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射线种类及其特性

提示:

根据上述内容所知,某些元素的原子核不稳定,会自发地放射出某种肉眼看不见也感觉不到,且只能用专门的仪器才能探测到的射线,进而转变成别种元素的原子核现象,称之为放射现象。元素的这种性质叫放射性。 具有放射现象的物质(物品)称为放射性物质(物品),按其获得方法可分为天然放射性物质(物品)和人工放射性物质(

    根据上述内容所知,某些元素的原子核不稳定,会自发地放射出某种肉眼看不见也感觉不到,且只能用专门的仪器才能探测到的射线,进而转变成别种元素的原子核现象,称之为放射现象。元素的这种性质叫放射性。

    具有放射现象的物质(物品)称为放射性物质(物品),按其获得方法可分为天然放射性物质(物品)和人工放射性物质(物品),常用的放射性物质(物品)大部分都是人工的。

    通常,放射性物质所放出的射线大致有3种:α(阿尔法)射线、β(贝塔)射线和γ(伽马)射线。此外,还有中子流和X射线。由于各种射线的性质不同,致使其对人体的危害性以及防护方法都有很大不同。

    1.α射线

    α射线是从放射性物质的原子核中放射出来带正电荷的α粒子流,实际上就是惰性气体氦的原子核(4He)

    α射线一般是从原子量较大的化学元素(如天然铀)的原子核中发射出来。α粒子的质量和氦核相等,为氢原子核的4倍,且带有2个正电荷,所以它在物质中(如空气中)穿行较困难,即穿透能力很低。如:天然铀释放出的α射线,在空气中的射程仅3cm左右,很快就把能量传给被照射物质。

    通常人类的皮肤(损伤的皮肤例外)或一张纸即可挡住α粒子。因此,α射线引起的外照射危害可忽略不计。但由于α粒子的电离能力很强,一旦进入人体内(即形成内照射),则会使人体器官和组织在电离作用下受到严重损伤,且致伤集中,不易恢复。如通过呼吸、饮食等途径,放射性物质则有可能(若违反安全防护规则)进入体内(消化道或气管),这时α射线将直接作用于体内组织,破坏内脏的细胞。因此,α粒子的内照射危害最大,要特别注意防止能放射出射线的物质进入人体内。

    2.β射线

    β射线是从放射性物质的原子核里释放出来带一个单位电荷的高速电子流。

    由于β粒子实际上就是电子(包括正电子和负电子),所以β衰变可分为“正β衰变”和“负β衰变”两种。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(即β+粒子),而使原子核的质子数减少1(同时中子数增加1,核的总质量数不变);在“负β衰变”中,原子核内一个中子转变为一个质子,同时释放一个负电子(即β-粒子),而使原子核的质子数增加1(同时中子数减少1,核的总质量数不变)。

    由于β粒子所带电量仅为α粒子的一半,且质量又极其微小,所以β射线对周围介质的电离能力要比α射线小得多。但正因为质量轻,所以β射线在物质中穿行时,要比α射线更容易,即β射线比α射线具有更大的穿透能力,射程较远。如:磷-32(32P)衰变时放出的β粒子在空气中的射程可达10m。因此,β粒子(射线)不仅能进人体内引起损伤效应(内照射危害),在体外若距离人体较近仍可对人体造成危害(外照射危害)。

    根据β射线的性质,可采用适当屏蔽物来减弱β射线的强度,如铝板或有适当厚度的有机玻璃板等。

    3.γ射线

    γ射线是一种波长很短的电磁波,即光子流,不带电。所以γ射线与普通无线电、可见光的实质是一样的,都是由电磁波构成。

    由于γ光子不带电荷,且不易被其他物质吸收。通过障碍物时,能量的损失只是其数目逐渐减少,而剩余γ光子的速度不变。因此,在3种常见射线中,γ射线的穿透能力最强,它是β射线的50-100倍,是α射线的1万倍,能透过厚达300mm的钢板,因此要完全阻挡或吸收γ射线是很困难的。

    换句话说,γ射线对机体的外照射危害较大。但γ射线的电离能力最弱,只有α射线的1/1000、β射线的1/10,且不会滞留在体内,所以其对人体基本上不存在内照射危害,而应主要防护γ射线所造成的外照射。

    为了减弱γ射线的强度,通常可采用重金属作屏蔽物,如:铅(Pb)、铁( Fe)等对γ射线都具有显著的屏蔽作用。

    4X射线

    X射线是一种短波长的电磁波,波长介于γ射线和紫外线之间。它由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,故又称伦琴射线。

    X射线由于波长短,所以具有强大的穿透能力,能透过可见光不能透过的物质,其中包括肌肉、骨骼、金属、纸张等,能伤害及杀死有生命的细胞。这种肉眼看不见的X射线还可使很多固体材料发生可见的荧光,能使照相乳胶感光以及空气电离等。此外,由于X射线不带电荷,故不受电场和磁场影响。

    X射线性质和γ射线大体相同,所以把它们统称为光子。如上所述,两者区别在于γ射线是从某些放射性物质(如钴、铀、镭等)原子核里放射出来;而X射线是由原子核外电子壳层中发射出来的。X射线和γ射线都不带电,不能直接引起电离,但它们穿透能力极强能穿透物质,进而使核外电子成为高速飞行的自由电子,这些电子则可以发生电离作用。X射线防护主要采用外照射防护。

    5.中子

    中子是一种不带电的基本粒子,在自然界里中子并不单独存在,它是在原子核受到外来粒子的轰击时才从原子核里释放出来的。运输过程中常见的“中子源”就能放出中子流。中子源是将某些放射性物质与非放射性物质放在一起时,放射性物质衰变时放出的α粒子轰击非放射性物质而放出中子。

    由于中子不带电,不能直接由电离作用而消耗能量,因而具有强大的穿透能力。当中子通过物质时,会与物质中的原子核碰撞而损失能量。通常,中子与轻原子核碰撞时损耗的能量较多,而与重原子核碰撞时损耗的能量较少。所以,中子最易被含有很多氢原子的物质和碳氢化合物所吸收,却能顺利通过铁、铅等很重的物质。

    中子流的上述特点应特别为人们重视。这是因为人体是一个有机体,有大量的碳、氢等轻质元素,这正是中子的良好减速剂。中子流在人体内长距离穿透时,撞击碳、氢的原子核而发生核反应。这些反应都有γ射线放出,对人体危害极大。

    总的来说,中子流对人体的伤害,不论是外照射还是内照射都是极严重的,而且由于重物质挡不住中子流,所以中子弹对人员的杀伤半径要比原子弹大得多,且不毁坏建筑物。也正因为上述这种特点,通常可以用比重较轻的物质吸收中子或使其减速,如水、石蜡和其他碳氢化合物或水泥等。

    上述介绍的几种射线,它们虽然不能直接被人的感官觉察出来,但在实际生活中却是无处不在。特别是当今人类进入高科技时代,核电的开发、食品的辐射保鲜、核方法在医疗诊断和科研上的应用等都直接利用射线。同时,生活在地球上的人们也每时每刻都吸入和食入一定数量的放射性物质;每个人都不可避免地受到来自地壳(岩层和土壤)和空间某些射线的作用。总之,放射性物质和射线时刻与你同在,它们并不是什么神秘的东西。各种射线特性比较见表1-1-1

    各种射线特性比较    1-1-1

 各种射线特性比较

    注:①中子流在自然界不单独存在。


(责任编辑: 佚名 )

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