射線由各種放射性核素,或者原子、電子、中子等粒子在能量交換過(guò)程中發(fā)射出的、具有特定能量的粒子或光子束流。反應(yīng)堆工程中常見(jiàn)的有的α射線、β射線、γ射線和中子射線。
常用射線:各種射線,由于電離密度不同,生物效應(yīng)是不同的,所引起的變異率也有差別。為了獲得較高的有利突變,必須選擇適當(dāng)?shù)纳渚€,但由于射線來(lái)源、設(shè)備條件和安全等因素,目前最常用的是γ射線和x射線。
可見(jiàn)光,紅外線,紫外線等,是由源自外層電子引起。倫琴射線由內(nèi)層電子引起。γ射線是由原子核引起。
種類特性:γ射線(伽馬射線)
波長(zhǎng)短于0.2埃的
電磁波。由
放射性同位素如60Co或137Cs產(chǎn)生。是一種高能電磁波,波長(zhǎng)很短(0.001-0.0001nm),穿透力強(qiáng),射程遠(yuǎn),一次可照射很多材料,而且劑量比較均勻,危險(xiǎn)性大,必須屏蔽(幾個(gè)cm的鉛板或幾米厚的混凝土墻)。
γ射線是原子衰變
裂解時(shí)放出的射線之一。此種電磁波波長(zhǎng)很短,穿透力很強(qiáng),又?jǐn)y帶高能量,容易造成生物體細(xì)胞內(nèi)的DNA斷裂進(jìn)而引起細(xì)胞突變、造血功能缺失、癌癥等疾病。
但是它可以殺死細(xì)胞,因此也可以作殺死癌細(xì)胞,以作醫(yī)療之用。
1900年由法國(guó)科學(xué)家P.V.維拉德(Paul Ulrich Villard)發(fā)現(xiàn),將含鐳的氯化鋇通過(guò)
陰極射線,從照片記錄上看到輻射穿過(guò)0.2毫米的鉛箔,拉塞福稱這一貫穿力非常強(qiáng)的輻射為γ射線,是繼α、β射線后發(fā)現(xiàn)的第三種原子核射線。
X射線
波長(zhǎng)介于紫外線和γ射線間的電磁輻射。由德國(guó)物理學(xué)家W.K.倫琴于1895年發(fā)現(xiàn),故又稱倫琴射線。是由x光機(jī)產(chǎn)生的高能電磁波。波長(zhǎng)比γ射線長(zhǎng),射程略近,穿透力不及γ射線。有危險(xiǎn),應(yīng)屏蔽(幾毫米鉛板)。
α射線
也稱為“
甲種射線”。是
放射性物質(zhì)所放出的
α粒子流。它可由多種放射性物質(zhì)(如鐳)發(fā)射出來(lái)。α粒子的
動(dòng)能可達(dá)幾兆
電子伏特。從α粒子在
電場(chǎng)和
磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的方向,可知它們帶有正電荷。由于α粒子的質(zhì)量比電子大得多,通過(guò)物質(zhì)時(shí)極易使其中的原子
電離而損失能量,所以它能穿透物質(zhì)的本領(lǐng)比
β射線弱得多,容易被薄層物質(zhì)所阻擋,但是它有很強(qiáng)的電離作用。從α
粒子的質(zhì)量和電荷的測(cè)定,確定α粒子就是氦的原子核。
β射線
由放射性同位素(如32P、35S等)衰變時(shí)放出來(lái)帶負(fù)電荷的粒子。在空氣中射程短,穿透力弱。在生物體內(nèi)的電離作用較γ射線、x射線強(qiáng)。β射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流0/-1e,貫穿能力很強(qiáng),電離作用弱,本來(lái)物理世界里沒(méi)有左右之分的,但β射線卻有左右之分。在β衰變過(guò)程當(dāng)中,放射性原子核通過(guò)發(fā)射電子和中微子轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核,產(chǎn)物中的電子就被稱為β粒子。在正β衰變中,原子核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)中子,同時(shí)釋放一個(gè)正電子,在“負(fù)β衰變”中,原子核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子,同時(shí)釋放一個(gè)電子,即β粒子。
中子不帶電的粒子流。輻射源為核反應(yīng)堆、加速器或中子發(fā)生器,在原子核受到外來(lái)粒子的轟擊時(shí)產(chǎn)生核反應(yīng),從原子核里釋放出來(lái)。中子按能量大小分為:快中子、慢中子和熱中子。中子電離密度大,常常引起大的突變。 輻射育種中,應(yīng)用較多的是熱中子和快中子。
