什么是辐射(什么是辐射？)

大多数人知道辐射在核电生产或医学实践中的应用。然而，对核技术在工业、农业、建筑业、科学研究和其他领域的应用还知之不多。导致公众最大照射的辐射源未必是最引人关注的源，这对于第一次触及这个问题的人来说，可能会感到出乎意料。事实上，最大照射是由环境中一直存在的天然源引起的。人工源中对辐射照射贡献最大的是辐射在全球范围内的医学应用。此外，在日常生活中，如航空旅行或居住在某些地区隔热良好的房屋中，都会大大增加辐射照射。
那么，首先我们来区分：什么是电离辐射？什么是非电离辐射？电离辐射有足够的能量使原子释放电子，从而使原子带有电荷。而非电离辐射如无线电波、可见光或紫外辐射则非如此。本文介绍的是来自天然源和人工源的辐射照射影响。下文中提到的术语“辐射”仅指电离辐射。

辐射如何被发现的？
1895年，德国物理学家威廉?康拉德?伦琴发现了可以用来透视人体的辐射，后来命名为X射线。这一发现预示了辐射的医学应用，从此以后，医学应用有了不断的发展。鉴于为人类做出的特别贡献，1901年伦琴获得第一届诺贝尔物理学奖。在伦琴发现X射线一年以后，法国科学家亨利?贝可勒尔将感光底片放进有含铀矿物碎片的抽屉里。当他对底片显影时惊奇地发现，底片受到了辐射的影响。这种现象称为放射性，是由原子自发释放能量产生的。现在，放射性单位用贝可勒尔（Bq）表示，是以亨利?贝可勒尔的名字命名的。之后不久，年轻化学家玛丽?斯克多夫斯卡?居里做了进一步研究，第一个提出了术语放射性。1898年，她和丈夫皮埃尔?居里发现当铀发出射线后，可以神奇地转变为其他元素，其中一个元素称为钋，是以她祖国的名字命名的，另一个元素称为镭，即“发光的”元素。玛丽?居里与皮埃尔?居里和亨利?贝可勒尔分享了1903年诺贝尔物理学奖。在1911年，她又因放射化学方面的发现第二次获得诺贝尔奖，是第一位两次获得诺贝尔奖的女性。
科学家希望探索并了解原子，尤其是原子结构。我们现在知道原子是由一个微小的、带正电荷的核子和围绕核的带负电荷的电子云组成。原子核仅为整个原子大小的十万分之一，但却占到了原子的几乎全部质量。
原子核通常是由质子和中子组成的粒子簇，粒子彼此紧紧依附在一起。质子带一个正电荷，中子不带电荷。化学元素是由该种元素原子中的质子数确定的（如硼原子有5个质子，铀原子有92个质子）。具有相同质子数、不同中子数的元素称为同位素（如铀-235和铀-238的差别就在于它们的核子中相差3个中子）。完整的原子通常既不带正电荷也不带负电荷，因为带正电荷数的质子数与带负电荷数的电子数相同。
自然界中有些原子是稳定的，而其他原子则是不稳定的。不稳定原子核自发转变，以辐射的形式释放能量，含有不稳定核的原子称为放射性核素。释放的能量可以与其他原子相互作用，并使后者电离。电离是原子通过获得或失去电子而导致其带正电荷或负电荷的过程。电离辐射带有足够的能量撞击电子使其脱离电子轨道，从而产生带电原子，称为离子。发射两个质子和两个中子的过程称为α衰变，发射电子的衰变称为β衰变。通常，不稳定核素往往处于激发态，发射粒子后仍不足以平静下来。然后以电磁波形式释放能量，这种辐射称为Υ射线。
X射线也是电磁辐射，与Υ射线一样，但是光子能量较低。当由阴极发射出的电子束轰击被称为阳极的靶材料时，在由玻璃制成的真空管中就产生具有不同能量的X射线谱。X射线谱取决于阳极材料和电子束的加速能量。因此当需要时，X射线可以由人工精确地产生，这非常有利于工业和医学上的应用。
放射性衰变和半衰期
虽然所有的放射性核素都是不稳定的，但是有些核素比另外一些核素更不稳定。比如，铀-238原子核中的粒子（92个质子和146个中子）聚集在一起。但最终由两个质子和两个中子构成的粒子簇分离出来，以α粒子形式离开原子，于是铀-238转变为钍-234（90个质子和144个中子）。钍-234也是不稳定的，但发生转变的过程不同。钍-234发射高能电子（β粒子）使一个中子变为一个质子，从而转变为镤-234（91个质子和143个中子）。此核素极其不稳定，很快转变为铀-234。铀-234继续释放粒子，发生转变，直到最终成为稳定的铅-206（82个质子和124个中子）而结束。有许多这样的转变序列或通常所说的放射性衰变序列。
