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輻射是以波、粒子或光子的能量束形式傳播的一種能量,分為電離輻射和非電離輻射兩類。輻射能被廣泛應用於醫學診斷、工業及生物學領域造福人類。但所有輻射均對生物有害,而且可影響自然環境,其中以電離輻射對人體造成的危害最為常見。

1 輻射 -簡介

輻射輻射

輻射指的是能量以波或是次原子粒子移動的型態傳送。輻射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或分子電離化,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)。電離輻射或非電離輻射皆對生物有害,而且可影響自然環境。

2 輻射 -發現

1、威廉·康拉德·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」及把這項成果發布在維爾茨堡的 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。

2、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鐳,三人於1903因對放射性的研究獲頒諾貝爾物理學獎。

3、α粒子,β粒子和γ射線輻射由歐內斯特·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屏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。

3 輻射 -分類

電離輻射
輻射輻射

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。

1、α粒子

是一种放射性粒子,由兩個質子及兩個中子組成,並不帶任何電子,亦即等同於氦-4的內核,或電離化后的氦-4,He2+。

通常具有放射性而原子量較大的化學元素,會透過α衰變放射出α粒子,從而變成較輕的元素,直至該元素穩定為止。由於α粒子的體積比較大,又帶兩個正電荷,很容易就可以電離其他物質。因此,它的能量亦散失得較快,穿透能力在眾多電離輻射中是最弱的,人類的皮膚或一張紙已能隔阻α粒子。 

2、β粒子(+/−)

β衰變-內部結構模型圖 β衰變-內部結構模型圖

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粒子及一粒反電子中微子。

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。

3、中子

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。核反應堆是常見之中子放射源,以水作為有效之中子掩蔽物。

4、X射線

X射線是波長範圍在0.01納米到10納米之間(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鈣原子,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。

5、伽馬射線

伽馬射線是頻率高於1019赫茲的電磁波光子。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數之原子核阻停,例如鉛或乏鈾。

非電離輻射
輻射輻射

非電離輻射包括低能量的電磁輻射。人們經常接觸到的有紫外線(其中太陽發出的紫外線也是非電離輻射的一種)、光線、紅內線、微波及無線電波等。它們的能量不高,只會令物質內的粒子震動,溫度上升。

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、中子輻射

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。

2、電磁輻射 
 
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和磁場分量的振蕩,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。

3、黑體輻射

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。

4 輻射 -應用

電離輻射

X射線用於醫學成像診斷和X射線結晶學,X射線衍射法已成為研究晶體結構、形貌和各種缺陷的重要手段。

γ射線有很強的穿透力,工業中可用來探傷或流水線的自動控制。γ射線容易造成生物體細胞內的DNA斷裂進而引起細胞突變、造血功能缺失、癌症等疾病,因此對細胞有殺傷力,醫療上用來治療腫瘤。

核輻射對生物體的傷害在食品生產中用來常溫殺菌,食品經過高強度的射線照射之後可以保證大部分的細菌被滅殺。

治療癌症的放射療法(放療)是另外一種應用,通過對癌變的部位進行高強度的輻射處理,使得癌細胞(也包括正常細胞)大量死亡,達到抑制癌症的目的。

非電離輻射

在我們的生活中已被廣泛應用。例如煮食用的微波爐及通訊用的無線電波等。

非電離輻射亦包括超聲波。超聲波是很高頻率的聲波。超聲波可以形成超聲波圖象,作為診斷疾病之用。

5 輻射 -危害

輻射輻射對人體危害的原理

一般來說,非電離輻射(例如光線及無線電波)的能量較低,不足以改變物質的化學性質。相反,電離輻射(例如α粒子及β粒子)有足夠的能量使原子中的電子遊離而生成帶電離子。這個電離過程通常會引致生物組織生成化學變化,因而對生物構成傷害。一般所指可引起傷害的輻射,就是電離輻射。

輻射對人體的效應是從細胞開始的。它會使細胞的衰亡加速,使新細胞的生成受到抑制,或造成細胞畸形,或造成人體內生化反應的改變。在輻射劑量較低時,人體本身對輻射損傷有一定的修復能力,可對上述反應進行修復,從而不表現出危害效應或癥狀。但如果劑量過高,超出了人體內各器官或組織具有的修復能力,就會引起局部或全身的病變。

