輻射的認識

在我們生存的宇宙空間里是充滿著各種輻射的，自古以來，地球上的生命便暴露于自然環境的輻射中。這些輻射各不相同，主要包括熱輻射、不同能量的電磁波(例如光線、無線電波及X射線等)、超聲波，以及由放射性物質因衰變放出的粒子(例如α粒子及β粒子等)。根據這些輻射所含能量的大小，大致可以將這些輻射分為非電離輻射及電離輻射兩類。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游離而產生帶電離子。這個電離過程通常會引致生物組織產生化學變化，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。

我們生活的周圍存在著各種天然輻射

電離輻射與非電離輻射的區別

輻射是無聲、無色、無臭、無味，大部份亦無法憑觸覺感覺其存在，只能借助專門的輻射檢測儀器探測和量度它們。因此一般人對輻射都存有恐懼。其中一個原因可能是大眾對輻射不大了解。因此，為了幫助大眾對輻射有一個完整、正確的認識，我們特整理了些資料供讀者參考。

l  輻射是什么？

我們知道，世上所有物質都是由細小的原子組成。而輻射主要由原子釋放出來，因此要認識輻射，首先要了組成物質的這些原子的結構和特性 :

1)原子的結構

世上所有物質都是由細小的原子組成，而每粒原子有一個被電子包圍著的原子核。細小的原子核內含不帶電荷的中子及帶正電荷的質子，而帶負電荷的電子則沿軌道環繞原子核運行，情況就好像行星環繞太陽運行一樣。

通常，原子內的質子和電子的數目是相同的，所以原子不帶電荷。氫是最細小的原子，它的原子核內只有一顆質子。而較大的原子，其原子核內質子及中子的數目則更多。例如，碳-12的原子核內有6顆質子及6顆中子，而鈾-238的原子核內便有92顆質子及146顆中子。

大部分原子的原子核都是穩定的，即是說會長期保持原來的狀態。不過，有些原子核，尤其是那些較大的原子核，卻是不穩定的。這些不穩定的原子核具有放射性，它會自發地釋放出粒子或電磁波，從而回復到穩定的狀態，這個過程稱為衰變。這些具有放射性的原子核稱為放射性核素，而放出的粒子和電磁波則統稱輻射。

原子的結構

不同的原子帶有不同數目的中子、質子和電子

2)不穩定的原子核

原子核的穩定度可以用若干參數來描述，其中一個參數是核粒子的結合能。原子核的總結合能是指把原子核分開成為獨立核粒子所需的能量。換句話說，獨立核粒子結合組成一個原子核，就會釋放出相等于該原子核的總結合能的能量。如果把原子核內每顆核粒子的平均結合能(又稱比結合能)與質量數 (原子核中的質子和中子的總數) 繪制成圖(右下圖)，便可發現圖中曲線在質量數大約等于 56 (即鐵原子核) 時到達最高點，即是鐵原子核的總體能量最低。因此，如以能量作為考慮因素，任何大于鐵的原子核，會傾向分裂，放出多余的能量。而較小的原子核則傾向互相結合，組成較大的原子核。

鈾-235是核電站的燃料，其原子核內有 92 粒質子及 143 粒中子。由于原子核不穩定，鈾原子核會分裂，并在過程中釋放多余的能量。

不穩定的原子核

原子核的比結合能與質量數(質子和中子總數)

3)衰變

一顆不穩定(即具有放射性)的原子核在放射出粒子及能量后可變得較為穩定，這個過程稱為「衰變」。這些粒子或能量 (后者以電磁波方式射出) 統稱輻射。由不穩定原子核發射出來的輻射可以是α粒子、β粒子、γ射線或中子。

放射性核素在衰變過程中，該核素的原子核數目會逐漸減少。衰變至只剩下原來數目一半所需的時間稱為該核素的半衰期。每種放射性核素都有其特定的半衰期，由幾微秒到幾百萬年不等。

