射线

有特定能量的粒子束或光子束流

射线(ray)是由各种放射性 核素 ,或者 原子 、 电子 、 中子 等粒子在能量交换过程中发射出的、具有特定能量的粒子束或 光子 束流。常见的有的α射线、β射线、 γ射线 、X射线和中子射线等。

常用

各种射线,由于 电离 密度不同,生物效应是不同的,所引起的变异率也有差别。为了获得较高的有利突变,必须选择适当的射线,但由于射线来源、设备条件和安全等因素,目前最常用的是γ射线和X射线。

可见光 、 红外线 、 紫外线 等,是由源自 外层 电子引起。 伦琴射线 由内层电子引起。γ射线是由 原子核 引起。

种类特征

γ射线(伽马射线)

波长短于0.2Å的 电磁波 。由 放射性同位素 如60Co或137Cs产生。是一种高能电磁波,波长很短(0.001nm ~ 0.0001nm), 穿透力 强,射程远,一次可照射很多材料,而且剂量比较均匀,危险性大,必须屏蔽(几个cm的 铅板 或几米厚的混凝土墙)。

γ射线 是 原子 衰变 裂解时放出的射线之一。此种电磁波波长很短,穿透力很强,又携带高能量,容易造成生物体 细胞 内的 脱氧核糖核酸 断裂进而引起细胞突变、造血功能缺失、癌症等疾病。

但是它可以杀死细胞,因此也可以作杀死 癌细胞 ,以作医疗之用。

1900年由 法国 科学家P.V.维拉德(Paul Ulrich Villard)发现,将含镭的 氯化钡 通过 阴极射线 ,从照片记录上看到辐射穿过0.2mm的 铅箔 , 欧内斯特·卢瑟福 称这一贯穿力非常强的辐射为 γ射线 ,是继α射线、β射线后发现的第三种 原子核 射线。

X射线

波长介于 紫外线 和γ射线间的 电磁辐射 。由 德国 物理学家W.K. 威廉·伦琴 于1895年发现,故又称 伦琴射线 。是由 X光机 产生的高能 电磁波 。波长比γ射线长,射程略近, 穿透力 不及γ射线。有危险,应屏蔽(几毫米 铅板 )。

α射线

也称为“甲种射线”。是放射性物质所放出的α粒子流。它可由多种放射性物质(如镭)发射出来。α粒子的动能可达几兆电子伏特。从α粒子在 电场 和 磁场 中偏转的方向,可知它们带有正电荷。由于α粒子的质量比 电子 大得多,通过物质时极易使其中的 原子 电离 而损失能量,所以它能穿透物质的本领比β射线弱得多,容易被薄层物质所阻挡,但是它有很强的电离作用。从α粒子的质量和电荷的测定,确定α粒子就是氦的 原子核 。

β射线

由 放射性同位素 (如32P、35S等) 衰变 时放出来带负电荷的粒子。在空气中射程短, 穿透力 弱。在生物体内的 电离 作用较 γ射线 、X射线强。β射线是高速运动的电子流(0,-1)e,贯穿能力很强,电离作用弱。本来物理世界里没有左右之分的,但β射线却有左右之分。在β衰变过程当中,放射性原子核通过发射 电子 和中微子转变为另一种核,产物中的电子就被称为β粒子。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 ,在“负β衰变”中,原子核内一个中子转变为一个质子,同时释放一个电子,即β粒子。 

中子

不带电的粒子流。辐射源为 核反应 堆、 加速器 或中子发生器,在 原子核 受到外来粒子的轰击时产生核反应,从原子核里释放出来。中子按能量大小分为:快中子、慢中子和热中子。中子 电离 密度大,常常引起大的突变。 辐射育种中,应用较多的是热中子和快中子。

紫外光

或是称为 紫外线 ,是一种 穿透力 很弱的非 电离辐射 。 核酸 吸收一定波长的紫外光能量后,呈 激发态 ,使 有机化合物 加强活动能力,从而引起变异。可用来处理微生物和植物的花粉粒。

激光

二十世纪六十年代发展起来的一种新光源。

激光也是一种 电磁波 。波长较长,能量较低。由于它方向性好,仅0.1°左右偏差,单位面积上亮度高,单色性好,能使生物 细胞 发生 共振 吸收,导致 原子 、分子能态激发或原子、分子离子化,从而引起生物体内部的变异。

应用目录

医学用途(X射线)

威廉·伦琴 发现X射线后仅仅几个月时间内,它就被应用于医学影像。1896年2月, 苏格兰 医生约翰·麦金泰尔在 格拉斯哥 皇家医院设立了世界上第一个 放射科 。

图示放射医学是医学的一个专门领域,它使用 放射线 照相术和其他技术产生诊断图像。这可能是X射线技术应用最广泛的地方。X射线的用途主要是探测骨骼的病变,但对于探测 软组织 的病变也相当有用。常见的例子有 胸腔 X射线,用来诊断肺部疾病,如 肺炎 、 肺癌 或 肺气肿 ;而腹腔X射线则用来检测肠道梗塞,自由气体(free air,由于内脏穿孔)及自由液体。某些情况下,使用X射线诊断还存在争议,例如结石(对X射线几乎没有阻挡效应)或 肾结石 (一般可见,但并不总是可见)。

