辐射究竟是什么?
仪器信息网 · 2011-03-24 23:47 · 43408 次点击
一般人对辐射都存有恐惧。其中一个原因可能是大众对辐射不大了解。我们实际上对辐射有多少认识呢?世上所有物质都是由细小的原子组成。而辐射主要由原子释放出来,因此要认识辐射,首先要了解原子的结构和特性:
(一):原子的结构
(二):不稳定的原子核
(三):衰变
宇宙充满辐射。自古以来,地球上的生命便暴露于自然环境的辐射中。辐射包括不同能量的电磁波(例如光线、无线电波及X射线等)、超声波,以及由放射性物质因衰变放出的粒子(例如α粒子及β粒子等)。
辐射大致可以分为非电离辐射及电离辐射两类。一般来说,非电离辐射(例如光线及无线电波)的能量较低,不足以改变物质的化学性质。相反,电离辐射(例如α粒子及β粒子)有足够的能量使原子中的电子游离而生成带电离子。这个电离过程通常会引致生物组织生成化学变化,因而对生物构成伤害。一般所指可引起伤害的辐射,就是电离辐射。
辐射是无声、无色、无臭、无味,大部份亦无法凭触觉感觉其存在。不过,人们可以利用仪器探测和量度它们。
1.原子的结构:
世上所有物质都是由细小的原子组成,而每粒原子有一个被电子包围着的原子核。细小的原子核内含不带电荷的中子及带正电荷的质子,而带负电荷的电子则沿轨道环绕原子核运行,情况就好像行星环绕太阳运行一样。
通常,原子内的质子和电子的数目是相同的,所以原子不带电荷。氢是最细小的原子,它的原子核内只有一颗质子。而较大的原子,其原子核内质子及中子的数目则更多。例如,碳-12的原子核内有6颗质子及6颗中子,而铀-238的原子核内便有92颗质子及146颗中子。
大部分原子的原子核都是稳定的,即是说会长期保持原来的状态。不过,有些原子核,尤其是那些较大的原子核,却是不稳定的。这些不稳定的原子核具有放射性,它会自发地释放出粒子或电磁波,从而回复到稳定的状态,这个过程称为衰变。这些具有放射性的原子核称为放射性核素,而放出的粒子和电磁波则统称辐射。
2.不稳定的原子核:
不稳定的原子核(如图)
原子核的比结合能与质量数(质子和中子总数)的关系图
原子核的稳定度可以用若干参数来描述,其中一个参数是核粒子的结合能。原子核的总结合能是指把原子核分开成为独立核粒子所需的能量。换句话说,独立核粒子结合组成一个原子核,就会释放出相等于该原子核的总结合能的能量。如果把原子核内每颗核粒子的平均结合能(又称比结合能)与质量数(原子核中的质子和中子的总数)绘制成图(右下图),便可发现图中曲线在质量数大约等于56(即铁原子核)时到达最高点,即是铁原子核的总体能量最低。因此,如以能量作为考虑因素,任何大于铁的原子核,会倾向分裂,放出多余的能量。而较小的原子核则倾向互相结合,组成较大的原子核。
铀-235是核电站的燃料,其原子核内有92粒质子及143粒中子。由于原子核不稳定,铀原子核会分裂,并在过程中释放多余的能量。
3.衰变
一颗不稳定(即具有放射性)的原子核在放射出粒子及能量后可变得较为稳定,这个过程称为「衰变」。这些粒子或能量(后者以电磁波方式射出)统称辐射。由不稳定原子核发射出来的辐射可以是α粒子、β粒子、γ射线或中子。
放射性核素在衰变过程中,该核素的原子核数目会逐渐减少。衰变至只剩下原来数目一半所需的时间称为该核素的半衰期。每种放射性核素都有其特定的半衰期,由几微秒到几百万年不等。
放射性核素半衰期表放射性核素半衰期
每经过一个半衰期,放射性物质的放射性便会剩下一半,经过二个半衰期,放射性便会剩下原先的四分之一,余此类推。