什么是辐射

什么是辐射

时间:2021-12-18 15:17:57
什么是辐射

  说到辐射,大家脑海中浮现的可能是各种各样的光源如太阳紫外线辐射或者是切尔诺贝利核电站等一些极端恶性的辐射泄漏事件。以至于有人谈辐射色变,层出不穷的“长时间玩手机辐射过量影响健康”之类的报道侧面印证了人们对辐射的科学认识少之又少。本文给大家简单介绍一下辐射是什么,是否对人体必须有害。

  首先,什么是辐射?

  在物理学中,辐射是经过空间或物质介质以波或粒子形式发射或传输能量。包括:

  电磁辐射,例如无线电波,微波,红外线,可见光,紫外线,X射线和伽玛射线(γ)。

  粒子辐射,例如α辐射(α),β辐射(β)和中子辐射(非零静止能量的粒子)。

  声辐射,例如超声波,声音和地震波(取决于物理传输介质)。

  引力辐射,以引力波或时空弯曲的形式出现的辐射。如下图所示。

  自地球构成以来,辐射一向在我们周围。生活中我们接触最多的辐射为上述第一种电磁波辐射,所以最应当关注该种辐射对健康的影响。在这一点上,辐射还能够划分为电离辐射和非电离辐射。人类每一天在进行正常的日常活动时,都会不断暴露于环境中的少量电离辐射中:这就是自然本底辐射。联合国原子辐射影响科学委员会(UNSCEAR)确定了公众暴露于自然辐射的四个主要来源:宇宙辐射、地面辐射、吸入、摄取。人工辐射源:医学来源、工业来源、核爆炸、核电。

  电离辐射是一种特定类型的辐射,具有足够的能量以从某些原子中释放出电子。该辐射包括来自α或β衰变的电离粒子,以及伽马辐射形式的电磁波。一般而言,α和β衰变粒子以及伽马射线光子的能量高于原子和分子的电离能。这些粒子使物质离子化并破坏分子键,这可能导致严重的生物学损害,例如烧伤,DNA的损坏,放射病和癌症。但日常生活中接触最多的电离辐射来自于太阳的紫外线和医学检查中的X光,辐射剂量是很小的不会增加人体生物损害的几率。

  相比于电离辐射,我们接触最多的还属非电离辐射,包括红外线、可见光(各种电子产品屏幕的光)、微波以及无线电波(WiFi)等。非电离辐射不会从原子上除去电子。这意味着与电离辐射相比,它的破坏程度通常较小。其中,红外线的存在,在必须程度上有利于身体健康。人体在理解红外辐射时,体内组成细胞的分子原子热运动增加,促进身体的血液循环和新陈代谢。使一部分有害物质能够从汗腺排出体外而不必经过肾脏,减轻了肾脏负担。但非电离辐射也伴随必须的健康风险,例如长时间的强光辐射会对视力造成不可逆损伤等。

  所以,辐射时刻存在于我们身边,某些种类对人体是有害的。需要我们警惕的是电离辐射的危害,但为了身体健康也要尽量避免长时间接触非电离辐射。

  在生活中,其实我们接触的辐射强度最大的是电磁波辐射,相应地,我们也应当最关注其是否对身体有害。

  在这一点上,其实辐射还有另一种划分方式,即辐射能够分为电离辐射和非电离辐射。[由Www.HenKao.Com整理]

  我们明白原子是由原子核与电子组成的,当原子或原子团失去或得到电子时,原子将由此变为离子。从那里能够看到,若辐射的能量足以让原子中的电子脱离,那么原子将会被电离,变成离子,这个能量值通常小于10个电子伏特(1个电子伏特代表1个电子在1伏的电压加速后所获得的动能),所以将辐射能量高于10电子伏特(10eV)的辐射称为电离辐射。

  电离辐射的重要性在于,由于人体是原子组成的,细胞中的DNA也是原子构成的,若是DNA中的原子发生了电离,那么很有可能导致基因突变,从而增加了得癌症的几率。并且得癌症的几率与其所受到电离辐射的剂量成正相关,也就是说,接触电离辐射越多患癌症的几率也越高。此外,人体不一样的组织器官对同一辐射的敏感性也不一样,所以对于同一种辐射,可能皮肤比骨髓更容易发生癌变。

  我们日常生活中接触的最多的电离辐射主要是来自太阳的紫外线和在医院做检查时的X光。但实际上绝大部分人所受到这两种辐射的剂量都是比较小的,所以并不会显著增加人体患癌几率。

  相比于电离辐射,我们在生活中受到的大部分辐射是非电离辐射,如红外线、可见光(包括手机电脑屏幕发出的光)、无线电波(如wifi)以及微波等。

  对于非电离辐射,其辐射的能量还不足以使原子或分子电离,而只能使它们产生旋转、振动或其它非电离的改变,其对于人体的影响与电离辐射相比有着质的变化,换句话说,非电离辐射不会直接导致基因突变。

