放射线究竟是什么?它对人体的伤害有多大?

放射线究竟是什么?它对人体的伤害有多大?
放射线究竟是什么?它对人体的伤害有多大?

放射线究竟是什么?它对人体的伤害有多大?
放射线：
放射线（radioactive ray）不稳定元素衰变时,从原子核中放射出来的具有穿透性的粒子束,分为：甲种射线、乙种射线和丙种射线三类,其中丙种射线的贯穿力是最强的.另外,放射线对环境和人体是具有一定的 危害性的.
一 3种类型
1.α射线为氦原子核（a粒子,不是质子）,带正电.
原子核：世界所有物质都是由分子构成,或直接由原子构成,而原子由带正电的原子核和带负电的核外电子构成,原子核是由带正电荷的质子和不带电荷的中子构成,原子中,质子数=电子数,因此正负抵消,原子就不显电,原子是个空心球体,原子中大部分的质量都集中在原子核上,电子几乎不占质量,通常忽略不计.
原子核简介：原子核（atomic nucleus)简称“核”.位于原子的核心部分,由质子和中子两种微粒构成.而质子又是由两个上夸克和一个下夸克组成,中子又是由两个下夸克和一个上夸克组成.原子核极小,它的直径在1.0E-15M【十的负十五次米】]~1.0E-14M【十的负十四次方米】之间,体积只占原子体积的几千亿分之一,在这极小的原子核里却集中了99.96%以上原子的质量.原子核的密度极大,核密度约为：1.0E17kg/m3【十七次方千克每立方米】,即1m3的体积如装满原子核,其质量将达到1.0E14t【十的十四次方吨,即1百万亿吨】.原子核的能量极大.构成原子核的质子和中子之间存在着巨大的吸引力,能克服质子之间所带正电荷的斥力而结合成原子核,使原子在化学反应中原子核不发生分裂.当一些原子核发生裂变（原子核分裂为两个或更多的核）或聚变（轻原子核相遇时结合成为重核）时,会释放出巨大的原子核能,即原子能.例如核能发电.利用这一性质,方便人们的生活.整个原子不显电性是中性.
原子核本质：1912年英国科学家卢瑟福根据α粒子轰击金箔的实验中,绝大多数α粒子仍沿原方向前进,少数α粒子由于撞击到了电子发生较大偏转,个别α粒子偏转超过了90°,有的α粒子由于撞上原子核所以偏转方向甚至接近180°.该试验事实确认了：原子内含有一个体积小而质量大的带正电的中心,这就是原子核模型的来历.
相互作用：核子之间的核力,是一种比电磁作用大得多的相互作用.原子半径很小,质子间库仑斥力很大,但原子核却很稳定.所以原子核里质子间的除了库仑斥力外还有核力.只有在2.0×10^-15米的短距离内才能起到作用.质子和质子之间、质子和中子之间、中子和中子之间都存在.
2.β射线为高速电子流,带负电.
β射线：高速运动的电子流0/-1e,贯穿能力很强,电离作用弱,本来物理世界里没有左右之分的,但β射线却有左右之分. 贝塔粒子即β粒子,是指当放射性物质发生β衰变,所释出的高能量电子,其速度可达至光速的99%. 在β衰变过程当中,放射性原子核通过发射电子和中微子转变为另一种核,产物中的电子就被称为β粒子.在正β衰变中,原子核内一个质子转变为一个中子,同时释放一个正电子,在“负β衰变”中,原子核内一个中子转变为一个质子,同时释放一个电子,即β粒子.
β粒子特性：由于电子的质量比质子、中子要轻得多,当β粒子通过一个电场时,如果那是负电子,其路径会向正极的方向扭曲.在通过磁场时,如果磁场的方向是由内向外,其粒子会以逆时辐射对比针方向扭曲,路径呈弧形.能透过几毫米厚的铝板.
相互作用：
（1）电离和激发
电离：β粒子的比电离值比相同能量的α粒子小很多,带电粒子通过物质时,在径迹上将产生很多离子对,射线在单位路程上产生的离子对数目被称为比电离或电离密度.对于单能快速电子,在空气中的比电离值与电子的速度有关,速度越大,比电离值越小,(-dE\x14/凋谢)也越小,穿透本领也越强.
