電離輻射與電磁輻射

1、電離輻射與電磁輻射首先簡單地說下兩者：電離輻射是一種可以把物質電離的輻射，電離輻射對生物是危險的。不 是所有的輻射都是電離輻射。電磁輻射的另一個通俗名字叫電磁波，高能量（高頻率）電磁輻射是電 離輻射，只有這部分電磁輻射是危險的。接下來是詳細解釋。咱們先從定義來一點一點走起吧。輻射是什么？輻射，指的是能量以波或是次原子粒子移動的型態(tài)傳送。輻射指能量從輻 射源向外所有方向直線放射。一般可依其能量的高低及電離物質的能力分 類為電離輻射或非電離輻射。一般普遍將這個名詞用在電離輻射。一一 維基百科好吧，Wiki解釋的略抽象。我盡量用大媽語言解釋一下，就是說輻射是指 的能量的傳遞，電磁波（電磁輻射）是一種

2、以波的形式傳遞能量的輻射。輻射也可以是指一些粒子（中子電子阿耳法粒子等）移動傳遞能量。高能 量的電磁波在穿過物質的時候有將物質電離的能力，具有這種能力的電磁 波我們稱它為電離輻射；高能量的中子電子阿耳法粒子束也具有這種能力， 也可以被稱為電離輻射。電離是指的物質的原子由中性不帶電轉變成帶電的離子，而產生這種效應 的原因是由于電荷被電離輻射從電子殼層中擊出，使原子帶電。那什么樣的電磁波可以使物質電離呢？上面提到了高能量，那么什么樣的 電磁波具有高能量呢？首先要澄清一點這里說的高能量是指的輻射能，也 就是電磁波的載體光子所具有的能量，也就是電磁波本身的特性，并不是 指的電磁場的能量，盡管單位是一樣

3、的吧。秉承著大媽語言的原則，頻率 越高的電磁波，輻射能也就越高。參考輻射能公式，下圖，h為普朗克常數，c為光速，欄目達（就是那個入）為波長：那么現在討論的問題就來到了電磁波頻率上了，我們來看看電磁波是怎樣根據頻率來分類的：Increasing Wavelength tkr in nin -*上面是頻率，左到右越來越低單位是赫茲，下面是波長，左到右越來越長 單位是米。我們從右到左來解釋一下吧：首先是長波(Long radio waves)，波長超過1千米，頻率低于300kHz， 如果按照頻率分類長波要包含低頻(30k - 300kHz)，甚低頻(3k - 30kHz)， 特低頻(300 - 3k

4、Hz)，超低頻(30 - 300Hz)和極低頻(小于30Hz)。這些低頻電磁波主要是在一些奇怪的領域，比如地質探測潛艇通訊之類交流電產生的電磁波輻射(50Hz / 60Hz)也是在這個范圍內的。長 波中頻率相對較高的被稱為低頻頻段(30kHz - 300kHZ)的電磁波被用于 一些衛(wèi)星定位系統和無線校時。鑒于無數朋友問高壓電的輻射問題，在這里再補充幾句好了。無論是多少 千伏還是多少萬伏的高壓電線，變電站，高壓電塔，變壓器，還是家里用 的電線，以及所有沒有提到的和能源用電有關的設備，它們的工作頻率在 中國都是50赫茲。這種頻率的電磁輻射的波長長達6千千米，按照電磁輻射發(fā)射天線的理 論分析，想要發(fā)

5、射這種波長的電磁輻射，那么其天線的尺寸也要達到上千 千米才能做到。所以對于50 Hz的輸電設施來說，只能在其很近距離的周 圍產生感應電磁場，很難做到向外輻射能量。然后是無線電波(Radio waves)，也稱為射頻波(RF - Radio frequency)。波長范圍1毫米至1千米，頻率范圍300kHz至300GHz。圖中可見其相 對較低頻率段包括無線電通訊常用的調幅（AM）以及調頻（FM）頻率范 圍。無線電波中頻率較高部分（頻率300MHz至300GHz部分）也稱為 微波（Microwave）。無線電波主要用途是通訊。額外提一點就是微波有 個很有名的用途就是微波爐，這個后面關于電磁輻射危害

