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射线(具有特定能量的粒子或光子束流)

射线由各种放射性核素,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或光子束流。反应堆工程中常见的有的α射线、β射线、γ射线和中子射线。

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。

γ射线(伽马射线)

波长短于0.2埃的电磁波。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(0.001-0.0001nm),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DNA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0.2毫米的铅箔,拉塞福称这一贯穿力非常强的辐射为γ射线,是继α、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.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/-1e,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。 [1]

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。

医学用途(X射线)

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。

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。 [2]

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。 [3]

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200-600雷姆时,人体造血器官如骨髓将遭到损坏,白血球严重地减少,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600-1000雷姆时,在两个月内死亡的概率为80-100%;当辐射剂量为1000-1500雷姆时,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5000雷姆以上时,可导致中枢神经系统受到破坏,发生痉挛、震颤、失调、嗜眠,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500-700米,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。 [4]

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,产生强大的理化效应和生物效应,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。它可以使高分子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、耐热电子线材和军工领域等。

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。


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