物质原子电离（内层电子电离后外层电子补空位）后发射特征X射线：快速电子将壳层电子击出原子之外,该壳层就产生了空位,当外层电子向内层跃迁时,将两壳层间的能量差以X射线的形式发射出来,这种X射线具有确定的能量.
激发：物质原子激发（内层电子受激跃迁后退激）后发出可见光和紫外线：快速电子与物质相互作用时,还会将物质中的原子的价电子激发至更高的能级,而他们返回基态时,会发出可见光和紫外线,这些次级辐射总称为荧光.
（2）散射和吸收
散射：β粒子与靶物质原子核库仑场作用时,只改变运动方向,而不改变辐射能量,这种过程称为弹性散射.由于电子的质量小,因而散射角度可以很大（与α粒子相比,β粒子的散射要大得多）,而且会发生多次散射,最后偏离原来的运动方向.同时,入射电子能量越低,及靶物质的原子序数越大,散射也就越厉害.β粒子在物质中经过多次散射其最后的散射角可以大于90°,这种散射成为反散射.
吸收：β粒子在一些束缚能比较大的靶材上穿过时,由于能量有限,当能量耗尽时还未穿出,就有可能被靶材原子所束缚,从而被吸收,称为介质原子核外电子的一员.其穿透距离（通常称为射程,记为R）与入射粒子能量大小有关.
（3）电磁辐射
轫致辐射：当电子经过原子核附近时受库伦场的加速会辐射电磁波,称为轫致辐射.辐射损失率与原子序数的平方成正比,即电子打到重元素中,容易发生轫致辐射.重带电粒子穿透介质时也有类似的辐射能量损失,只是因为质量较大而被忽略.
切伦科夫辐射：电子穿过介质时会使原子发生暂时极化,原子退极化时会发射波长在可见光范围内的电磁波,称为切伦科夫辐射.（卢希庭教授解释）
另当电子在介质中运动速度v超过电磁波在介质中的传播速度时,即v>c/n(n为介质折射率),会在某一特定方向发射电磁波,称为切伦科夫辐射.（杨福家院士解释）
（4）正负电子湮没
除负电子能发生的一系列作用外,正电子被慢化至静止状态时还会发生正负电子的湮没(annihilation),向相反方向发射两个湮没光子,两个光子的能量均为0.511Mev.
危害：β射线是一种带电荷的、高速运行、从核素放射性衰变中释放出的粒子.人类受到来源于人造或自然界(氚,C－14等)β射线的照射,β射线比α射线更具有穿透力,但在穿过同样距离,其引起的损伤更小.一些β射线能穿透皮肤,引起放射性伤害.但是它一旦进入体内引起的危害更大.β粒子能被体外衣服消减、阻挡或一张几毫米厚的铝箔完全阻挡.
电离辐射是一种有足够能量使电子离开原子所产生的辐射.以下简称为辐射.一种辐射来源于一些不稳定的原子,这些放射性的原子(指的是放射性核素或放射性同位素)为了变得更稳定,原子核释放出次级和高能光量子(γ射线).上述过程称为放射性衰变.例如,自然界中存在的天然核素镭,氡,铀,钍.此外,存在于人类活动(例如在核反应堆中的原子裂变)和自然界活动,同样它们也释放出电离辐射.在衰变过程中,辐射的主要产物有α,β和γ射线.X射线是另一种由原子核外层电子引起的辐射.
电离辐射能引起细胞化学平衡的改变,某些改变会引起癌变.电离辐射能引起体内细胞中遗传物质DNA的损伤,这种影响甚至可能传到下一代,导致新生一代畸形,先天白血病…在大量辐射的照射下,能在几小时或几天内引起病变,或是导致死亡.
防护因素：针对辐射的来源,辐射的危害.我们如何保护自己免受过量照射,在辐射防护中有三个主要因素：时间,距离,屏蔽.
时间
当你在辐射源附近时,你必须近可能留驻较短的时间,以减少辐射地照射.我们试想假设我们去海滨度假,例如你花费大量时间在在海滨上,如此你将暴露在太阳下,最后被太阳灼伤.如果你花费较少的时间在太阳下,而更多的时间在阴影处,你不至于被太阳灼伤.
