福島事故/輻射
輻射是一個過程，其中高能粒子或能量或波透過介質或空間傳播。有兩種截然不同的輻射型別；電離輻射和非電離輻射。詞語輻射通常用於指代電離輻射（即具有足夠能量使原子電離），但它也可以指代非電離輻射（例如無線電波或可見光）。能量輻射（即以直線向所有方向傳播）來自其源頭。這種幾何形狀自然導致了一個測量系統和物理單位，這些系統和物理單位同樣適用於所有型別的輻射。電離輻射和非電離輻射都可能對生物體有害，並可能導致自然環境發生變化。
具有足夠高能量的輻射可以使原子電離。最常見的情況是，當一個電子從電子殼層中剝離（或“擊出”）時，原子就帶上了淨正電荷。由於細胞，更重要的是 DNA 會受到損傷，這種電離會導致患癌風險增加。單個細胞由數萬億個原子組成。電離輻射導致癌症的可能性取決於輻射的劑量率和被照射生物體的敏感性。
阿爾法粒子、貝塔粒子、伽馬射線、X射線輻射和中子都可以加速到足以使原子電離的能量。
貝塔負 (β−) 輻射由一個高能電子組成。它的電離能力比阿爾法輻射強，但比伽馬弱。電子通常可以用幾釐米厚的金屬阻擋。它發生在原子核中的中子衰變為質子時，釋放出貝塔粒子 和反中微子。
貝塔正 (β+) 輻射是正電子的發射。由於這些是反物質粒子，它們會湮滅附近的任何物質，釋放出伽馬光子。
中子根據其速度進行分類。高能（高速）中子具有使原子電離的能力，並且能夠深入穿透材料。中子是唯一能夠使其他物體或材料具有放射性的電離輻射型別。這種被稱為中子活化的過程是生產用於醫療、學術和工業應用的放射源的主要方法。
高能中子可以在空氣中傳播很遠的距離，通常需要富含氫的遮蔽，例如混凝土或水，來阻擋它們。中子輻射的常見來源發生在核反應堆內部，那裡使用數十英尺的水作為有效的遮蔽。
X射線是波長小於約 10 奈米的電磁波。根據公式 E=h⋅c/λ，更小的波長對應更高的能量。（“E”是能量；“h”是普朗克常數；“c”是光速；“λ”是波長。）一“束”電磁波被稱為光子。當 X射線光子與原子碰撞時，原子可能會吸收光子的能量並將電子提升到更高的軌道能級，或者如果光子能量非常高，它可能會將電子從原子中完全擊出，導致原子電離。通常，更大的原子更有可能吸收 X射線光子，因為更大的原子在軌道電子之間的能量差更大。人體中的軟組織由比構成骨骼的鈣原子更小的原子組成，因此在 X射線吸收方面存在差異。X射線機專門設計為利用骨骼和軟組織之間的吸收差異，使醫生能夠檢查人體的結構。
伽馬 (γ) 輻射由頻率大於 1019 Hz 的光子組成。[1] 伽馬輻射發生在衰變的原子核在發射阿爾法或貝塔輻射後釋放多餘的能量。阿爾法和貝塔粒子都有電荷和質量，因此很可能與路徑上的其他原子相互作用。伽馬輻射由光子組成，光子既沒有質量，也沒有電荷。伽馬輻射比阿爾法輻射或貝塔輻射更深入地穿透物質。
伽馬射線是高能光子，能夠深入穿透，難以阻擋。它們可以被足夠厚的材料層阻擋，其中材料的阻擋能力在一定面積內主要（但不完全）取決於其總質量，無論材料是高密度還是低密度。但是，與 X射線一樣，鉛或貧鈾等高原子序數的材料比等質量的低密度和低原子量的材料（如水或混凝土）具有適度的（通常為 20% 到 30%）阻擋能力。
非電離輻射的能量更低，它們在穿過物質時不會產生帶電離子，而只是具有足夠的能量來改變分子的旋轉、振動或電子價態結構。非電離輻射對活組織的影響只是最近才開始研究。儘管如此，對於不同型別的非電離輻射，觀察到了不同的生物學效應。[1][2]