每經過一個半衰期，放射性物質的放射性便會剩下一半，經過二個半衰期，放射性便會剩下原先的四分之一，余此類推。

鈾的衰變示意圖

l  輻射從何而來？

一般來說，輻射按其來源可以分為兩大類：天然輻射和人工輻射。

1)天然輻射

我們接觸到的天然輻射包括來自外層空間的宇宙射線及存在于食物、空氣及居住環境的天然放射性物質等。

文章天頭說到，在我們的生活的周圍，輻射其實是無處不在，甚至連我們自己的身體都具有放射性。其實我們每日都會接觸到各種各樣的輻射，特別是天然輻射。在本港，平均每人每年吸收的天然本底輻射劑量大約為2毫希沃特。在世界各地，每人吸收的天然本底輻射劑量一般都是由每年1毫希沃特到10毫希沃特不等(數據源 ﹕聯合國原子輻射效應科學委員會 (UNSCEAR) 第2000年報告)。

地球在誕生時，便存在著天然放射性核素，如鈾-235、鈾-238、釷-232及镎-237等。它們因衰變而產生的子體核素亦屬不穩定及具有放射性。這些子體放射性核素會繼續衰變，直至到達穩定狀態。它們在衰變期間會放出對人體有害的α粒子、β粒子或γ射線。鈾-235、鈾-238、釷-232及镎-237的半衰期分別為7億年、45億年、140億年及2.3百萬年。由于镎-237及其子體核素的半衰期遠低于地球的年齡，它們現已不存在于地球上。相反，鈾-235、鈾-238及釷-232衰變系列的放射性核素仍然存在于我們的生活環境中。地殼土壤及建筑材料內，都含有這些天然的放射性核素，因此我們吸收到的天然輻射劑量與所在地區的土質成份有關，亦與我們居所的建筑物料有關。

氡氣(特別是氡-222)是一個主要的天然輻射源。氡-222主要由泥土及巖石中的鈾-238衰變產生，并從地面散發至大氣中。如室內空氣不流通，散發出來的氡氣會積聚在室內。氡氣在衰變過程中會放出α粒子，當我們吸入氡氣時，我們的肺部便會受α粒子影響。為保持健康，我們應該保持室內空氣流通，以免氡氣積聚。

另一個天然輻射來源是來自外層空間的宇宙射線。由于大氣層有阻擋宇宙射線的作用，離地面越高，宇宙射線的強度就越強。宇宙射線的主要成份是高能量的質子，其次是氦原子核及少量原子序數3或以上的重粒子和離子。宇宙射線進入地球大氣層后，會與大氣高層的氮、氧等原子核發生反應，產生氚、碳-14等放射性核素及中子、質子、電子、μ介子、π介子等次級粒子。當中，碳-14經常被用來鑒定古物所屬的年代。

我們的體內亦含有放射性核素。例如鉀-40、鈾、釷、鐳、碳-14、氚、釙等。我們日常吃的食物也含有少量放射性物質，食物被消化后會被身體吸收，成為身體的一部份。與此同時這些放射性物質亦會衰變減少或被排出體外。當我們食入和排出的放射性物質達到平衡時，我們體內便維持著一個穩定的輻射水平。

2)人工輻射

我們接觸到的人工輻射以用于醫療診斷的X射線所占比例最多。其余的來源有大氣層核試產生的放射性塵埃、夜光表、電離室、煙霧探測器等。

人工輻射在醫學上和工業上都有廣泛用途，由于輻射對人體可能有害，人們在輻射的應用上作了很多研究，盡量在應用過程中保護使用者的安全。所以人們吸收的人工輻射，遠比天然輻射小。而當中以醫療診斷和治療時所引致的劑量占絕大部份。

在醫療診斷的輻射造影過程中，病人需要接觸輻射。譬如在進行X光檢查時，我們需要暴露在X射線下。在進行某些器官的造影時，可能需要將放射性物質注入或進食入身體內。放射治療則更加需要足夠的輻射去殺死癌腫瘤。