紫外光或是稱為紫外線,是一種穿透力很弱的非電離輻射。核酸吸收一定波長(zhǎng)的紫外光能量后,呈激發(fā)態(tài),使有機(jī)化合物加強(qiáng)活動(dòng)能力,從而引起變異。可用來(lái)處理微生物和植物的花粉粒。
激光二十世紀(jì)六十年代發(fā)展起來(lái)的一種新光源。
激光也是一種電磁波。波長(zhǎng)較長(zhǎng),能量較低。由于它方向性好,僅0.1°左右偏差,單位面積上亮度高,單色性好,能使生物細(xì)胞發(fā)生共振吸收,導(dǎo)致原子、分子能態(tài)激發(fā)或原子、分子離子化,從而引起生物體內(nèi)部的變異。
射線的應(yīng)用 醫(yī)學(xué)用途(X射線)
倫琴發(fā)現(xiàn)X射線后僅僅幾個(gè)月時(shí)間內(nèi),它就被應(yīng)用于
醫(yī)學(xué)影像。1896年2月,蘇格蘭醫(yī)生約翰·麥金泰爾在
格拉斯哥皇家醫(yī)院設(shè)立了世界上第一個(gè)放射科。
放射醫(yī)學(xué)是
醫(yī)學(xué)的一個(gè)專門領(lǐng)域,它使用放射線照相術(shù)和其他技術(shù)產(chǎn)生診斷圖像。這可能是X射線技術(shù)應(yīng)用最廣泛的地方。X射線的用途主要是探測(cè)
骨骼的病變,但對(duì)于探測(cè)
軟組織的病變也相當(dāng)有用。常見(jiàn)的例子有胸腔X射線,用來(lái)診斷肺部疾病,如
肺炎、
肺癌或
肺氣腫;而腹腔X射線則用來(lái)檢測(cè)腸道梗塞,
自由氣體(free air,由于內(nèi)臟穿孔)及自由液體。某些情況下,使用X射線診斷還存在爭(zhēng)議,例如結(jié)石(對(duì)X射線幾乎沒(méi)有阻擋效應(yīng))或腎結(jié)石(一般可見(jiàn),但并不總是可見(jiàn))。
借助計(jì)算機(jī),人們可以把不同角度的X射線影像合成成三維圖像,在醫(yī)學(xué)上常用的電腦斷層掃描(CT掃描)就是基于這一原理。
X射線穿透能力與其頻率有關(guān),利用其容易被高原子序數(shù)材料吸收的特點(diǎn),防護(hù)上一般可用2-3mm左右的鉛板加以屏蔽。
美國(guó)艾伯特.C.蓋瑟(英語(yǔ):Albert C. Geyser)曾利用X射線制造出美容除毛機(jī)并建立崔可公司,但因?yàn)檩椛涫顾净及┌Y,最后為避免癌癥擴(kuò)散,他切除了右手,而X射線的美容除毛機(jī)也導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)名婦女出現(xiàn)皺紋、色斑、感染、潰瘍,甚至皮膚癌等癥狀。核爆炸(γ射線)
一般來(lái)說(shuō),
核爆炸(比如
原子彈、
氫彈的爆炸)的殺傷力量由四個(gè)因素構(gòu)成:
沖擊波、
光輻射、
放射性沾染和貫穿輻射。其中貫穿輻射則主要由強(qiáng)γ射線和中子流組成。由此可見(jiàn),核爆炸本身就是一個(gè)γ射線光源。通過(guò)結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計(jì),可以縮小核爆炸的其他硬殺傷因素,使爆炸的能量主要以γ射線的形式釋放,并盡可能地延長(zhǎng)γ射線的作用時(shí)間(可以為普通核爆炸的三倍),這種核彈就是
γ射線彈。
與其他核武器相比,γ射線的威力主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:一是γ射線的能量大。由于γ射線的波長(zhǎng)非常短,頻率高,因此具有非常大的能量。高能量的γ射線對(duì)人體的破壞作用相當(dāng)大,當(dāng)人體受到γ射線的輻射劑量達(dá)到200-600雷姆時(shí),人體造血器官如骨髓將遭到損壞,白血球嚴(yán)重地減少,內(nèi)出血、頭發(fā)脫落,在兩個(gè)月內(nèi)死亡的概率為0-80%;當(dāng)輻射劑量為600-1000雷姆時(shí),在兩個(gè)月內(nèi)死亡的概率為80-100%;當(dāng)輻射劑量為1000-1500雷姆時(shí),人體腸胃系統(tǒng)將遭破壞,發(fā)生腹瀉、發(fā)燒、內(nèi)分泌失調(diào),在兩周內(nèi)死亡概率幾乎為100%;當(dāng)輻射劑量為5000雷姆以上時(shí),可導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到破壞,發(fā)生痙攣、震顫、失調(diào)、嗜眠,在兩天內(nèi)死亡的概率為100%。