  其实,我们在冬天晒太阳感到温暖时大部分是红外线在起作用。虽然红外线的辐射能量属于非电离级别,并且显著小于紫外线,但由于红外线的波长较长,使得它不能而不能穿透到原子、分子的内部,而只能穿透原子分子的间隙,这就使得原子、分子的振动加快,由此温度便显著上升。这就是为什么红外线会物体温度上升,并能给予人温暖了(微波的波长比红外线更长,所以它的热效应比红外线更强,能够用来快速加热食品)。

  红外线的存在,其实还有利于人的身体健康。人体在理解红外线照射时,由于体内细胞分子和原子热运动增加,从而能够促进人体血液循环和新陈代谢,原本滞留在体内的老旧废物和有害物质,会随着新陈代谢由汗腺排出体外,而存在于毛孔中的化妆品残余物,就能够不必透过肾脏,直接从皮肤和汗水一齐排出体外,可避免增加肾脏的负担。

  当然,即便是非电离辐射,过度的辐射剂量也会对人的身体造成损害。如过度照射红外线会使人脱水;长时间打电话会使人体耳膜受损,从而损害听力;长时间受到光辐射会造成视神经疲劳,近视等,强光辐射可造成不可逆转的视力损伤。

  所以说,辐射不全都是对人体有害的,仅有电离辐射需要我们提高警惕,但对于非电离辐射,为了身体健康,还是要尽量避免长时间接触辐射源。

  辐射如何被发现的?

  1895年,德国物理学家威廉康拉德伦琴发现了能够用来透视人体的辐射,之后命名为X射线。这一发现预示了辐射的医学应用,从此以后,医学应用有了不断的发展。鉴于为人类做出的异常贡献,1901年伦琴获得第一届诺贝尔物理学奖。在伦琴发现X射线一年以后,法国科学家亨利贝可勒尔将感光底片放进有含铀矿物碎片的抽屉里。当他对底片显影时惊奇地发现,底片受到了辐射的影响。这种现象称为放射性,是由原子自发释放能量产生的。此刻,放射性单位用贝可勒尔(Bq)表示,是以亨利贝可勒尔的名字命名的。之后不久,年轻化学家玛丽斯克多夫斯卡居里做了进一步研究,第一个提出了术语放射性。1898年,她和丈夫皮埃尔居里发现当铀发出射线后,能够神奇地转变为其他元素,其中一个元素称为钋,是以她祖国的名字命名的,另一个元素称为镭,即“发光的”元素。玛丽居里与皮埃尔居里和亨利贝可勒尔分享了1903年诺贝尔物理学奖。在1911年,她又因放射化学方面的发现第二次获得诺贝尔奖,是第一位两次获得诺贝尔奖的女性。

  科学家期望探索并了解原子,尤其是原子结构。我们此刻明白原子是由一个微小的、带正电荷的核子和围绕核的带负电荷的电子云组成。原子核仅为整个原子大小的十万分之一,但却占到了原子的几乎全部质量。

  原子核通常是由质子和中子组成的粒子簇,粒子彼此紧紧依附在一齐。质子带一个正电荷,中子不带电荷。化学元素是由该种元素原子中的质子数确定的(如硼原子有5个质子,铀原子有92个质子)。具有相同质子数、不一样中子数的元素称为同位素(如铀-235和铀-238的差别就在于它们的核子中相差3个中子)。完整的原子通常既不带正电荷也不带负电荷,因为带正电荷数的质子数与带负电荷数的电子数相同。

  自然界中有些原子是稳定的,而其他原子则是不稳定的。不稳定原子核自发转变,以辐射的形式释放能量,包含不稳定核的原子称为放射性核素。释放的能量能够与其他原子相互作用,并使后者电离。电离是原子经过获得或失去电子而导致其带正电荷或负电荷的过程。电离辐射带有足够的能量撞击电子使其脱离电子轨道,从而产生带电原子,称为离子。发射两个质子和两个中子的过程称为α衰变,发射电子的衰变称为β衰变。通常,不稳定核素往往处于激发态,发射粒子后仍不足以平静下来。然后以电磁波形式释放能量,这种辐射称为Υ射线。

  X射线也是电磁辐射,与Υ射线一样,可是光子能量较低。当由阴极发射出的电子束轰击被称为阳极的靶材料时,在由玻璃制成的真空管中就产生具有不一样能量的X射线谱。X射线谱取决于阳极材料和电子束的加速能量。所以当需要时,X射线能够由人工精确地产生,这十分有利于工业和医学上的应用。