醫療輻射在所有人工輻射中占的比例最大

核能發電亦是人工輻射來源之一。核電站在運作過程中排放出帶有微量放射性的廢氣和廢水，而核廢料在運送或處理過程中亦放出微量放射性物質，這些都是人工輻射的來源。

另外，在一九四五年至一九八零年期間，世界各地進行了多次大氣核試爆，所產生的放射性塵埃隨風擴散，部份沉降到地上。這些放射性沉積物為我們自然環境增加了額外的人工輻射

其他人工輻射來源包括電視機及視象顯示器等，它們的真空管會發放X射線。夜光手表和煙火傳感器等消費品中亦含有放射性物質。

所有以上這些應用于工業、醫療及教育的放射性物質在經過長時間使用后，都會失去原有的功能，變成核廢料，雖然這些廢料的輻射強度已經下降了很多，但是相比普通物體，這些廢料仍含會有高于環境本底的殘余輻射，因此對于這些人工輻射核廢料依然要保持足夠的關注。

l  輻射有什么用途？

輻射與我們息息相關，很多時我們不知不覺間已經享用到輻射應用所帶來的好處。無論在發電、醫療、工業方面，輻射的應用都多不勝數。只要運用得宜，輻射也可以造福社會。

1)發電

隨著世界人口不斷膨脹及經濟增長，人們對能源的需求日益增加。我們消耗能源的速度，遠超過地球所能負擔，核能是解決能源需求日增的其中一個方法。目前世界各地的核能發電反應堆有大約四百四十個，供應全球所需電力的約百分之十七。這些發電廠主要利用鈾或钚的原子核分裂而發電。

中國目前已投入使用的核電站分布圖

2)工業及農業上的用途

在工業方面，γ射線穿透力特強，可用作探測焊接點和金屬鑄件的裂縫。另外，在工業生產在線的自動質量控制系統，例如測檢罐裝飲品內的飲料高度或香煙的煙草密度等，都廣泛應用了輻射。輻射更可用于量度電鍍薄膜的厚度，也可用于消除靜電。

建筑工人借助X射線探傷儀對管道窒進行探測

在農業方面，放射性同位素經常被用作追蹤劑。將放射性物質加入肥料中，然后量度農作物的放射性，便可以知道有多少肥料被吸收，及有多少流失。輻射亦可供滅蟲之用。Sterile Insect Technique (SIT) 可以令昆蟲失去繁殖能力，從以減少牠們的數目。墨西哥運用了這種方法，成功地把害蟲的數目大大減少。在聯合國食物及農業組織 (FAO) 及國際原子能機構 (IAEA) 的協助下，這個計劃正在多個國家進行。

3)消費品用途

有些用品，如煙火傳感器、熒光指示牌和避雷針等都包含放射性物質。通過合適的設計和適當的使用，輻射的好處其實遠遠大于其所引起的危害。

4)考古用途

透過量度古物內天然放射性物質的濃度，我們可以鑒定古物所屬的年代，常用的技術包括「碳-14定年法」和「熱釋光定年法」，對地質學、人類學及考古學的研究都有莫大的幫助。

碳-14是因宇宙射線撞擊地球大氣層而產生的，碳-14氧化成二氧化碳后會被植物吸收。同時，動物又會進食植物，所以大部份有機體都會有一定份量的碳-14。但當植物和動物死去，他們便會停止吸取碳-14。碳-14的份量因衰變會隨時間而減少，每經過一個半衰期(即大約5,730年)，含量便會減半。透過量度古代有機體的碳-14含量，我們便可以估計該有機體的死亡年份。

碳-14同位素定年法的原理

泥土中含有微量的鈾、釷和鉀等天然放射性物質，這些放射性同位素的半衰期可以長達10億年。同時，粘土中又含有各種無機晶體和礦物質。當無機晶體受到上述放射性物質照射后，一部份輻射能量會令晶體發熱，另一部分能量則貯藏在晶體中。如果晶體被加熱，部份能量會以可見光的形式釋放出來，這種現象叫做熱釋光現象。熱釋光定年法可判斷古物距離最近的一次加熱的時間，古物發出的熱釋光越強，年代就越遠，反之，則屬較近期。熱釋光定年法常被用作判斷陶器的年代。

資料整理：廣州極端科技有限公司（部分內容來源網絡）

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