关於辐射,我有了更进一步的了解 以前的我只听国中的物理老师常常提到辐射这玩意儿 但我却不了解辐射到底是什麽! 我就只知道辐射就像是光,这次仔细的查了资料才知道 辐射，像光一样，是一种能量，就像 r 射线等的电磁波，与如电子等的高速粒子的形态传送。 还有一些有关於辐射对人体的危害,我也都有更深入的认识! 让我收获很多。 97年10月22号综一庚8号洪宇生 辐射 辐射，像光一样，是一种能量，它以如加马 (γ) 射线等的电磁波，与如电子等的高速粒子的形态传送。通常我们依它能量的高低或游离物质的能力，分成非游离辐射和游离辐射两大类： 非游离辐射：指能量低无法离生游离的辐射，例如太阳光、灯 光、红外线、微波、无线电波、雷达波等。 游离辐射：指能量高能使物质产生游离作用的辐射。 游离辐射又区分为：(1)电磁波辐射，(2)粒子辐射。 　　一般所谓的辐射或放射线，都是指游离辐射而言。 我们生存的大自然里，辐射和阳光、空气、水同时存在，因为它无色、无味、无臭，人体无法直接感应，使得大家对於辐射有莫名的恐惧感。前一阵子有关辐射安全的新闻报导 接连刊登，人人几乎闻辐色变。 　　人类在一百多年前发现辐射以来，就尝试应用於许多层面，如X光照射、农产品保鲜与飞机结构检测等，皆带给了我们许多的方便。事实上日常生活中已经少不了辐射的应用。 　　我们应该深入了解辐射是什麽，能利用它的优点，而避开它的危险性，不再只是莫名的害怕。 　最早在1895年11月，德国物理学教授仑琴 (Roentgen) 发现一种眼睛看不见但能穿透物质的射线。因不知其名，故称为X射线，一般俗称X光。随後不久发现X射线会使空气游离而导电。 在了解辐射之前我们先看看原子的构造 　原子的中心为原子核，内含质子和中子，体积很小但质量很大。原子核的外面有电子，像行星绕太阳一般，循着固定的轨道绕着原子核旋转。 　　我们把原子核内质子数和中子数的总和称作质量数，例如钴 60，记成 60Co，它有27个质子和33个中子，其质量数为60。 伟大的原子科学家-汤姆生 在1884年汤姆生年仅28岁，就担任英国剑桥大学卡文的斯(Cavendish)实验室的主任。这位被称为「年轻小伙子」自己也感到十分惊讶，想不到这位年轻人却使设备简陋的实验室转变成为世界上最负盛名的实验核子物理重镇。 　　汤姆生和他的学生拉塞福是最早证实空气被X射线游离。从这游离现象推导出游离辐射 (放射线)，也就是由原子释出能量范围广大的电磁波和粒子辐射。汤姆生最负盛名的贡献是探讨阴极射线的性质，也就是电子的性质。他藉着电场以偏转阴极射线;在过去是用磁场使原子偏转。他终於证实电子为带负电的粒子。接着他又测定电子的质量，约为氢原子核的二千分之一。在当时原子是被视为最小的粒子。 　　电子是属於次原子级的粒子，汤姆生是证明次原子级粒子存在的第一位，从此打开了次原子级的门户，导致他的高足拉塞福在核子物理领内的贡献。後来汤姆生证实电子和物质相互作用的结果会产生X射线，而X射线和物质相互作用的结果却会产生电子。 　　第一个原子模型也要归功於汤姆生，也就是闻名的「葡萄乾布丁模型」。他绘出原子为一球形，充满了正电荷，同时也有相同数目的负电荷(电子)。在1906年汤姆生因在电子和气体导电两方面的卓越成就，获得诺贝尔物理奖。 同位素是 (isotope) 什麽？ 　　质子的数目决定元素的名称和它的性质。若某一元素含有不同的中子数目，则称为该元素的同位素。例如钴的同位素有五种分别是 ，，，，，这中间除了 是稳定同位素(无放射性)外，其余都具有放射性。 　　