一定量的某种核素衰变一半所需要的时间称为半衰期。经过一个半衰期后，平均每100万个原子中有50万个原子转变为别的核素。在下一个半衰期里，大约又有25万个原子发生衰变，如此下去，直到全部衰变为止。经过10个半衰期后，原有的100万个原子中只剩有大约1 000个（0.1/100）原子。在上文中举出的例子中，镤-234原子衰变一半变为铀-234的时间只需要一分钟多一点的时间。相比之下，铀-238原子衰减一半变为钍-234所需的时间是45亿年。就是说环境中天然存在的放射性核素只是少数。
辐射单位有哪些？
现在，我们知道辐射能量可以损伤生物组织，在生物组织内沉积的能量的大小用一个称为剂量的量来表示。辐射剂量可来源于任何一种核素，也可以来源于多种核素, 不论这些核素是在体外，还是在体内(比如吸入体内或倣体内)。剂量的大小可以用不同的方式来表示，取决于身体的多大部分到受照射，身体的哪些部位受照射，而不论是一个人还是多个人受到照射，也不论照射的时间长短（如急性照射）。
每千克组织所吸收辐射能量的大小称为吸收剂量， 用单位戈瑞（Gy）来表示。这个单位是以英国物理学家、放射生物学先驱哈罗德?戈瑞（Harold Gray）的名字而命名的。但仅用这个量是不够的， 因为在相同剂量下来自α 粒子的损伤可能比来自β粒子和Υ射线的大得多。为了比较不同辐射类型所致的吸收剂量，需要对这些剂量引起某种生物损伤的可能性进行剂量加权。被加权的剂量称为当量剂量，用单位希沃特(Sv)表示，该单位是以瑞典科学家罗尔夫?希沃特（Rolf Sievert）的名字命名的。1希沃特等于1 000毫希沃特，就像1升等于1 000毫升，1米等于1 000毫米一样。
哈罗德?戈瑞（1905-1965）
罗尔夫?希沃特（1896-1966）
还有一种考虑，是身体的有些部位比其他部位更容易受到损伤。例如，某一给定当量剂量的辐射更容易引起肺癌，而不是肝癌，而且由于遗传效应的危险，生殖器官需要给予特别关注。因此，为了比较不同组织或器官受到照射的剂量，也应当对身体不同部位受到的当量剂量予以加权，其结果称为有效剂量，用希沃特(Sv)表示。然而，有效剂量是低剂量照射后发生癌症和遗传效应可能性的一项指标，并不用于度量高剂量照射效应下的严重程度。
必须用这个复杂的辐射量体系将这些量纳入到一个一致的框架结构中，从而使辐射防护专家可以一致地和有比较地记录个人剂量，这对从事辐射工作的人员和受职业照射的人员来说有重要意义。
然而，这样仅仅描述的是个人所受的剂量。如果我们把一个群体中每一个人受到的剂量相加在一起，其结果称为集体有效剂量或简称集体剂量，用人?希沃特表示。例如，世界人口的年集体剂量1 900万人?希沃特，相当于年平均个人剂量3毫希沃特。
辐射的贯穿本领
简单的说，辐射可以有粒子形式（包括α粒子、β粒子和中子）或电磁波形式（Υ射线和X射线），它们各自有着不同的能量。不同的发射能量和不同的粒子类型导致它们有不同的贯穿本领，因而对生命物质有着不同的效应。α粒子由两个带正电荷的质子和两个中子构成，是所有辐射类型中带电荷最多的。较多的电荷数，意味着与周围原子有较多的相互作用。这种相互作用使粒子的能量快速减少，因而减小了贯穿本领。例如，α粒子可以被一张纸阻挡。β粒子由带负电荷的粒子组成，载带的电荷数较少，因此其贯穿本领大于α粒子。β粒子可以穿透1厘米或2厘米的生物组织。Υ射线和X射线穿透力极强，可以穿透密度小于厚钢板的任何物质。通过原子核裂变或核聚变，可以用人工方法从不稳定核中释放中子。作为宇宙辐射的成份，中子也可以是天然存在的，因为中子是呈电中性的粒子，当与物质或组织产生相互作用时有很强的贯穿本领。