距离：越是远离辐射源,你将受到越少的照射.我们试想一场室外音乐会,你可能坐在表演者面前,或是坐在离舞台50码的距离,或是坐在穿过街道的公园的草地上,你的耳朵将受到不同的刺激.你坐在表演者面前,你的耳朵将受到损伤.50码处,你将接受平均水平.如果是坐在远处的草坪上,你也许根本听不见所举行的音乐会.辐射暴露如同上述例子,越是靠近源,你受到损伤的几率越大,越是远离,照射越低.
β粒子一般具有很强的穿透能力,它在空气中能走几百厘米的路程,也就是说它们可以穿过几毫米厚的铝片.
屏蔽：如果你在辐射源周围增加屏蔽,你将减少照射.这如同在雨天,你没有伞的保护,将被淋湿.但是在伞的庇护下,一切照旧.
3.γ射线为光子流,不带电.
光子：原始称呼是光量子（light quantum）,电磁辐射的量子,传递电磁相互作用的规范粒子,记为γ.其静止质量为零,不带电荷,其能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积,E=hv,在真空中以光速c运行,其自旋为1,是玻色子.
①普朗克常数：普朗克常数记为 h ,是一个物理常数,用以描述量子大小.在量子力学中占有重要的角色,马克斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现,只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的,而是一份一份地进行的,计算的结果才能和试验结果是相符.这样的一份能量叫做能量子,每一份能量子等于hv,v为辐射电磁波的频率,h为一常量,叫为普朗克常数.
②电荷：电荷electric charge ,带正负电的基本粒子,称为电荷,带正电的粒子叫正电荷（表示符号为“+”）,带负电的粒子叫负电荷（表示符号为“﹣”）.也是某些基本粒子(如电子和质子)的属性,它使基本粒子互相吸引或排斥.
③电磁相互作用：自然界的四种基本相互作用之一.简称电磁作用.即是带电粒子与电磁场的相互作用以及带电粒子之间通过电磁场传递的相互作用.它是自然界的一种基本相互作用.电磁力随距离减小的规律与万有引力相似：当距离增大到原来的2倍时,它们减小到原来的1/4.
电磁相互作用在强度上它次于强相互作用而居于四种相互作用的第二位.在四种相互作用中,人们对电磁相互作用的基本规律最为了解.电磁相互作用和引力相互作用是长程力,它们可以在宏观尺度的距离中起作用而表现为宏观现象.宏观的电磁相互作用理论总结在麦克斯韦方程组中,早在19世纪已为人们所掌握.微观的电磁作用理论是量子电动力学,它是麦克斯韦理论与量子力学原理的结合.
二 发现历史
贝克勒耳发现了放射线,居里夫妇又作出了新的贡献.放射线本身究竟是什么呢?这正是当时科学界最关注的大问题.下面我们来讲一下另一位伟大的物理学家卢瑟福的工作.
1895年,就在伦琴发现X射线的那一年,年轻的卢瑟福从新西兰远渡重洋来到英国,到有名的卡文迪许实验室学习和工作.汤姆逊热情地欢迎了他.
一开始,他研究刚发现的X射线.当贝克勒耳发现放射线以后,在汤姆逊的建议下,卢瑟福立即转而研究放射线.
卢瑟福把铀装在铅罐里,罐上只留一个小孔,铀的射线只能由小孔放出来,成为一小束.他用纸张、云母、玻璃、铝箔以及 各种厚度的金属板去遮挡这束射线,结果放射线测量表发现铀的射线并不是由同一类物质组成的.其中有一类射线只要一张纸就能完全挡住,他把它叫做“软”射线；另一类射线则穿透性极强,几十厘米厚的 铝板也不能完全挡住,他把它叫做“硬”射线.
正在这时候,居里夫妇发现了镭,并且用磁场来研究镭的射线.结果发现在磁场的作用下,射线分成两束.其中一束不被磁 场偏转,仍然沿直线进行,就像X射线那样；另一束在磁场的作 用下弯曲了,就像阴极射线一样.
用磁场研究射线,在卡文迪许实验室里可是拿手好戏,实验 室主任汤姆逊在不久之前就是利用磁场、电场来研究阴极射线而 发现电子的.居里夫妇的研究情况传到了英国,卢瑟福立刻用更 强的磁场来研究铀（这时他手中还没有新发现的镭）的射线.
