電離輻射與電磁輻射

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. 電離輻射與電磁輻射 首先簡單地說下兩者： 1.電離輻射是一種可以把物質(zhì)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。 2.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(zhì)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。 ——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(zhì)的時候有將物質(zhì)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(zhì)的原子由中性不帶電轉(zhuǎn)變成帶電的離子，而產(chǎn)生這種效應(yīng)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(zhì)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(shù)，c 為光速，「欄目達」（就是那個入）為波長： 那么現(xiàn)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(jù)頻率來分類的： 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 - 3kHz），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(lǐng)域，比如地質(zhì)探測潛艇通訊之類……交流電產(chǎn)生的電磁波輻射（50Hz / 60Hz）也是在這個范圍內(nèi)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(tǒng)和無線校時。 鑒于無數(shù)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(guān)的設(shè)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)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(shè)施來說，只能在其很近距離的周圍產(chǎn)生感應(yīng)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(diào)幅（AM）以及調(diào)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(guān)于電磁輻射危害部分再細說。 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(xiàn)T往上的P/E/Z/Y造成困擾，之后會用科學(xué)計數(shù)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。 可見光之后是紫外線（UV Ultraviolet），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（γ Ray）。X 射線來自電子產(chǎn)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(zhì)電離，也就是說小波長，也就是高頻率的一部分紫外線，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：α射線（α粒子）、β射線（β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γ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(zhì)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(zhì)電離，因而會破壞生物組織細胞的原子 / 分子結(jié)構(gòu)。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(jīng)適應(yīng)了自然界的本底輻射，自身的修復(fù)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(chǎn)生的危害。當(dāng)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(jīng)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(shè)備已經(jīng)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(dāng)然了，這個案例極其特殊，工業(yè)輻照工廠通常都設(shè)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(shè)計不合理的情況存在，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(jīng)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(jīng)報道過，曾經(jīng)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(jīng)過追查無一例外是研究所或者工廠沒有經(jīng)過正確流程處理放射源，導(dǎo)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(zé)任的）。受害者當(dāng)然非常無辜，但后果已經(jīng)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： 1. 醫(yī)學(xué)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(zhì)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(xué)檢查受到的劑量通常會比較高，但醫(yī)生會權(quán)衡利弊，盡量少做，但也不用擔(dān)心。 2. 長途飛機旅行。這主要來自宇宙輻射，尤其是當(dāng)飛機穿越北極上空時由于可能會更多一些。 3. 吸煙。香煙含有的釙-210，鐳-226及鉛-210這些放射性同位素，吸煙時這些同位素會被吸入人體，在人體內(nèi)部對組織進行內(nèi)照射。 4. 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。 5. CRT 顯示器。老式的 CRT 顯示器是基于電子管的應(yīng)用，電子能量的變化會產(chǎn)生 X 射線，所以其實是在運行時會產(chǎn)生很小的 X 射線的。但實際測試結(jié)果顯示其劑量非常小，甚至還沒有柏油馬路瀝青產(chǎn)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(wǎng)上傳言各種關(guān)于電腦，路由器，手機，電視，機房等等各種電子設(shè)備工作時會產(chǎn)生電離輻射之類，從原理上講這根本就是不可能的。畢竟這些電子設(shè)備的工作是產(chǎn)生的電磁波頻率僅僅是射頻范圍，既不可能有原子核反應(yīng)又不可能有電子束應(yīng)用所以不可能產(chǎn)生 X 或者伽馬射線，也就不可能產(chǎn)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(nèi)的電磁波，也就是無線電波。到目前為止，沒有任何科學(xué)實驗或研究或事實數(shù)據(jù)能夠明確證明射頻電磁波會對生物體造成不良影響。經(jīng)過證實的非電離輻射對生物組織能夠產(chǎn)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(zhuǎn)向電場的方向，當(dāng)微波進來時，電場是來回變化，使得水分子為了要轉(zhuǎn)向電場方向而隨著電場轉(zhuǎn)動，這樣的轉(zhuǎn)動即為熱量的來源?！S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 赫茲的電磁波，前面也提到了，由于其波長要幾千千米長，基本不可能能做到輻射有效功率，所以從輻射傳播的角度考慮，它們的貢獻基本可以忽略不計了。只有在距離這些設(shè)備很近的范圍內(nèi)會有一定的感生電磁場，如果非要談潛在危害的話，距離高壓設(shè)備小于安全距離可能會導(dǎo)致放電，觸電等等風(fēng)險。但這是屬于電壓以及用電安全范疇的討論，與電磁輻射是否安全這一命題基本無關(guān)了。 電離輻射的確是對人有危害的，但日常電器輻射的射頻電磁波么，基本上肯定不會對人造成任何影響。 謠言源于無知，止于智者！ .