我们常听说放射性同位素，就是具有放射性的同位素，例如氚 (3H) ，碳14 (14C) ，钴60 (60Co) ，钾40 (40K) ，铀235 (235U) ，铀238 (238U) 。目前已知天然存在的同位素约有330种，其中大约270种是稳定同位素，其余是不稳定的放射性同位素。 辐射是谁发现的? 　 原子的中心为原子核，内含质子和中子，体积很小但质量很大。原子核的外面有电子，像行星绕太阳一般，循着固定的轨道绕着原子核旋转。 　　我们把原子核内质子数和中子数的总和称作质量数，例如钴 60，记成 60Co，它有27个质子和33个中子，其质量数为60。 紧接着在1896年2月，法国科学家贝克勒尔 (Becquerel) 发现铀的化合物会发出一种不同於X射线，但也具有穿透能力使照相底片感光的射线，称它为铀放射线。他是第一位发现放射性的人。 　　1897年英国物理学家汤姆逊 (Joseph John Thomson) 在从事阴极射线的实验中发现带负电的电子(electron)。 　　次年，1898年7月在法国巴黎，居里 (Curie) 夫妇两人首次自沥青铀矿中提炼出一种新元素，命名为钋 (Po) 以纪念居里夫人的祖国波兰。同年12月又成功地分离出另一新元素镭 (Ra) 。「放射性」(radioactivity)这个名词就是居里夫人所创的。 贝克勒尔 居里夫人　 同在1898年，威廉韦恩发现了带正电的质子，1899 年原籍纽西兰的拉塞福 (Rutherford) 发现了带2个正电单位的α粒子，称为阿伐射线，且证明带一个负电单位的贝他 (β) 射线就是电子。在1900年韦拉特 (Villard) 发现另一种电磁波射线，能量比X射线还高，命名为加马(γ)射线。不带电的中子是最後被发现的，迟至1932年2月才由查兑克 (Chadwick) 发现。至此人类对原子核里面的构造，才有较清楚的了解。 辐射是怎麽产生的???? 1. 来自放射性同位素 　　不稳定的原子核就好像脾气不好的人，需要一种发泄的管道，以便将他的怒气消弭，此时原子核就是为了回复到稳定状态，必须释放出能量，而以电磁波或粒子的形态射出，这就称为辐射（俗称放射线）。 　　以钴60为例，它先放出一个贝他粒子转变成镍60，但此时镍60原子核仍很不稳定，它又迅速放出两道加马射线，才形成稳定的镍60同位素。所以，一个钴60原子自发性地蜕变时，会放出一个贝他粒子和二道加马射线。 　　空气中天然存在的放射性同位素氡222，它射出带二个正电荷的阿伐粒子，形成钋218： (二个α粒子) 　　钋218也具有放射性，会继续蜕变下去。 2. 来自产生辐射的机具 　　我们定期作胸部X光检查时，不禁要问这X光到底是怎麽产生的？原来当高速运动的电子撞击重原子核时（例如钨元素）就会产生X射线，在医学上的用途非常大。另外，当高能轨道的电子跳回低能轨道时，也会产生X射线，可应用在金属元素的定性和定量分析工作上。 3. 来自核反应 　　如核能发电厂、宇宙射线等。 辐射有哪些特性???? 辐射有四个重要的特性是大家必须要认识的： 1.放射性蜕变是自发性的反应 　　放射性同位素（另称放射性核种）的蜕变是自发性的，无法以物理或化学的手段去改变它。 2.辐射受电磁场影响 　　辐射若带有电荷，则其行进时会受电磁场影响而偏转，加马射线因不带电荷，故其行进轨迹不会受电场影响 。 3.辐射强度随时间的增加而递减 　　放射性同位素的蜕变率（或辐射强度）会随时间的增加而递减。辐射强度每减少一半所需要的时间称为半衰期。各放射性同位素的半衰期都是固定，而且都不相同，有如人的指纹一般。例如国内发现的辐射钢筋内所含60Co的半衰期为5.26年，空气中氡222的半衰期为3.82天。 4.