二是γ射線的穿透本領(lǐng)極強(qiáng)。γ射線是一種殺人武器,它比中子彈的威力大得多。中子彈是以中子流作為攻擊的手段,但是中子的產(chǎn)額較少,只占核爆炸放出能量的很小一部分,所以殺傷范圍只有500-700米,一般作為戰(zhàn)術(shù)武器來(lái)使用。γ射線的殺傷范圍,據(jù)說(shuō)為方圓100萬(wàn)平方公里,這相當(dāng)于以阿爾卑斯山為中心的整個(gè)南歐。因此,它是一種極具威懾力的戰(zhàn)略武器。
γ射線彈除殺傷力大外,還有兩個(gè)突出的特點(diǎn):一是γ射線彈無(wú)需炸藥引爆。一般的核彈都裝有高爆炸藥和雷管,所以貯存時(shí)易發(fā)生事故。而γ射線彈則沒(méi)有引爆炸藥,所以平時(shí)貯存安全得多。二是γ射線彈沒(méi)有
爆炸效應(yīng)。進(jìn)行這種
核試驗(yàn)不易被測(cè)量到,即使在敵方上空爆炸也不易被覺(jué)察。因此γ射線彈是很難防御的,正如
美國(guó)國(guó)防部長(zhǎng)
科恩在接受德國(guó)《
世界報(bào)》的采訪時(shí)說(shuō),“這種武器是無(wú)聲的、具有瞬時(shí)效應(yīng)”。可見(jiàn),一旦這個(gè)“悄無(wú)聲息”的殺手闖入戰(zhàn)場(chǎng),將成為影響戰(zhàn)場(chǎng)格局的重要因素。
輻照應(yīng)用(γ射線)
1.食品輻照
食品輻照是20世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的一種專門用于食品類的滅菌保鮮技術(shù)。它是一種輻射加工技術(shù),運(yùn)用γ-射線的照射對(duì)食品進(jìn)行加工處理,在能量的傳遞和轉(zhuǎn)移過(guò)程中,產(chǎn)生強(qiáng)大的理化效應(yīng)和生物效應(yīng),從而達(dá)到殺蟲(chóng)、滅菌、保持營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及風(fēng)味和延長(zhǎng)貨架期的目的。
2.工業(yè)輻照
工業(yè)輻照也是輻照的一種具體應(yīng)用,即通過(guò)輻照,使高分子材料之間的長(zhǎng)線形大分子之間通過(guò)一定形式的化學(xué)鍵連接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。它可以使高分子之間的束縛力大大增強(qiáng),進(jìn)而增強(qiáng)材料的熱穩(wěn)定性,
阻燃性,化學(xué)穩(wěn)定性,耐滴流性,強(qiáng)度和耐應(yīng)力開(kāi)裂。工業(yè)輻照的方式有很多種,如x射線,
高速電子流等。應(yīng)用的領(lǐng)域主要有建筑布線、汽車用線、耐熱電子線材和軍工領(lǐng)域等。
3.醫(yī)用輻照
醫(yī)用輻照是用鈷-60的
γ射線使微生物受到不可恢復(fù)的損傷和破壞,從而達(dá)到滅菌
消毒目的的加工手段。輻照是國(guó)內(nèi)外采用γ射線對(duì)醫(yī)療用品消毒的能保證質(zhì)量的最佳手段。經(jīng)輻照滅菌消毒的醫(yī)療用品包括金屬制品、塑料制品以及一次性使用的高分子材料醫(yī)療用品等,共計(jì)上千種,具體包括一次性注射器、外用手術(shù)刀、骨挫、子宮避孕環(huán)、膠布、繃帶、衛(wèi)生紙、衛(wèi)生巾、兒童衛(wèi)生用品等。
4.藥品輻照
大部分的中成藥及部分西藥均可以采用輻照方法進(jìn)行消毒滅菌,特別是對(duì)一些不耐高溫、成分易揮發(fā)的藥粉和中成藥尤為適用。輻照不會(huì)引起被輻照物溫度的明顯升高,是一種冷消毒法,對(duì)熱敏藥物常常是最佳的消毒方法。因?yàn)殁?60釋放出的Υ射線有很強(qiáng)的穿透力,被處理藥品可以預(yù)先包裝好,成為一種不能穿透細(xì)菌的包裝,這樣經(jīng)輻射消毒后,就可以有效避免藥品在最終使用之前的二次污染。