中子輻射有時被稱為“間接電離輻射”，因為它的許多與物質的相互作用最終會導致電離。中子輻射由自由中子組成。這些中子可能在自發或誘發核裂變、核聚變過程中或任何其他核反應中發射。它不會像質子和電子這樣的帶電粒子那樣使原子電離（激發電子），因為中子沒有電荷。然而，慢中子和快中子都會與許多元素的原子核發生碰撞，產生不穩定的同位素，從而使以前沒有放射性的物質變得具有放射性。這種過程被稱為中子活化。
此外，高能中子可以透過“中子散裂”或擊出效應引起電離輻射，在這種效應中，中子會撞擊原子核（尤其是氫原子核），從而導致高能質子的發射（最後一步過程將中子的大部分能量傳遞給質子，就像一個檯球撞擊另一個檯球一樣）。高能中子撞擊原子核也能傳遞足夠的能量來破壞原子的化學鍵，再次導致分子電離。快速中子可以透過這種方式直接損傷 DNA。
電磁輻射（有時縮寫為 EMR）以真空或物質中的自傳播波的形式存在。電磁輻射具有電場和磁場分量，它們彼此垂直且與能量傳播方向垂直振盪。電磁輻射根據波的頻率分類，這些型別包括（按頻率遞增順序）：無線電波、微波、太赫茲輻射、紅外輻射、可見光、紫外輻射、X 射線和伽馬射線。其中，無線電波波長最長，伽馬射線波長最短。一個稱為可見光譜或光的頻率小視窗，是各種生物的眼睛感知到的。
電離輻射由亞原子粒子或電磁波組成，這些粒子或波具有足夠的能量來從原子或分子中分離電子，使它們電離。電離的發生取決於單個粒子或波的能量，而不是它們的數目。如果這些粒子或波沒有足夠的能量進行電離，則大量粒子或波的洪流不會引起電離。粗略地說，能量高於幾個電子伏特 (eV) 的粒子或光子是電離的。
電離粒子的例子是高能阿爾法粒子、貝塔粒子、和中子。電磁波（光子）電離原子或分子的能力取決於它的頻率。電磁頻譜短波長端上的輻射——高頻紫外線、X 射線和伽馬射線——是電離的。
電離輻射來自放射性物質、X 射線管、粒子加速器，並且存在於環境中。它不可見，人類感官無法直接檢測到，因此通常需要諸如蓋革計數器之類的儀器來檢測它的存在。在某些情況下，它可能導致與物質相互作用後發出二次可見光，如切連科夫輻射和輻射發光。它在醫學、研究、建築和其他領域有許多實際用途，但在使用不當的情況下會造成健康危害。接觸輻射會導致生物組織損傷，導致皮膚灼傷、高劑量輻射病和死亡以及低劑量癌症、[1]腫瘤和遺傳損傷。
電磁輻射攜帶能量和動量，這些能量和動量可能在與物質相互作用時傳遞。
電磁頻譜是所有可能的電磁輻射頻率的範圍。[1]物體的電磁頻譜（通常簡稱為頻譜）是該特定物體發射或吸收的電磁輻射的特徵分佈。
光，或可見光，是電磁輻射的一個非常狹窄的範圍，其波長對人眼可見（約 400–700 nm），或高達 380–750 nm。[1]更廣泛地說，物理學家將光定義為所有波長的電磁輻射，無論是否可見。
紅外 (IR) 光是波長在 0.7 到 300 微米之間的電磁輻射，相當於大約 1 到 430 THz 的頻率範圍。紅外波長比可見光長，但比太赫茲輻射微波短。強烈的陽光在海平面提供超過 1 千瓦每平方米的輻照度。在這項能量中，527 瓦是紅外輻射，445 瓦是可見光，32 瓦是紫外輻射。[1]