结果,铀的射线被分开了,不是两股,而是三股.新发现的 一股略有弯曲,卢瑟福把它叫做α（阿耳法）射线；那一股弯曲得 很厉害的叫做β（贝他）射线；不被磁场弯曲的那一股叫做γ（伽 玛）射线.
卢瑟福分别研究了三种射线的穿透本领.结果是：
α射线的穿透本领最差,它在空气中最远只能走7厘米.一薄 片云母,一张0.05毫米的铝箔,一张普通的纸都能把它挡住.
β射线的穿透本领比α射线强一些,能穿透几毫米厚的铝片.
γ射线的穿透本领极强,1.3厘米厚的铅板也只能使它的强 度减弱一半.
这三种射线是什么物质呢?
居里用汤姆逊研究阴极射线的方法去测定了β射线,证明了β射线和阴极射线性质一样,是带阴电的电子流,只不过速度更快 一些.
γ射线和X射线类似,都是波长非常短的电磁波.
α射线是什么呢?一时还不清楚.
由于α射线和β射线在磁场中弯曲的方向相反,显然α射线带的电荷和p射线正相反,α射线应该是带阳电（正电）荷的粒子流.
卢瑟福用了几年时间专心研究α射线,最后才证明α射线是 失去两个电子的氦原子（氦离子）流.
众所周知,放射线、放射性物质是有害的.究竟对人体有哪些危害呢?
人体受到放射线的照射,随着射线作用剂量的增大,有可能随机地出现某些有害效应.例如它可能诱发白血病、甲状腺癌、骨肿瘤等恶性肿瘤；也可能引起人体遗传物质发生基因突变和染色体畸变,造成先天性畸形、流产、死胎、不育等病症.不过,这种情况发生的几率很低,其
放射线检测试件品质[1]危险度一般没有超过目前人们可以接受的范围.
在事故情况下,如果人体所受射线的剂量达到一定程度,就可能出现一些明确的预期的有害效应.如人体眼晶体一次受到2戈瑞以上的X或γ射线的照射,在3周以后就可能出现晶状体混浊,形成白内障；人体皮肤受到不同剂量的照射,可分别出现脱毛、红斑、水泡及溃疡坏死等损害；另外,还可能引起贫血、免疫功能降低、寿命缩短以及内分泌和生殖机能失调等.
当人体在短时间（数秒至数日）受到大于1戈瑞剂量的射线照射后,就会产生急性放射病,危及生命；机体在较长时间内受到超剂量限值的射线作用后可能导致慢性放射病,造成以造血组织损伤为主的全身慢性放射损伤.这种情况主要针对从事射线工作的职业人员,很少在公众中发生,也不包括局部的医疗照射.
当然,放射线也能为人类造福.医院使用射线常常用于人体某些疾病的诊断和治疗,可以起到独特的效果.同时,它也广泛地应用于工农业、科研及国防建设等领域.我们关键是要做到科学地使用,严格地加强防护,从而使人体免受其危害.
前面我们介绍的各种射线,既可以依靠天然放射线物质和从宇宙射线中获得,也可以通过各种粒子加速器制造出来.最后我们还要简单介绍一下另外一种能够用来产生射线的机器——原子核反应堆.
三 种类
天然射线源一般强度比较低,而且难以根据需要任意调节,不能很好满足科技工作的需要.为此,人们探索能够产生强度大、能量高、性能好、容易调节和控制的射线源,
放射线检测钢板对接焊道研制出各种粒子加速器.
我们知道,许多粒子如电子、质子、α粒子等等都是带电的,它们可在电磁场中被加速而获得很高的能量.这种能够使带电粒子在电磁场作用下加速并获得很高能量的机器就是粒子加速器.
粒子加速器有很多种.按粒子最终可获得的能量来分,有低能、中能和高能粒子加速器；按带电粒子所走的轨迹来分,有直线型、圆型和螺旋型；按加速器电场分类,则有利用直流高压电场加速的,利用高频谐振电场加速的和利用磁场变化所产生的感应电场加速的等.按被加速的带电粒子种类来分,则有电子、质子、氘核和各种重元素离子加速器.它们各自都有适用于自己的 焊道缺陷粒子品种、能量范围以及性能特色.几十年来,它们在相互竞争中不断地发展、完善和更新,同时也在竞争和发展中相互补充.这种用人工方法制造的粒子射线源的很大的优越性,主要有以下一些：
（1）天然的射线源一般只能产生有限的几种射线,如中子、γ射线、β射线、α射线等,而粒子加速器所能产生的射线种类要多得多,例如重离子加速器可以产生出从氢到铀的所有元素的离子束.