不同的辐射有不同的穿透能力 　　阿伐射线的穿透能力最弱，一张纸就可以全部把它挡住。贝他射线的穿透能力稍为强一点点，它能穿透普通的纸张，但无法穿透铝板。加马或X射线的穿透力最强，需要适当厚度的混凝土或铅板才能有效地阻挡。 　　因此，屏蔽X射线或加马射线的材料，需要密度高的金属材质为佳。用铅做钴60射源的容器，其厚度最小，铁则需要厚些，混凝土要再厚些。若用水做屏蔽，则需更厚才能达到相同的屏蔽效果。 　辐射撞到物质时，与物质产生游离或激发的反应，把辐射本身的能量转移给物质。右图为一个原子被辐射游离或激发的过程。由於阿伐射线因为带正电，非常容易和物质产生游离作用，而快速地将其本身的能量传给物质，因此阿伐射线的穿透力很弱。相反地，X与γ射线不易和物质起作用，也就是不易将能量传给物质，所以X与 γ射线的穿透力很强。 　　 黑体辐射（blackbody radiation）对量子理论发展的影响 十九世纪，科学家们普遍认为古典力学的理论已趋於完备，然而对於黑体辐射(blackbody radiation)存在现象，却无法用古典理论於予解释，对於黑体辐射所衍生的问题，在科学家的努力下渐渐揭开其神秘面纱，在揭开其神秘面纱的同时也引领我们进入另一全新的领域－量子力学。 　　1859年，德国物理学家Kirchhoff辐射定律（law of radiation）指出物体在已知温度下，对辐射能之放射率或吸收率与物体表面之性质有关。而黑色物质对辐射能具有较大的吸收能力。如果一个物体在任何温度下能吸收任何频率的辐射能，那麽这个物体便称为黑体。事实上，完全黑体并不存在，研究黑体辐射时，常以人工制成一完全黑体讨论之。如图所示，当外界辐射能经由小孔射於空腔时，此辐射能经过多次反射後，几乎无机会再由小孔出现，故可视为辐射能被空腔所完全吸收，而称之以完全黑体。若加热此物体至某一温度，观察由小孔辐射出之光谱其光谱与在同一温度之黑体（blackbody）所吸收辐射者，完全相同。 1879年由Josef Stefan提出辐射的总能量（E）和绝对温度（T）的四次方成正比，即所谓的Stefan-Boltzmann law( )。 1884年，Boltzmann应用热力学观点空腔辐射能之研究，他取此空腔为圆柱行具有反射性质之壁沿，且期末端至一可移动支活塞，空腔内部之辐射能对其四周施以压力，应用Carnot cycle之一连串膨胀及压缩过程可导出此压力及功之关系，因辐射能密度与压力成正比，若压力以知，则能量密度亦能轻易导出。 1893年Wien更进一步研究辐射能移动之活塞反射後，所引起都卜勒效应，而计算出辐射能波长之变化，发现波长之变化与温度成正比，若再引Stefan-Boltzmann law，及绝热过程公式，可得Wien displacement law，T 。 从上面的图可观察到下列显着之特性： (a)黑体辐射之光谱与物体的材料无关。 (b) T固定时，在波长l至l+dl间之辐射能密度ρ，先随着波长之减短而增加至某一最大值，後在随波长之减短而减少。 (c) 对固定之波长或平率而 dl值随T同时增加。 (d) 曲线之最大值(表示在固定温度下?有最大辐射能之波长)随温度之增加而向短波端位移。因温度上升时，若 表最大辐射能之波长，则 与T成比： constant。此关系称Wien displacement law。短波端位移。因温度上升时，若 表最大辐射能之波长，则 与T成反比： constant。此关系称Wien displacement law。 