借助 计算机 ,人们可以把不同角度的X射线影像合成成三维图像,在医学上常用的电脑断层扫描(CT扫描)就是基于这一原理。

X射线穿透能力与其频率有关,利用其容易被高原子序数材料吸收的特点,防护上一般可用2~3mm左右的 铅板 加以屏蔽。

美国 艾伯特.C.盖瑟(英语:Albert C. Geyser)曾利用X射线制造出美容除毛机并建立崔可公司,但因为辐射使他罹患癌症,最后为避免癌症扩散,他切除了右手,而X射线的美容除毛机也导致数百万名妇女出现皱纹、色斑、感染、 溃疡 ,甚至 皮肤癌 等症状。 

核爆炸 ( γ射线 )

一般来说,核爆炸(比如 原子弹 、 氢弹 的爆炸)的杀伤力量由四个因素构成: 冲击波 、光辐射、放射性沾染和贯穿辐射。其中贯穿辐射则主要由强γ射线和 中子 流组成。由此可见,核爆炸本身就是一个γ射线光源。通过结构的巧妙设计,可以缩小核爆炸的其他硬杀伤因素,使爆炸的能量主要以γ射线的形式释放,并尽可能地延长γ射线的作用时间(可以为普通核爆炸的三倍),这种 核弹 就是γ射线弹。 

与其他核武器相比,γ射线的威力主要表现在以下两个方面:一是γ射线的能量大。由于 γ射线 的波长非常短,频率高,因此具有非常大的能量。高能量的γ射线对人体的破坏作用相当大,当人体受到γ射线的 辐射剂量 达到200rem ~ 600rem(雷姆)时,人体造血器官如 骨髓 将遭到损坏, 白细胞 严重地减少,内出血、头发脱落,在两个月内死亡的概率为0 ~ 80%;当辐射剂量为600rem ~ 1000rem时,在两个月内死亡的概率为80% ~ 100%;当辐射剂量为1000rem ~ 1500rem时,人体肠胃系统将遭破坏,发生 腹泻 、发烧、内分泌失调,在两周内死亡概率几乎为100%;当辐射剂量为5000rem以上时,可导致 中枢神经系统 受到破坏,发生 肌肉痉挛 、震颤、失调、 精神萎靡 ,在两天内死亡的概率为100%。二是 γ射线 的穿透本领极强。γ射线是一种杀人武器,它比中子弹的威力大得多。中子弹是以中子流作为攻击的手段,但是中子的产额较少,只占 核爆炸 放出能量的很小一部分,所以杀伤范围只有500m ~ 700m,一般作为战术武器来使用。γ射线的杀伤范围,据说为方圆100万平方公里,这相当于以 阿尔卑斯山脉 为中心的整个南欧。因此,它是一种极具威慑力的 战略武器 。

γ射线弹除杀伤力大外,还有两个突出的特点:一是γ射线弹无需炸药引爆。一般的 核弹 都装有高爆炸药和 雷管 ,所以贮存时易发生事故。而γ射线弹则没有引爆炸药,所以平时贮存安全得多。二是 γ射线 弹没有爆炸效应。进行这种 核试验 不易被测量到,即使在敌方上空爆炸也不易被觉察。因此γ射线弹是很难防御的,正如 美国 国防部长科恩在接受 德国 《 世界报 》的采访时说,“这种武器是无声的、具有瞬时效应”。可见,一旦这个“悄无声息”的杀手闯入战场,将成为影响战场格局的重要因素。 

辐照应用(γ射线)

1. 食品辐照

食品辐照是20世纪发展起来的一种专门用于食品类的灭菌保鲜技术。它是一种辐射加工技术,运用γ-射线的照射对食品进行加工处理,在能量的传递和转移过程中,产生强大的 物理化学 效应和生物效应,从而达到杀虫、灭菌、保持营养品质及风味和延长货架期的目的。

2. 工业辐照

工业辐照也是辐照的一种具体应用,即通过辐照,使 高分子材料 之间的长线形大分子之间通过一定形式的 化学键 连接形成网状结构。它可以使 有机高分子化合物 之间的束缚力大大增强,进而 增强材料 的热稳定性、阻燃性、 化学 稳定性、耐滴流性、强度和耐 应力 开裂。工业辐照的方式有很多种,如X射线、高速电子流等。应用的领域主要有建筑布线、汽车用线、耐热电子 盘条 和军工领域等。

3. 医用辐照

医用辐照是用 钴60 的 γ射线 使微生物受到不可恢复的损伤和破坏,从而达到灭菌消毒目的的加工手段。辐照是国内外采用γ射线对医疗用品消毒的能保证质量的最佳手段。经辐照灭菌消毒的医疗用品包括金属制品、塑料制品以及一次性使用的 高分子材料 医疗用品等,共计上千种,具体包括一次性 注射器 、外用 手术刀 、骨挫、子宫避孕环、胶布、绷带、 卫生纸 、卫生巾、儿童卫生用品等。

4. 药品辐照

大部分的中成药及部分西药均可以采用辐照方法进行消毒灭菌,特别是对一些不耐高温、成分易挥发的药粉和中成药尤为适用。辐照不会引起被辐照物温度的明显升高,是一种冷消毒法,对热敏药物常常是最佳的消毒方法。因为 钴60 释放出的Υ射线有很强的穿透力,被处理药品可以预先包装好,成为一种不能穿透细菌的包装,这样经辐射消毒后,就可以有效避免药品在最终使用之前的二次污染。

参考资料

  1. α、β、γ、X射线与现代物理 - 中国知网 中国知网 2020-08-30