（2）由加速器产生的射线束的能量和强度可以根据需要任意选择和精确控制.
（3）加速器产生的粒子束流强度高、性能好.
（4）加速器可以根据需要随时运行和停机,停机以后就不再产生射线,便于管理和维修.
四 核反应堆
除了加速器以外,原子核反应堆也是人们制造出来的一种能够产生射线的机器.
自从1932 年恰德维克发现了中子以后,科学家们立即意识到他们已经掌握了一把打开原子核神秘宫殿大门的钥匙.因为中子不带电,比较容易打入原子核内部,引起核反应.1938 年德国物理学家O.哈恩和F.斯特拉斯曼用中子轰击235U 时,发现235U 裂变为两片,实现了核裂变,同时释放出大量的能量.一个235U 核裂变的过程中,还会同时释放出2～3 个中子.这2～3 个中子又可以去轰击2～3 个235U 引起核裂变,同时又产生出更多的中子……,这样反复进行下去,可以在瞬间使许多235U 发生裂变,释放出惊人的能量和大量的中子和其它射线.这种反应就是所谓的链式反应.
核裂变的发现引起了很大的轰动,并很快将它推向应用.核裂变的应用朝着两个方向发展：一个是用于研制原子弹,这是利用不加控制的链式反应的原理制成的；另一个就是美国科学家研究出了控制连锁反应速度的办法,研制成世界上第一个原子核反应堆.利用反应堆作为射线源的途径是多种多样的,既可以直接利用反应堆本身作为射线源,也可以间接地利用反应堆产生的各种放射性同位素物质作为射线源.
五 直接利用
直接利用反应堆作为射线源一般有两种办法：
（1）在反应堆中心（活性区）的水平方向或垂直方向开设一些引出射线的孔道,在孔道处直接利用反应堆内的射线.这样引出来的射线强度很高,但是射线种类复杂,能量分散.
（2）第二种方法是在第一种方法的基础上加屏蔽物对孔道引出的射线进行过滤.如果设法将中子屏蔽掉,只让γ射线通过,这样就可以得到单一的γ射线.如果设法将γ射线屏蔽掉而只让中子通过,就可以得到单一的中子射线.
六 间接利用
间接利用反应堆作为射线源也有两种办法：
（1）利用反应堆的中子与一些稳定同位素发生核反应生成放射性同位素,然后再加工成同位素放射源加以利用,例如我们常见的60Coγ射线源（简称钴源）就是由59Co 稳定同位素在反应堆内经中子辐照后生成的.
（2）在反应堆上建造一条辐照回路（俗称跑兔装置）.选择某些热中子俘获截面大和可以生成半衰期较短的放射性同位素的物质,让它可以在反应堆活性区与辐照室之间循环流动.当它停留在活性区时就转化为放射性同位素；停留在辐照室时,放射性同位素蜕变,发出大量γ射线.这样不断地反复循环流动,不断地被活化,又不断地放出γ射线,不断地为我们提供取之不尽的γ射线源.用这种办法得到的射线源比较单纯,而且利用射线是在辐照室内进行的,不像在反应堆内那样受到很多限制.
七 危害
对于放射线的危害,人们既熟悉又陌生.在常人的印象里,它是与威力无比的原子弹、氢弹的爆炸联系在一起的,随着全世界和平利用核能呼声的高涨,核武器的禁止使用,核试验的大大减少,人们似乎已经远离放射线危害.然而,近年来,随着放射性同位素及射线装置在工农业、医疗、科研等各个领域的广泛应用,放射线危害的可能性却在增大.
1999年9月30日,日本刺成县JCO公司的的铀浓缩加工厂发生了一起严重的核泄漏事故,有三名工人遭受严重核辐射,当救援人员把他们送到当地医院时,他们已经昏迷不醒.同时这次事故致使工厂周围临近地区遭受不同程度的污染,辐射量是正常值的一万倍,放射线的危害再一次向人类敲响警钟.
