放射線

放射線對環境和人體有一定的危害。同一種放射性元素之所以會放射出幾種不同的射線，是因為原子核周圍物質的多層分佈。最外層物質受原子核的束縛力最小，最容易逃離，但是其自身的速度和能量也最小，穿透力也最小，波長較大，頻率較低。中間層物質離原子核較近，需要較高的速度和能量才能逃離原子核的束縛，因此在放射時會有較高的速度和能量，穿透力也比較強，波長較小，頻率較高。最裡層物質最靠近原子核，圍繞原子核旋轉的速度也最快，逃離原子核時具有很高的速度和能量，有很強的穿透力，波長很短，頻率很高。

α射線為氦原子核(α粒子，不是質子)，帶正電；

β射線為高速電子流，帶負電；

γ射線為光子流，不帶電。

貝克勒耳發現了放射線，居里夫婦又作出了新的貢獻。放射線本身究竟是什麼呢？這正是當時科學界最關注的大問題。下面我們來講一下另一位偉大的物理學家盧瑟福的工作。

1895年，就在倫琴發現X射線的那一年，年輕的盧瑟福從紐西蘭遠渡重洋來到英國，到有名的卡文迪許實驗室學習和工作。湯姆遜熱情地歡迎了他。

一開始，他研究剛發現的X射線。當貝克勒耳發現放射線以後，在湯姆遜的建議下，盧瑟福立即轉而研究放射線。

盧瑟福把鈾裝在鉛罐里，罐上只留一個小孔，鈾的射線只能由小孔放出來，成為一小束。他用紙張、雲母、玻璃、鋁箔以及 各種厚度的金屬板去遮擋這束射線，結果發現鈾的射線並不是由同一類物質組成的。其中有一類射線只要一張紙就能完全擋住，他把它叫做“軟”射線；另一類射線則穿透性極強，幾十厘米厚的 鋁板也不能完全擋住，他把它叫做“硬”射線。

正在這時候，居里夫婦發現了鐳，並且用磁場來研究鐳的射 線。結果發現在磁場的作用下，射線分成兩束。其中一束不被磁 場偏轉，仍然沿直線進行，就像X射線那樣；另一束在磁場的作 用下彎曲了，就像陰極射線一樣。

用磁場研究射線，在卡文迪許實驗室里可是拿手好戲，實驗 室主任湯姆遜在不久之前就是利用磁場、電場來研究陰極射線而 發現電子的。居里夫婦的研究情況傳到了英國，盧瑟福立刻用更 強的磁場來研究鈾（這時他手中還沒有新發現的鐳）的射線。

結果，鈾的射線被分開了，不是兩股，而是三股。新發現的 一股略有彎曲，盧瑟福把它叫做α（阿耳法）射線；那一股彎曲得 很厲害的叫做β（貝他）射線；不被磁場彎曲的那一股叫做γ（伽 瑪）射線。

盧瑟福分別研究了三種射線的穿透本領。結果是：

α射線的穿透本領最差，它在空氣中最遠只能走7厘米。一薄 片雲母，一張0.05毫米的鋁箔，一張普通的紙都能把它擋住。

β射線的穿透本領比α射線強一些，能穿透幾毫米厚的鋁片。

γ射線的穿透本領極強，1.3厘米厚的鉛板也只能使它的強 度減弱一半。

這三種射線是什麼物質呢？

居里用湯姆遜研究陰極射線的方法去測定了β射線，證明了β射線和陰極射線性質一樣，是帶陰電的電子流，只不過速度更快 一些。

γ射線和X射線類似，都是波長非常短的電磁波。

α射線是什麼呢？一時還不清楚。

由於α射線和β射線在磁場中彎曲的方向相反，顯然α射線帶的電荷和β射線正相反，α射線應該是帶陽電（正電）荷的粒子流。

盧瑟福用了幾年時間專心研究α射線，最後才證明α射線是 失去兩個電子的氦原子（氦離子）流。

眾所周知，放射線、放射性物質是有害的。究竟對人體有哪些危害呢？

人體受到放射線的照射，隨著射線作用劑量的增大，有可能隨機地出現某些有害效應。例如它可能誘發白血病、甲狀腺癌、骨腫瘤等惡性腫瘤；也可能引起人體遺傳物質發生基因突變和染色體畸變，造成先天性畸形、流產、死胎、不育等病症。不過，這種情況發生的幾率很低，其危險度一般沒有超過目前人們可以接受的範圍。