6、部分再細說。再之后是紅外線（IR - Infrared），其波長在760納米至1毫米之間，頻率則是300GHz至430THz，另外鑒于越往后的頻率越高，為了避免出 現T往上的P/E/Z/Y造成困擾，之后會用科學計數法來表示頻率：430THz 也就是4.3E14（4.3乘以10的14次方，也就是乘以100,000,000,000,000， 而4.3E14就是430,000,000,000,000）。而紅外線更多的被用于監(jiān)測熱源。再之后是可見光（Visible spectrum），波長范圍380納米至780納米， 頻率在1E14 Hz量級?？梢姽饩褪羌t橙黃綠藍靛紫?？梢姽庵笫亲贤饩€（UV Ult

7、raviolet），波長范圍10納米至400納米，頻率在1E14至1E16 Hz量級。自然界紫外線主要來自恒星輻射。最后兩種超高頻率電磁波則分別是X射線（X Ray）以及頻率最高的伽瑪 射線（Y Ray。X射線來自電子產生能量變化時以電磁波形式釋放的能 量，伽馬射線來自原子核從高能激態(tài)到低能基態(tài)過程中以電磁波形式釋放 的能量。實際上X射線和伽瑪射線是有一部分頻率重合的，只是由于二 者的成因不同因而命名也不同。同時由于這兩種電磁波的波長極短，可通 過原子間空隙，因而可以穿透物體。從波長小于150納米開始的電磁波，也就是頻率超過1.9E15赫茲的電磁 波，可以使物質電離，也就是說小波長，也就是高頻

8、率的一部分紫外線， X射線以及伽瑪射線屬于之前提過的電離輻射。終于說到電離輻射了電離輻射包括上面說過的這三種高能電磁波，同時還包含：a射線（a粒 子）、P射線 叩粒子）、中子等高能粒子流，而被稱為宇宙射線的高能 粒子射線則兩者皆有。電磁波的電離能力，隨著電磁波譜變化，電磁波譜 中的Y射線、X射線幾乎可以電離任何原子或分子。電磁波的頻率愈高， 能量愈強，電離能力愈強。非電離輻射是指與X射線相比之下波長較長的電磁波，由于其能量低，不 能引起物質的電離，故稱為非電離輻射。如近紫外線與可見光、紅外線、 微波和無線電波等電離能力較弱的電磁波。所有概念介紹完畢，下面開始說危害：由于電離輻射會使物質電離，因

9、而會破壞生物組織細胞的原子/分子結構。大劑量電離輻射對生物體的危害是肯定的，小劑量則可以忽略。畢竟自然 界中是存在天然電離輻射源的，而生物在地球上進化了這么多年，早也已 經適應了自然界的本底輻射，自身的修復能力可以平衡掉小劑量電離輻射 造成的傷害。這里中子彈和原子彈相比哪個人道一點？提到了大劑量電離輻射對生物 體產生的危害。當然核武器造成的這種輻射畢竟屬于特殊情況，日常生活 中能夠接觸到的電離輻射的機會其實非常少，而且劑量也非常小。那么日常生活中可能接觸到的電離輻射有哪些呢？首先，如果看到這個標志，請不要隨意進入該場所！我曾經聽說過一些輻射事故案例。舉個我某次出差時聽到的例子，為避免不必要的麻

10、煩我略去時間和具體地 點，暫且說是在某工廠的輻照車間，有個好奇心很強烈的年輕小伙，看到 車間加速器機房閃著幽幽藍光，于是趁半夜沒人偷偷繞過了安全連鎖門禁，在電子加速器開機運行時溜進了加速器室。好在設備已經接近運行周期的 后半段，所以他并沒有被照射過多。但是！小伙依然醫(yī)院躺了多半年，急 性放射病，皮膚嚴重灼傷，半邊臉被融化的那種灼傷，唯一幸運的是他撿 回了一條命。當然了，這個案例極其特殊，工業(yè)輻照工廠通常都設有大量警示，嚴格的 門禁，以及有人看護的電離輻射控制區(qū)域，而這也是輻射安全管理法規(guī)里 明確規(guī)定的。在正常情況下，公眾是沒有可能闖進去的。但是的確會有違規(guī)操作或者安全連鎖設計不合理的情況存在，