八 同位素
什么是放射性同位素,它是怎样造成危害的呢?在周期表中,占据同一个位置,核电荷数相同,但是质量数不同的,称为同位素,铀有好几种同位素,比如说铀235、铀238、铀233、铀234、铀236都属于铀的同位素.什么是放射性同位素?就是能够自发地放出射线的同位素,叫放射性同位素.
放射性同位素都能放出哪些射线呢?把装有放射性同位素的铅室打开,会立即从铅室中射出一束射线,加入磁场射线分成了三束,其中偏转角度较小的一束叫α射线,另一束偏转角度较大的叫β射线,中间一束叫γ射线.α射线穿透能力最弱,用一张厚纸就可以把它挡住；β射线穿透能力强一些,一定厚度的有机玻璃也可以把它挡住；γ射线有着极强的穿透力,通常用铅板可以挡住.除这三种放射线外,常用的射线还有X射线和中子射线,这些射线各具特定能量,对物质具有不同的穿透能力和间离能力,从而使物质或机体发生一些物理、化学、生化变化.如果人体受到长时间大剂量的射线照射,就会使细胞器官组织受到损伤,破坏人体DNA分子结构,有时甚至会导致癌症,或者造成下一代遗传上的缺陷,受照射的人常常会出现头痛、四肢无力、贫血等多种症状,重者甚至死亡. 　放射性同位素放出的射线是一种特殊的、既看不见也摸不着的物质,因此有人把它比喻为“魔线”.
九 防护
使用电离辐射源的一切实践活动,都必须遵从放射防护的三原则,也就是：一、实践正当化；第二、防护最优化；第三、个人剂量限制.
辐射防护的基本方法有三条：第一、时间防护；第二、距离防护；第 三、屏蔽防护.值得注意的是,医生使用射线装置给病人诊治病症时,要根据病人的实际需要,权衡利弊,做到安全合理地使用射线装置.并耐心劝导那些主动要求但不需要使用射线装置诊治的病人,引导他们走出误区,并非一定要使用先进的医疗设备,才可以治疗百病.另外,随着人们对居室美化装修的升温,居室污染也在加剧.其原因之一就是某些建筑材料放出的污气作祟,但是只要我们的居室经常通风化气,污染就可以减少,兴利避害,让放射性同位素及射线装置造福人类.
十 应用
工业上利用放射线穿透物质的本领,用来检测控制钢板或纸张的厚度,检查金属内部的砂眼及裂缝.农业上,通过放射线照射种子,是种子发生变异,培育出优良品种,使农业增产.在医疗卫生上,利用射线可以检查和治疗恶性肿瘤.
另外有关放射线照相（RT）的简介：
射线检查是指「以具有穿透能力的射线 (如X射线、伽玛射线)穿透试件,再达於底片或萤幕等介质,以生成影像之记录,然後研判影像以瞭解试件品质」.
射线检测通常使用的装备可分为两类：一类为X射线,另一类伽玛射线,X射线 (通常称为X光) 系由高速电子流撞击物质靶而产生,X射线的能量依管电压大小而定,亦即正极靶与负极灯丝间的电压差而定,X射线能量愈高则其穿透能力愈强.国内RT所使用的X光机,能量大多为160KVP到300KVP,少数机构装有420KVP、2.5Mev等大型X光机.
伽玛射线是由不稳定同位素之衰变所产生的高能量电磁波,这些同位素可以是天然的,也可以是人造的,所发出的伽玛射线是同一能阶或数种一定能阶,国内RT所使用的同位素大多为Ir-192 ( 铱Iridium - 192 ),少数机构备有Co - 60 ( 钴Cobalt - 60 ),铯 - 137 ( 铯Cesium - 137 )等伽玛射线装备.
使用X射线的好处是其危险性小,能量可以改变,影像对比较佳等等,但坏处是设备通常较笨重,体积较大又需要电源等等,使用伽玛射线 ( 尤其是Ir - 192 )的好处是轻巧,且穿透力较大 ( Ir - 192可致3〞Co - 60可致8〞)又不必电源,但坏处是危险性较大,能量又不易改变,影像对比较差等等.
总结：放射线既可以应用到医疗机构,同时又对人体有着一定的危害元素掺杂其中.不管怎么样,身体健康永远是第一位的.希望能帮助到你.