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闻之色变的辐射,你真正了解吗

冯杰

2023年10月31日 08:28

本报记者 张佳欣
科技日报

大多数人认为辐射是一件坏事。近日,美国《连线》杂志网站刊文介绍,当一种材料具有放射性时,它会以粒子或电磁波的形式发出能量。这些波可能在电磁频谱的任何区域。从技术上讲,家庭的Wi-Fi接入点是一个辐射源,天花板上的灯泡也是。更进一步讲,由于人体有温度,即便是人类个体也是红外光谱中的一个辐射源。

人们通常所说的“辐射”实际上是一种特殊类型的辐射——电离辐射。当一个物体产生电离辐射时,它会发出足够的能量,与其他材料相互作用时,它有可能从原子中释放一个电子。然后,这个电子就可自由地与其他原子相互作用,或者只是游荡到空白的空间中。但无论电子做什么,一旦它离开了原来的原子,就被称为“电离”。电离辐射有4种类型:阿尔法、贝塔、伽马和中子辐射。

阿尔法辐射

时间回溯到1896年,那时还没有人真正了解辐射,人们不知道它是粒子还是某种类型的电磁波。于是,科学家决定使用术语“射线”来描述辐射,这就是阿尔法射线和伽马射线名称的来由。

但是阿尔法射线不是波,它们实际上是带电粒子。阿尔法粒子由两个质子和两个中子组成。这意味着一个阿尔法粒子是一个没有电子的氦原子。

如何判断辐射是阿尔法辐射,而不是其他类型的辐射?方法是,阿尔法粒子很容易就被纸一般薄的东西挡住。换句话说,非常少量的材料就可以屏蔽掉它。

还有一个能阻止阿尔法粒子的是人的皮肤。因此,阿尔法辐射通常被认为是危害最小的辐射类型。

贝塔粒子

阿尔法粒子很容易被阻止,相比之下,贝塔和伽马粒子可以穿过一定量的金属屏蔽层,进一步渗透到材料中,它们的质量也要低得多。

贝塔粒子其实是电子,即带负电荷的基本粒子。阿尔法粒子的质量是贝塔粒子的7000多倍。这意味着极低质量的贝塔粒子可以非常高的速度发射,穿透包括人体在内的物体。

伽马射线

伽马射线是射线而非粒子。它们是第三类辐射,是电磁波的一种,就像可见光一样。

人们可以用眼睛看到的光的波长在400到700纳米之间,而伽马射线的波长要小得多。典型的伽马射线的波长可能为100皮米。

由于波长很小,频率很高,伽马射线可在非常高的能级上与物质相互作用。它们还可穿透到大多数材料的相当深的地方,所以通常需要大量的铅来阻止这种辐射。

中子辐射

中子辐射和上面三种情况都不一样,中子会从放射性原子核中射出。这是第四种辐射类型。

中子不带电荷,可很容易地穿过许多材料,这使得屏蔽它们变得相当困难。保护物体或人免受中子辐射的关键是以某种方式减缓粒子的速度。事实证明,人们可用氢做到这一点。当中子与含有氢的分子(如水或碳氢化合物)相互作用时,碰撞会使中子速度略微减慢。碰撞越多,中子的速度就越慢。最终,它会变得非常缓慢,不会造成任何问题。

如何监测辐射?

人们可使用多种方法来检测所有这些类型的辐射。大多数人都比较熟悉的是盖革计数器,也称为盖革-米勒计数器。

当阿尔法、贝塔或伽马射线穿过管中的气体时,它可电离原子并产生自由电子。然后,该电子被吸引到中心线的正电压。当电子向金属丝移动时,它的速度会增加并与其他气体分子碰撞,从而产生更多的自由电子。人们称之为“电子雪崩”,因为一个电子可以产生更多电子。

一旦这些电子到达电线,它们就会产生电流,该电流被放大并发送到音频输入。这种放大的电子雪崩会使盖革计数器发出经典的“咔嗒”声。

还有另一种检测辐射的方法是闪烁体。这是一种特殊制造的水晶或塑料类材料。当4种辐射中的任何一种穿过闪烁体时,都会产生微量的可见光。只需要一个光电倍增管设备来检测这些微量的光就可探测到辐射。

事实上,人们的口袋里可能就有一个辐射探测器。《连线》杂志文章表示,人们可使用智能手机来检测伽马射线和X射线。手机的摄像头有一个图像传感器,当可见光照射到传感器的不同部分时,会产生复杂的电信号,随后这些数据会变成拍摄的数码照片。但该图像传感器也会被伽马射线和X射线激活,所以,只需要一些特殊的软件和一些东西(如黑胶带)阻挡可见光,人们或许就能用摄像头检测到射线了。


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2023年10月31日 16:27
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