11、所以！如果 看到電離輻射的標志，尤其是工業(yè)環(huán)境下，在沒有經過工作人員允許的情 況下千！萬！不要隨便闖進去！另外一點，新聞（放射源出沒請注意，看到不要亂撿）里可能也曾經報道 過，曾經有人在野外撿到過金屬放射源，撿到的人覺得撿了個寶，亮閃閃 不靈不靈的很美麗，于是就裝兜里帶回家了。代價也是極其慘重的，白血 病，截肢等等報道都曾見過報。放射源最后經過追查無一例外是研究所或者工廠沒有經過正確流程處理 放射源，導致遺失等等（按照法規(guī)來說這屬于極其嚴重的放射性事故，是 要負法律責任的）。受害者當然非常無辜，但后果已經造成且無法挽回。這里也要提醒各位的就是，野外看到美麗亮閃閃的金屬塊，金屬球，或者 任何一看

12、就不是天然存在的金屬物體，千！萬！不！要！撿！而且馬上離 得越遠越好，如果愿意也可以報警。說完極端情況，接下來，日常生活中可能接觸到電離輻射的場景包括:醫(yī)學檢查，包括X光片，X光透視，CT掃描，PET-CT掃描，放射 性同位素造影等；放射治療，包括電子束，伽馬束，質子束，重離子束等。 這些都是利用電離輻射的穿透性，或者電離輻射可以殺死細胞的特性來加 以利用。醫(yī)學檢查受到的劑量通常會比較高，但醫(yī)生會權衡利弊，盡量少 做，但也不用擔心。長途飛機旅行。這主要來自宇宙輻射，尤其是當飛機穿越北極上空時由 于可能會更多一些。吸煙。香煙含有的釙-210，鐳-226及鉛-210這些放射性同位素，吸煙時 這些同

13、位素會被吸入人體，在人體內部對組織進行內照射。夜光表，煙霧探測器。含有微量金屬放射性同位素，但由于含量極小， 對人體造成的傷害可忽略。CRT顯示器。老式的CRT顯示器是基于電子管的應用，電子能量的變 化會產生X射線，所以其實是在運行時會產生很小的X射線的。但實際 測試結果顯示其劑量非常小，甚至還沒有柏油馬路瀝青產生的放射性高。除了以上提到的幾點，還會有很多其他的可能性，比如自然界存在的各種 礦物神馬的例如上面說到的瀝青礦。但基本除了第1條和第3條之外， 輻射劑量都是很小很小的。至于網上傳言各種關于電腦，路由器，手機，電視，機房等等各種電子設 備工作時會產生電離輻射之類，從原理上講這根本就是不可

14、能的。畢竟這 些電子設備的工作是產生的電磁波頻率僅僅是射頻范圍，既不可能有原子 核反應乂不可能有電子束應用所以不可能產生X或者伽馬射線，也就不 可能產生電離輻射。最后是非電離輻射的危害。非電離輻射日常生活中主要指之前提到的射頻 范圍內的電磁波，也就是無線電波。到目前為止，沒有任何科學實驗或研 究或事實數據能夠明確證明射頻電磁波會對生物體造成不良影響。經過證 實的非電離輻射對生物組織能夠產生的效果主要是其加熱效果，但需要很 強并且集中指向的電磁場。一個典型的例子就是微波爐。微波爐加熱的原理是利用水分子的電偶極(Electric dipole moment)在電場中會轉向電場 的方向，當微波進來時，電場是來回變化，使得水分子為了要轉向電場方向而隨著電場轉動， 這樣的轉動即為熱量的來源。一一維基百科除了微波爐里面，日常生活中能接觸到的最強的射頻電磁波大概也就是無 線路由器了，但它的輸出功率差了微波爐百倍，而且還是發(fā)射到空間中， 功率完全分散掉了。至少我從沒見過水放在無線路由器天線旁邊能被加熱， 放太近被路由器烤熱的不算。至于高壓電/交流電/變壓器等等50或者60赫茲的