輻射

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介紹

輻射表現為阿爾法輻射($\mathrm{\alpha}$)、中子輻射和貝塔輻射($\mathrm{\beta}$)。原子核帶正電荷，而電子帶負電荷。原子內的力透過過度消除原子能或放射性來實現穩定而強大的平衡。在這個過程中，不平衡的原子核可能會釋放能量，這種自發的、持續的輻射被稱為電磁輻射和粒子輻射是輻射的兩種物理形式。電磁輻射是一種純粹的能量輻射，沒有重量。粒子輻射表現為具有能量和重量的微小粒子。

什麼是輻射？

輻射定義為從特定源發出的能量，並以光速穿過空間。這種能量具有與其相關的磁場和電場，並具有波的特性。

圖1：輻射

根據上圖，可以理解太陽是發射能量的主要來源，地球是吸收能量最多的目的地。

輻射中的能量由射線形式的物質或高速粒子提供。物質包含原子，原子由不同的部分組成，原子核包含稱為中子(Huynh et al. 2020)和質子的微小粒子。原子的外殼包含其他不同的粒子，稱為電子。

輻射型別和核輻射

輻射主要包括兩種型別：電離輻射和非電離輻射。

電離輻射 - 它是能夠在分子水平上賦予物質足夠能量來產生離子的輻射型別，這種相互作用被稱為電離輻射。

圖2：電離輻射

這種輻射會從軌道上移除緊密結合的電子，從而導致原子電離或帶電(Li et al. 2021)。相互作用的物質是人體，這會導致明顯的損傷，包括蛋白質變性和DNA損傷。

非電離輻射 - 這種輻射表現為能量較低的輻射，其能量不足以從活生物體或物質中的分子或原子中去除電子。然而，這種能量使分子振動，從而產生熱量。

圖3

非電離輻射對大多數人的健康沒有風險。例如，微波的工作條件就被認為是安全的。其他一些例子包括可見光和無線電波。

核輻射是指由原子核組成的粒子發出的能量，這是核衰變過程的結果(Norbury et al. 2019)。核輻射主要包括三種類型：α射線、β射線和γ射線。

圖4：α射線

α射線 - 這種型別的核輻射是射程非常短的重粒子。它主要由氦核噴射出來。α射線衰變的原子核會發射巨大且帶正電的粒子，以達到更平衡的狀態。

β射線 - 原子核會發射電子，其穿透力通常比α粒子強，可以穿過1到2釐米的物質，這取決於能量。β射線主要分為β負和β正兩種型別。

圖5：β射線

γ射線 - 它主要由波長小於$\mathrm{3 \times 10^{-11}}$米的射線組成。γ射線的發射被定義為一個核過程(Haines et al. 2020)。一些γ射線可以很容易地穿過人體而不會造成任何損害。γ射線主要用於癌症治療。

圖6：γ射線

輻射對人體的影響

暴露於高劑量輻射可能會影響生物體，損害構成生物體的細胞，這可能會進一步導致嚴重的健康影響，如輻射病和皮膚燒傷。輻射對細胞的影響通常是隨機的，即相同數量和型別的輻射可能對相同的細胞產生嚴重的不同影響(Iaea, 2022)。常見的副作用包括疲勞、皮膚變化和脫髮。當對某些部位進行輻射治療時，輻射還會導致口腔問題。

應用

• 原子核輻射會電離物體，將分子或原子轉化為帶電粒子。

• 鋂的放射性釋放α射線，有助於電離探測器內的空氣。

• β射線用於監測和跟蹤材料厚度。醫生經常使用放射性化學物質進行醫學成像。

• 在工業中，輻射用於控制和監測材料厚度的探測器，例如塑膠、紙張和鋁。

• γ射線用於癌症治療、醫療器械消毒和裝置測試。

結論

在物理世界中，輻射被用於確定材料的成分，該過程稱為中子活化分析。宇宙射線、雷達和X射線是一些型別的電磁輻射，而中子、β粒子（貝塔粒子）和α粒子（阿爾法粒子）是常見的粒子輻射型別。輻射對人體的生物學影響非常嚴重，會導致輻射病的症狀，包括虛弱、疲勞、鼻出血、口腔出血、瘀傷、皮膚燒傷、皮膚脫落等。背景輻射來自人為和自然來源。

常見問題

Q1. 輻射來自哪裡？

輻射來自環境中存在的天然和人工來源。人工產生的輻射包括用於烹飪的微波爐和醫學X射線。

Q2. β射線的分類是什麼？

不平衡的原子會釋放β射線，包括碳14和氫3。β負和β正 β射線的主要分類。

Q3. X射線如何幫助醫生？

X射線允許醫生尋找骨折並識別人體中可能存在的癌症。當注射放射性物質時，醫生可以識別特定的疾病。

Q4. 輻射是如何被利用的？

輻射被用於房間加熱和透過放在火焰上加熱器皿。人體向周圍環境散發熱量，並透過輻射過程獲得熱量。