  放射性衰变和半衰期

  虽然所有的放射性核素都是不稳定的,可是有些核素比另外一些核素更不稳定。比如,铀-238原子核中的粒子(92个质子和146个中子)聚集在一齐。但最终由两个质子和两个中子构成的粒子簇分离出来,以α粒子形式离开原子,于是铀-238转变为钍-234(90个质子和144个中子)。钍-234也是不稳定的,但发生转变的过程不一样。钍-234发射高能电子(β粒子)使一个中子变为一个质子,从而转变为镤-234(91个质子和143个中子)。此核素极其不稳定,很快转变为铀-234。铀-234继续释放粒子,发生转变,直到最终成为稳定的铅-206(82个质子和124个中子)而结束。有许多这样的转变序列或通常所说的放射性衰变序列。

  必须量的某种核素衰变一半所需要的时间称为半衰期。经过一个半衰期后,平均每100万个原子中有50万个原子转变为别的核素。在下一个半衰期里,大约又有25万个原子发生衰变,如此下去,直到全部衰变为止。经过10个半衰期后,原有的100万个原子中只剩有大约1000个(0.1100)原子。在上文中举出的例子中,镤-234原子衰变一半变为铀-234的时间只需要一分钟多一点的时间。相比之下,铀-238原子衰减一半变为钍-234所需的时间是45亿年。就是说环境中天然存在的放射性核素只是少数。

  辐射单位有哪些?

  此刻,我们明白辐射能量能够损伤生物组织,在生物组织内沉积的能量的大小用一个称为剂量的量来表示。辐射剂量可来源于任何一种核素,也能够来源于多种核素,不论这些核素是在体外,还是在体内(比如吸入体内或倣体内)。剂量的大小能够用不一样的方式来表示,取决于身体的多大部分到受照射,身体的哪些部位受照射,而不论是一个人还是多个人受到照射,也不论照射的时间长短(如急性照射)。

  每千克组织所吸收辐射能量的大小称为吸收剂量,用单位戈瑞(Gy)来表示。这个单位是以英国物理学家、放射生物学先驱哈罗德戈瑞(HaroldGray)的名字而命名的。但仅用这个量是不够的,因为在相同剂量下来自α粒子的损伤可能比来自β粒子和Υ射线的大得多。为了比较不一样辐射类型所致的吸收剂量,需要对这些剂量引起某种生物损伤的可能性进行剂量加权。被加权的剂量称为当量剂量,用单位希沃特(Sv)表示,该单位是以瑞典科学家罗尔夫希沃特(RolfSievert)的名字命名的。1希沃特等于1000毫希沃特,就像1升等于1000毫升,1米等于1000毫米一样。

  哈罗德戈瑞(1905-1965)

  还有一种研究,是身体的有些部位比其他部位更容易受到损伤。例如,某一给定当量剂量的辐射更容易引起肺癌,而不是肝癌,并且由于遗传效应的危险,生殖器官需要给予异常关注。所以,为了比较不一样组织或器官受到照射的剂量,也应当对身体不一样部位受到的当量剂量予以加权,其结果称为有效剂量,用希沃特(Sv)表示。然而,有效剂量是低剂量照射后发生癌症和遗传效应可能性的一项指标,并不用于度量高剂量照射效应下的严重程度。

  必须用这个复杂的辐射量体系将这些量纳入到一个一致的框架结构中,从而使辐射防护专家能够一致地和有比较地记录个人剂量,这对从事辐射工作的人员和受职业照射的人员来说有重要意义。

  然而,这样仅仅描述的是个人所受的剂量。如果我们把一个群体中每一个人受到的剂量相加在一齐,其结果称为团体有效剂量或简称团体剂量,用人希沃特表示。例如,世界人口的年团体剂量1900万人希沃特,相当于年平均个人剂量3毫希沃特。

  辐射的贯穿本领

  简单的说,辐射能够有粒子形式(包括α粒子、β粒子和中子)或电磁波形式(Υ射线和X射线),它们各自有着不一样的能量。不一样的发射能量和不一样的粒子类型导致它们有不一样的贯穿本领,因而对生命物质有着不一样的效应。α粒子由两个带正电荷的质子和两个中子构成,是所有辐射类型中带电荷最多的。较多的电荷数,意味着与周围原子有较多的相互作用。这种相互作用使粒子的能量快速减少,因而减小了贯穿本领。例如,α粒子能够被一张纸阻挡。β粒子由带负电荷的粒子组成,载带的电荷数较少,所以其贯穿本领大于α粒子。β粒子能够穿透1厘米或2厘米的生物组织。Υ射线和X射线穿透力极强,能够穿透密度小于厚钢板的任何物质。经过原子核裂变或核聚变,能够用人工方法从不稳定核中释放中子。作为宇宙辐射的成份,中子也能够是天然存在的,因为中子是呈电中性的粒子,当与物质或组织产生相互作用时有很强的贯穿本领。

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