電離輻射

電離輻射

電離輻射是指能夠直接或間接使物質電離的輻射，這類輻射攜帶足夠高的能量，可以從原子或分子中移除電子，從而產生離子對。電離輻射與非電離輻射（如可見光、微波等）的主要區別在於其能量水平是否足以引起物質電離。

α粒子輻射

由兩個質子和兩個中子組成的帶正電粒子束，實質上是氦原子核。α粒子質量大、電荷高，在空氣中射程短（幾厘米），但電離能力強，一張紙即可阻擋。

β粒子輻射

高速運動的電子（β⁻）或正電子（β⁺）流。β粒子質量小，穿透力中等，在空氣中可達數米，通常需要幾毫米厚的鋁板阻擋。

γ射線

高能電磁波，波長極短（<0.01nm），不帶電荷。穿透力極強，需要厚重材料（如鉛、混凝土）有效屏蔽。

X射線

與γ射線性質相似但來源不同的人工產生電磁輻射，波長稍長（0.01-10nm）。醫療診斷中常用。

中子輻射

不帶電的中性粒子，主要來自核反應。中子與物質相互作用複雜，屏蔽需含氫物質（如水、石蠟）。

天然輻射源

• 宇宙射線：來自外太空的高能粒子

• 地殼中的放射性核素（鈾、釷、鉀-40等）

• 氡氣：地殼釋放的天然放射性氣體

人工輻射源

• 醫療應用：X光機、CT掃描、放射治療

• 核電站及核燃料循環

• 工業探傷、輻射滅菌

• 科研用粒子加速器

電離作用

輻射將能量轉移給原子外殼層電子，使其脫離原子形成正離子，被擊出的電子可能附著其他原子形成負離子。

激發作用

輻射使原子電子躍遷到更高能級但不脫離，這種激發態可能通過發光等方式釋放能量。

次級效應

• 韌致輻射：高速電子被減速時產生X射線

• 特征X射線：原子內殼層電子被擊出後外層電子填補時發射

• 正電子湮滅：β⁺粒子與電子結合轉化為γ光子

放射性活度（貝克勒爾，Bq）

表示放射性物質每秒衰變次數，1Bq=1次衰變/秒。

吸收劑量（戈瑞，Gy）

單位質量物質吸收的輻射能量，1Gy=1J/kg。

當量劑量（希沃特，Sv）

考慮輻射類型生物效應的劑量，Sv=Gy×輻射權重因子。

有效劑量（希沃特，Sv）

考慮不同組織敏感度的全身劑量評估。

確定性效應

存在閾值的效應，劑量超過一定值必然發生，嚴重程度隨劑量增加：

• 放射病（噁心、嘔吐、造血障礙）

• 皮膚損傷（紅斑、潰瘍）

• 白內障

• 不育

隨機性效應

無閾值效應，發生概率與劑量相關：

• 致癌效應（白血病、甲狀腺癌等）

• 遺傳效應（影響後代）

時間防護

減少暴露時間，劑量與時間成正比。

距離防護

利用輻射強度與距離平方成反比的規律。

屏蔽防護

根據輻射類型選擇適當屏蔽材料：

• α輻射：無需特殊屏蔽

• β輻射：低原子序數材料（如塑膠）

• γ/X射線：高密度材料（鉛、混凝土）

• 中子：含氫材料（水、石蠟）加硼吸收熱中子

ALARA原則

合理可行盡量低（As Low As Reasonably Achievable）

醫療應用

• 診斷：X射線攝影、CT、PET

• 治療：放射治療（鈷-60、直線加速器）

• 核醫學：放射性示蹤劑

工業應用

• 無損檢測（焊接缺陷檢查）

• 料位計、厚度計

• 食品輻照保鮮

能源領域

• 核電站發電

• 放射性同位素電池（航天器用）

科研應用

• 材料分析（X射線衍射）

• 考古年代測定（碳-14法）

• 分子生物學研究（放射性標記）

國際放射防護委員會（ICRP）建議：

• 職業人員：5年內平均每年不超過20mSv，單年不超過50mSv

• 公眾成員：每年不超過1mSv

• 特殊情況可允許更高限值，但需嚴格控制

各國據此制定本國法規，中國採用《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》（GB18871-2002）。