人們所關心的輻射,可以粗略地分成兩類,核輻射和電磁輻射,這兩種都屬於電離輻射。

核輻射

就是放射性元素產生的輻射,是攜帶很高能量的質子、中子、氦原子核、電子、光子等等。放射性元素會不斷地發生衰變反應,變成另外一種物質並放出輻射,輻射的射線有三種:α射線(氦核)、β射線(電子束)和伽馬射線(高能光子);原子質量比較大的放射性元素也會發生裂變反應(核電站或原子彈)放出中子或其他射線;較輕的原子核在一定條件下會發生聚變反應放出中子或者質子射線;而高能宇宙輻射在大氣裡面也會產生大量的次級輻射。日常生活中不會遇到聚變反應,裂變反應產生的射線一般也只有在核電站里才有,所以比較常見的是放射性元素的衰變射線和宇宙輻射。

長時間接受較高強度的核輻射有導致癌症的可能性。

電磁輻射

電磁輻射是電磁能量以電磁波的形式通過空間傳播的現象,它的傳播速度即為人們通常所說的光速。電磁輻射可按其波長、頻率排列成若干頻率段,形成電磁波譜。頻率越高該輻射的量子能量越大,其生物學作用也越強。

電磁輻射源可以分為自然電磁輻射源和人為電磁輻射源(高頻感應加熱設備、高頻介質加熱設備、短波和超短波理療設備、微波發射設備和無線電廣播與通訊等各種射頻設備)。雷電、太陽黑子活動、宇宙射線等都產生電磁輻射,這是自然電磁輻射源;而人為的電磁輻射源主要有各類無線電設備,如行動電話機、無線對講機、室內無線電話、廣播電視發射機、微波和衛星通信裝置、雷達、無線電遙控器等,也包括工業、科學和醫療設備,如微波爐、高頻護眼燈、醫療磁共振設備、氦弧焊機、射頻電熱器、高頻熱合機、交流高電壓輸電線、轉換開關、電動機、發電機、電視機、計算機等。電磁輻射由電磁發射引起的,可以說所有的用電器都會產生電磁輻射。

電磁污染已被公認為排在大氣污染、水質污染、噪音污染之後的第四大公害。聯合國人類環境大會將電磁輻射列入必須控制的主要污染物之一。據國外資料顯示,電磁輻射已成為當今危害人類健康的致病源之一。1998年世界衛生組織列出電磁輻射對人體的五大影響:

1、電磁輻射是心血管病、糖尿病、癌突變的主要誘因;

2、電磁輻射對人體生殖系統、神經系統、免疫系統造成傷害;

3、電磁輻射是孕婦流產、不育、畸胎等病變的誘發因素;

4、電磁輻射直接影響兒童的發育、骨髓發育、導致視力下降、視網膜脫落,肝臟造血功能下降;

5、電磁輻射可使女性內分泌紊亂,月經失調。

6 輻射 -防護

易被輻射人群
輻射與生活相關的輻射數據

有5種人特別要注意電磁輻射污染:

1、生活和工作在高壓線、變電站、電台、電視台、雷達站、電磁波發射塔附近的人員;

2、經常使用電腦、電視電子儀器、醫療設備、辦公自動化設備的人員;

3、生活在現代電器自動化環境中的工作人員;

4、佩戴心臟起搏器的患者;

5、生活在以上環境里的孕婦、兒童、老人及病患者等。

防護措施

1、如果生活環境中電磁輻射污染比較高,公眾必須採取相應的防護措施。不要把家用電器擺放得過於集中,以免使自己暴露在超劑量輻射的危險之中。特別是一些易產生電磁波的家用電器,如收音機、電視機、電腦、冰箱等更不宜集中擺放在卧室里。

2、各種家用電器、辦公設備、行動電話等都應盡量避免長時間操作,同時盡量避免多種辦公和家用電器同時啟用。

3、手機接通瞬間釋放的電磁輻射最大,在使用時應盡量使頭部與手機天線的距離遠一些,最好使用分離耳機和話筒接聽電話。

4、注意人體與辦公和家用電器距離,對各種電器的使用,應保持一定的安全距離,離電器越遠,受電磁波侵害越小。如彩電與人的距離應在4至5米,與日光燈管距離應在2至3米,微波爐在開啟之後要離開至少1米遠,孕婦和小孩應盡量遠離微波爐。

5、有條件的單位和個人可配備防輻射服裝,電腦、電視防輻射屏,防輻射窗帘,防輻射玻璃等措施減少電磁輻射,根據「多一分防護,少一分危害」的觀念,寧可信其有,不可信其無,做到有防無患。

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