在事故情況下，如果人體所受射線的劑量達到一定程度，就可能出現一些明確的預期的有害效應。如人體眼晶體一次受到2戈瑞以上的X或γ射線的照射，在3周以後就可能出現晶狀體混濁，形成白內障；人體皮膚受到不同劑量的照射，可分別出現脫毛、紅斑、水泡及潰瘍壞死等損害；另外，還可能引起貧血、免疫功能降低、壽命縮短以及內分泌和生殖機能失調等。

當人體在短時間（數秒至數日）受到大於1戈瑞劑量的射線照射后，就會產生急性放射病，危及生命；機體在較長時間內受到超劑量限值的射線作用后可能導致慢性放射病，造成以造血組織損傷為主的全身慢性放射損傷。這種情況主要針對從事射線工作的職業人員，很少在公眾中發生，也不包括局部的醫療照射。

當然，放射線也能為人類造福。醫院使用射線常常用於人體某些疾病的診斷和治療，可以起到獨特的效果。同時，它也廣泛地應用於工農業、科研及國防建設等領域。我們關鍵是要做到科學地使用，嚴格地加強防護，從而使人體免受其危害。

前面我們介紹的各種射線，既可以依靠天然放射線物質和從宇宙射線中獲得，也可以通過各種粒子加速器製造出來。最後我們還要簡單介紹一下另外一種能夠用來產生射線的機器——原子核反應堆。

天然射線源一般強度比較低，而且難以根據需要任意調節，不能很好滿足科技工作的需要。為此，人們探索能夠產生強度大、能量高、性能好、容易調節和控制的射線源，研製出各種粒子加速器。

我們知道，許多粒子如電子、質子、α粒子等等都是帶電的，它們可在電磁場中被加速而獲得很高的能量。這種能夠使帶電粒子在電磁場作用下加速並獲得很高能量的機器就是粒子加速器。

粒子加速器有很多種。按粒子最終可獲得的能量來分，有低能、中能和高能粒子加速器；按帶電粒子所走的軌跡來分，有直線型、圓型和螺旋型；按加速器電場分類，則有利用直流高壓電場加速的，利用高頻諧振電場加速的和利用磁場變化所產生的感應電場加速的等。按被加速的帶電粒子種類來分，則有電子、質子、氘核和各種重元素離子加速器。它們各自都有適用於自己的粒子品種、能量範圍以及性能特色。幾十年來，它們在相互競爭中不斷地發展、完善和更新，同時也在競爭和發展中相互補充。這種用人工方法製造的粒子射線源的很大的優越性，主要有以下一些：

（1）天然的射線源一般只能產生有限的幾種射線，如中子、γ射線、β射線、α射線等，而粒子加速器所能產生的射線種類要多得多，例如重離子加速器可以產生出從氫到鈾的所有元素的離子束。

（2）由加速器產生的射線束的能量和強度可以根據需要任意選擇和精確控制。

（3）加速器產生的粒子束流強度高、性能好。

（4）加速器可以根據需要隨時運行和停機，停機以後就不再產生射線，便於管理和維修。

除了加速器以外，原子核反應堆也是人們製造出來的一種能夠產生射線的機器。

自從1932 年恰德維克發現了中子以後，科學家們立即意識到他們已經掌握了一把打開原子核神秘宮殿大門的鑰匙。因為中子不帶電，比較容易打入原子核內部，引起核反應。1938 年德國物理學家O.哈恩和F.斯特拉斯曼用中子轟擊235U 時，發現235U 裂變為兩片，實現了核裂變，同時釋放出大量的能量。一個235U 核裂變的過程中，還會同時釋放出2～3 個中子。這2～3 個中子又可以去轟擊2～3 個235U 引起核裂變，同時又產生出更多的中子……，這樣反覆進行下去，可以在瞬間使許多235U 發生裂變，釋放出驚人的能量和大量的中子和其它射線。這種反應就是所謂的鏈式反應。

核裂變的發現引起了很大的轟動，並很快將它推嚮應用。核裂變的應用朝著兩個方向發展：一個是用於研製原子彈，這是利用不加控制的鏈式反應的原理製成的；另一個就是美國科學家研究出了控制連鎖反應速度的辦法，研製成世界上第一個原子核反應堆。利用反應堆作為射線源的途徑是多種多樣的，既可以直接利用反應堆本身作為射線源，也可以間接地利用反應堆產生的各种放射性同位素物質作為射線源。

直接利用反應堆作為射線源一般有兩種辦法：

（1）在反應堆中心（活性區）的水平方向或垂直方向開設一些引出射線的孔道，在孔道處直接利用反應堆內的射線。這樣引出來的射線強度很高，但是射線種類複雜，能量分散。

（2）第二種方法是在第一種方法的基礎上加屏蔽物對孔道引出的射線進行過濾。如果設法將中子屏蔽掉，只讓γ射線通過，這樣就可以得到單一的γ射線。如果設法將γ射線屏蔽掉而只讓中子通過，就可以得到單一的中子射線。

