辐射

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介绍

辐射表现为阿尔法辐射($\mathrm{\alpha}$)、中子辐射和贝塔辐射($\mathrm{\beta}$)。原子核带正电荷，而电子带负电荷。原子内的力通过过度消除原子能或放射性来实现稳定而强大的平衡。在这个过程中，不平衡的原子核可能会释放能量，这种自发的、持续的辐射被称为电磁辐射和粒子辐射是辐射的两种物理形式。电磁辐射是一种纯粹的能量辐射，没有重量。粒子辐射表现为具有能量和重量的微小粒子。

什么是辐射？

辐射定义为从特定源发出的能量，并以光速穿过空间。这种能量具有与其相关的磁场和电场，并具有波的特性。

图1：辐射

根据上图，可以理解太阳是发射能量的主要来源，地球是吸收能量最多的目的地。

辐射中的能量由射线形式的物质或高速粒子提供。物质包含原子，原子由不同的部分组成，原子核包含称为中子(Huynh et al. 2020)和质子的微小粒子。原子的外壳包含其他不同的粒子，称为电子。

辐射类型和核辐射

辐射主要包括两种类型：电离辐射和非电离辐射。

电离辐射 - 它是能够在分子水平上赋予物质足够能量来产生离子的辐射类型，这种相互作用被称为电离辐射。

图2：电离辐射

这种辐射会从轨道上移除紧密结合的电子，从而导致原子电离或带电(Li et al. 2021)。相互作用的物质是人体，这会导致明显的损伤，包括蛋白质变性和DNA损伤。

非电离辐射 - 这种辐射表现为能量较低的辐射，其能量不足以从活生物体或物质中的分子或原子中去除电子。然而，这种能量使分子振动，从而产生热量。

图3

非电离辐射对大多数人的健康没有风险。例如，微波的工作条件就被认为是安全的。其他一些例子包括可见光和无线电波。

核辐射是指由原子核组成的粒子发出的能量，这是核衰变过程的结果(Norbury et al. 2019)。核辐射主要包括三种类型：α射线、β射线和γ射线。

图4：α射线

α射线 - 这种类型的核辐射是射程非常短的重粒子。它主要由氦核喷射出来。α射线衰变的原子核会发射巨大且带正电的粒子，以达到更平衡的状态。

β射线 - 原子核会发射电子，其穿透力通常比α粒子强，可以穿过1到2厘米的物质，这取决于能量。β射线主要分为β负和β正两种类型。

图5：β射线

γ射线 - 它主要由波长小于$\mathrm{3 \times 10^{-11}}$米的射线组成。γ射线的发射被定义为一个核过程(Haines et al. 2020)。一些γ射线可以很容易地穿过人体而不会造成任何损害。γ射线主要用于癌症治疗。

图6：γ射线

辐射对人体的影響

暴露于高剂量辐射可能会影响生物体，损害构成生物体的细胞，这可能会进一步导致严重的健康影响，如辐射病和皮肤烧伤。辐射对细胞的影响通常是随机的，即相同数量和类型的辐射可能对相同的细胞产生严重的不同影响(Iaea, 2022)。常见的副作用包括疲劳、皮肤变化和脱发。当对某些部位进行辐射治疗时，辐射还会导致口腔问题。

应用

• 原子核辐射会电离物体，将分子或原子转化为带电粒子。

• 镅的放射性释放α射线，有助于电离探测器内的空气。

• β射线用于监测和跟踪材料厚度。医生经常使用放射性化学物质进行医学成像。

• 在工业中，辐射用于控制和监测材料厚度的探测器，例如塑料、纸张和铝。

• γ射线用于癌症治疗、医疗器械消毒和设备测试。

结论

在物理世界中，辐射被用于确定材料的成分，该过程称为中子活化分析。宇宙射线、雷达和X射线是一些类型的电磁辐射，而中子、β粒子（贝塔粒子）和α粒子（阿尔法粒子）是常见的粒子辐射类型。辐射对人体的生物学影响非常严重，会导致辐射病的症状，包括虚弱、疲劳、鼻出血、口腔出血、瘀伤、皮肤烧伤、皮肤脱落等。背景辐射来自人为和自然来源。

常见问题

Q1. 辐射来自哪里？

辐射来自环境中存在的天然和人工来源。人工产生的辐射包括用于烹饪的微波炉和医学X射线。

Q2. β射线的分类是什么？

不平衡的原子会释放β射线，包括碳14和氢3。β负和β正 β射线的主要分类。

Q3. X射线如何帮助医生？

X射线允许医生寻找骨折并识别人体中可能存在的癌症。当注射放射性物质时，医生可以识别特定的疾病。

Q4. 辐射是如何被利用的？

辐射被用于房间加热和通过放在火焰上加热器皿。人体向周围环境散发热量，并通过辐射过程获得热量。