電子可穿透數厘米厚金屬。負β粒子由β衰變產生,原子核中的一粒中子衰變成為一粒質子,過程當中釋放出一粒負β粒子及一粒反電中微子

正β粒子由正電子組成。由於正電子是反粒子,正β粒子可與物質湮滅,生成伽瑪射線

中子[編輯]

中子可根據其速度而被分類。高能(高速)中子具電離能力,深入穿透物質。中子是唯一一種能使其他物質帶放射性之電離輻射。此過程被稱為「中子激發」。「中子激發」被醫療界,學術界及工業廣泛應用於生產放射性物質。

高能中子可以在空氣中行進極長距離。中子輻射需要以富有氫核之物質掩蔽,例如混凝土和水。核反應爐是常見之中子放射源,以水作為有效之中子掩蔽物。

X射線[編輯]

X射線是波長範圍在0.01奈米到10奈米之間(對應頻率範圍30 PHz到30EHz))的電磁波,具波粒二象性。電磁波的能量以光子(波包)的形式傳遞。當X射線光子與原子撞擊,原子可以吸收其能量,原子中電子可躍遷至較高電子軌態,單一光子能量足夠高(大於其電子之電離能)時可以電離此原子。一般來說,較大之原子有較大機會吸收X射線光子。人體軟組織由較細之原子組成而骨頭含較多原子,所以骨頭較軟組織吸引較多X射線。故此,X射線可以用作檢查人體結構。

伽馬射線[編輯]

伽馬射線是頻率高於1019赫茲的電磁波光子。[1]伽馬射線不具有電荷及靜質量,故具有較α粒子及β粒子弱之電離能力。伽馬射線具有極強之穿透能力及帶有高能量。伽馬射線可被高原子序之原子核阻停,例如貧鈾

非電離輻射[編輯]

非電離輻射之能量較電離輻射弱。非電離輻射不會電離物質,而會改變分子或原子之旋轉,振動或價層電子軌態。非電離輻射對生物活組織的影響近年才開始被研究。不同的非電離輻射可產生不同之生物學作用。[1][2]

中子輻射[編輯]

中子輻射由自由中子所組成,可由自發或感應產生的核裂變,核聚變或其他核反應產生。中子非電離輻射不會電離原子,但可與不同元素之原子核撞擊,進行「中子激發」,產生不穩定同位素,使物質具放射性。

電磁輻射[編輯]

電磁輻射(有時簡稱EMR)的形式為在真空中或物質中的自傳播波。電磁輻射有一個電場磁場分量的振盪,分別在兩個相互垂直的方向傳播能量。電磁輻射可波的頻率或波長分為不同類型,這些類型包括(按序增加頻率):無線電波,微波,太赫茲輻射,紅外輻射,可見光,紫外線,X射線和伽瑪射線。其中,無線電波的波長最長而伽馬射線的波長最短。除X射線和伽瑪射線外之電磁輻射都具有較弱電離能力,是非電離輻射。

黑體輻射[編輯]

黑體輻射是指由理想放射物放射出來的輻射,在特定溫度及特定波長放射最大量之輻射。同時,黑體是可以吸收所有入射輻射的物體,不會反射任何輻射,故黑體是絕對黑色的。理論上黑體會放射頻譜上所有波長之電磁波。維恩位移定律是描述黑體電磁輻射能流密度的峰值波長與自身溫度關係的定律。

發現[編輯]

威廉·倫琴發現及命名了X射線。1895年他完成了初步的實驗報告「一種新的射線」及把這項成果發佈在維爾茨堡的Physical-Medical Society雜誌上。1901年倫琴因發現X射線獲得諾貝爾物理學獎亨利·貝克勒發現天然放射性;皮埃爾·居里及其妻子瑪麗·居里對亨利·貝克勒教授所發現的放射性現象共同研究及發現了放射性元素,三人於1903年因對放射性的研究獲頒諾貝爾物理學獎。

α粒子,β粒子和γ射線輻射是由歐內斯特·盧瑟福通過簡單的實驗發現。盧瑟福用一個放射性源,並確定所產生的射線源擊中螢幕上三個不同的區域,其中一個對應一個正電荷(α),其中一個是帶負電(β),和一個是中性(伽瑪射線)。他計算出三種輻射的電荷。利用這些數據,盧瑟福的結論是這些輻射包括三種不同類型並以希臘字母首三個字母α,β和γ為它們命名。

參見[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ 1.0 1.1 Kwan-Hoong Ng. Non-Ionizing Radiations – Sources, Biological Effects, Emissions and Exposures. Proceedings of the International Conference on Non-Ionizing Radiation at UNITEN ICNIR2003 Electromagnetic Fields and Our Health. 20–22 October 2003. 
  2. ^ John E. Moulder. Static Electric and Magnetic Fields and Human Health.