間接利用反應堆作為射線源也有兩種辦法：

（1）利用反應堆的中子與一些穩定同位素髮生核反應生成放射性同位素，然後再加工成同位素放射源加以利用，例如我們常見的60Coγ射線源（簡稱鈷源）就是由59Co 穩定同位素在反應堆內經中子輻照後生成的。

（2）在反應堆上建造一條輻照迴路（俗稱跑兔裝置）。選擇某些熱中子俘獲截面大和可以生成半衰期較短的放射性同位素的物質，讓它可以在反應堆活性區與輻照室之間循環流動。當它停留在活性區時就轉化為放射性同位素；停留在輻照室時，放射性同位素蛻變，發出大量γ射線。這樣不斷地反覆循環流動，不斷地被活化，又不斷地放出γ射線，不斷地為我們提供取之不盡的γ射線源。用這種辦法得到的射線源比較單純，而且利用射線是在輻照室內進行的，不像在反應堆內那樣受到很多限制。

對於放射線的危害，人們既熟悉又陌生。在常人的印象里，它是與威力無比的原子彈、氫彈的爆炸聯繫在一起的，隨著全世界和平利用核能呼聲的高漲，核武器的禁止使用，核試驗的大大減少，人們似乎已經遠離放射線危害。然而，近年來，隨著放射性同位素及射線裝置在工農業、醫療、科研等各個領域的廣泛應用，放射線危害的可能性卻在增大。

1999年9月30日，日本刺成縣JCO公司的的鈾濃縮加工廠發生了一起嚴重的核泄漏事故，有三名工人遭受嚴重核輻射，當救援人員把他們送到當地醫院時，他們已經昏迷不醒。同時這次事故致使工廠周圍臨近地區遭受不同程度的污染，輻射量是正常值的一萬倍，放射線的危害再一次向人類敲響警鐘。

什麼是放射性同位素，它是怎樣造成危害的呢？在周期表中，佔據同一個位置，核電荷數相同，但是質量數不同的，稱為同位素，鈾有好幾種同位素，比如說鈾235、鈾238、鈾233、鈾234、鈾236都屬於鈾的同位素。什麼是放射性同位素？就是能夠自發地放出射線的同位素，叫放射性同位素。

放射性同位素都能放出哪些射線呢？把裝有放射性同位素的鉛室打開，會立即從鉛室中射出一束射線，加入磁場射線分成了三束，其中偏轉角度較小的一束叫α射線，另一束偏轉角度較大的叫β射線，中間一束叫γ射線。α射線穿透能力最弱，用一張厚紙就可以把它擋住；β射線穿透能力強一些，一定厚度的有機玻璃也可以把它擋住；γ射線有著極強的穿透力，通常用鉛板可以擋住。除這三种放射線外，常用的射線還有X射線和中子射線，這些射線各具特定能量，對物質具有不同的穿透能力和間離能力，從而使物質或機體發生一些物理、化學、生化變化。如果人體受到長時間大劑量的射線照射，就會使細胞器官組織受到損傷，破壞人體DNA分子結構，有時甚至會導致癌症，或者造成下一代遺傳上的缺陷，受照射的人常常會出現頭痛、四肢無力、貧血等多種癥狀，重者甚至死亡。放射性同位素放出的射線是一種特殊的、既看不見也摸不著的物質，因此有人把它比喻為“魔線”。

使用電離輻射源的一切實踐活動，都必須遵從放射防護的三原則，也就是：一、實踐正當化；第二、防護最優化；第三、個人劑量限制。

輻射防護的基本方法有三條：第一、時間防護；第二、距離防護；第 三、屏蔽防護。值得注意的是，醫生使用射線裝置給病人診治病症時，要根據病人的實際需要，權衡利弊，做到安全合理地使用射線裝置。並耐心勸導那些主動要求但不需要使用射線裝置診治的病人，引導他們走出誤區，並非一定要使用先進的醫療設備，才可以治療百病。另外，隨著人們對居室美化裝修的升溫，居室污染也在加劇。其原因之一就是某些建築材料放出的污氣作祟，但是只要我們的居室經常通風化氣，污染就可以減少，興利避害，讓放射性同位素及射線裝置造福人類。

工業上利用放射線穿透物質的本領，用來檢測控制鋼板或紙張的厚度，檢查金屬內部的砂眼及裂縫。農業上，通過放射線照射種子，使種子發生變異，培育出優良品種，使農業增產。在醫療衛生上，利用射線可以檢查和治療惡性腫瘤。