後来更精细和全面的实验表明，Wien公式并非与所有实验数据都符合那样好，几位实验物理学家指出，在长波长波段，Wien公式与实验有明显的偏离，这促使Planck去改进Wien公式，即 ，当Planck改进Wien公式後，便开始着手研究其理论，并提出能量量子化的假设， ，n=0、1、2、3…，利用Boltzmann分布函数与量子化的假设可推导出Planck的辐射公式，即 　　1919年，Rubens和Mechel证明Planck公式能正确地预测160 C至1800 C实验结果，Planck constant的大小为h=6.626x10 J‧s。由Planck的假设可成功解释并推导Rayleigh-Jeans law，Wien displacement law，Stefan-Boltzmann law，最後，研究黑体之重要性，再於如何以理论解释上述之实验事实，然而古典理论与实验间的矛盾，经由Planck引入量子化观念後遂迎刃而解，且并可预测许多新的实验，进而进入量子世界发展量子论。 辐射对人体的危害!! 人体接受辐射的来源有哪些?? 人类在生活上所接触到的辐射源，有天然的和人造的两类，而人体接受辐射剂量则是经由体外曝露与体内曝露两大途径所造成。以下先作简要要说明： 1.天然辐射源 　　环境中天然存在的辐射源： 来自太空的宇宙射线； 土壤及建筑材料中所含的天然放射性核种（钾 40、铀238、钍232及它们一系列的子核种）； 食物中的钾40； 空气中的氡222和它的子核种等等，从体内、体外使人体接受辐射剂量。 　　右图显示高度上升，宇宙射线也愈强，下表为显示搭乘国内外飞机每趟往返大约接受的宇宙射线剂量： 国内外航线旅客所受宇宙射线剂量 航线（往返） 接受剂量 （微西弗） 辐射的致癌性 　　自从X射线和天然放射性被发现之後，辐射即被广泛应用於科学和医学上。但早期对辐射的安全性还不很了解，以致有一些工作人员接受高剂量而罹患白血病或皮肤癌。後来人们注意到辐射与致癌的关系，同时又发现铀矿工人因长期吸入高浓度的氡222，造成罹患肺癌的机率高於正常人，辐射会增加致癌率的事实才被确认。 　　如今流行病学专家分别从— 广岛、长崎； 马歇尔群岛居民； 核武器试爆之军事观察员； 接受辐射医治的病人； 辐射工作人员； 高天然背景地区居民； 遭受核子事故的人员。 　　等数十万人中做长期的追踪调查，以探讨辐射与致癌机率的相关性。 §低剂量致癌的机率 　　低剂量致癌是机率效应，接受辐射将使致癌的机率增加，但并非人人一定会致癌。根据国际放射防护委员会报告的评估，每一万人每人都接受1000mSv全身剂量（相当於接受500年天然背景辐射），可能增加癌症死亡人数为500人，即致癌死亡率为1000mSv增加5 % 。但是，自然情况下人类各种死亡原因，癌症占了约20-25 % （卫生署公布台湾地区84年因癌症死亡占总死亡数的21.9 % ），而且要让每人接受1000mSv的高剂量也诚非易事。因此，日常生活中接受天然辐射剂量致癌死亡的机率是非常低的。 §辐射致癌的潜伏期 　　从人体器官接受辐射曝露，经过复杂的变化到临床癌症显现，需要一段长时间，这段时间就是所谓的潜伏期。各类癌症的潜伏期不尽相同，从日本流行病学的调查，例如白血病最短，平均潜伏期约10年，其他实体肿瘤癌症的潜伏期都较长。 人体组织器官的辐射致癌敏感度 　　根据流行病学调查显示，人体器官对辐射致癌的敏感度确有差异，已知胃、肺、结肠和红骨髓四个器官对辐射致癌性较敏感，而甲状腺、骨表面、皮肤则较不敏感。下表显示每西弗剂量产生致癌和不良遗传的机率。致癌和不良遗传机率之总和，即表示辐射引发机率效应的总危险度。 心得 --

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