微波是波長範圍從 1 米到 1 毫米的電磁波，或等效地，頻率在 300 MHz (0.3 GHz) 到 300 GHz 之間。這個廣泛的定義包括 UHF 和 EHF（毫米波），不同的來源使用不同的邊界。[1] 在所有情況下，微波至少包括整個 SHF 波段（3 到 30 GHz，或 10 到 1 cm），射頻工程通常將下限設為 1 GHz（30 cm），上限設為 100 GHz（3 毫米）。
無線電波是一種電磁輻射，其在電磁頻譜中的波長比紅外光長。像所有其他電磁波一樣，它們以光速傳播。自然產生的無線電波是由閃電或天體產生的。人工產生的無線電波用於固定和移動無線電通訊、廣播、雷達和其他導航系統、衛星通訊、計算機網路和無數其他應用。不同頻率的無線電波在地球大氣中具有不同的傳播特性；長波可以非常一致地覆蓋地球的一部分，短波可以反射電離層並繞地球傳播，而更短的波長几乎不彎曲或反射，並以直線傳播。
極低頻或 VLF 指的是 3 到 30 kHz 範圍內的無線電頻率 (RF)。由於在這個無線電頻譜帶中沒有多少頻寬，因此只使用最簡單的訊號，例如無線電導航。也稱為萬米波段或萬米波，因為波長範圍從十到一萬米（一個過時的公制單位，等於 10 公里）
極低頻 (ELF) 用於描述 3 到 30 Hz 的輻射頻率。在大氣科學中，通常給出另一種定義，從 3 Hz 到 3 kHz。[1] 在相關的磁層科學中，較低頻率的電磁振盪（發生在約 3 Hz 以下的脈動）被認為位於 ULF 範圍內，因此也與 ITU 無線電頻帶不同。
黑體輻射是來自理想輻射體的輻射，該輻射體在任何溫度下在任何給定波長下發射最大可能的輻射量。黑體也會吸收在任何給定波長下最大可能的入射輻射。發射的輻射覆蓋整個電磁頻譜，並且在給定頻率下的強度（功率/單位面積）由普朗克輻射定律決定。因此，溫度在室溫或以下的黑體將顯得絕對黑色，因為它不會反射任何光線。理論上，黑體在從極低頻無線電波到 X 射線的整個頻譜範圍內發射電磁輻射。黑體輻射達到最大值的頻率由維恩位移定律給出。
威廉·康拉德·倫琴在用真空管進行實驗時發現了 X 射線並將其命名，他注意到附近一塊塗有玻璃的板上出現了熒光。在一個月內，他發現了我們今天所理解的 X 射線的主要特性。亨利·貝克勒爾發現鈾鹽會導致未曝光的照相底片產生霧化，瑪麗·居里發現只有某些元素會發出這些能量射線。她將這種行為命名為放射性。
阿爾法粒子、貝塔粒子、和伽馬射線輻射是由歐內斯特·盧瑟福透過簡單的實驗發現的。盧瑟福使用通用的放射源，並確定該源產生的射線撞擊反應性材料屏上的三個不同區域：一個對應於正電荷（阿爾法），一個對應於負電荷（貝塔），一個對應於中性電荷（伽馬）。他透過它們的位置計算了電荷的大小。利用這些資料，盧瑟福得出結論，這種輻射由三種不同型別組成，並用希臘字母的第一個字母阿爾法、貝塔和伽馬來命名它們。
1899 年 12 月，瑪麗·居里和皮埃爾·居里在瀝青鈾礦中發現了鐳。正如居里夫人所述，這種新元素的放射性是鈾的 200 萬倍。
所有現代通訊系統都使用電磁輻射的形式。輻射強度的變化代表著聲音、影像或其他被傳輸資訊的改變。例如，可以透過使無線電波或微波隨聲音變化而變化來發送人聲。
研究人員使用放射性原子來確定曾經是活生物體一部分的物質的年齡。透過測量這些物質中放射性碳的含量，可以使用一種叫做放射性碳年代測定的方法來估計它們的年齡。環境科學家使用被稱為示蹤原子的放射性原子來識別汙染物在環境中的傳播路徑。
輻射被用來確定物質的成分，這一過程被稱為中子活化分析。在這個過程中，科學家用被稱為中子的粒子轟擊物質樣本。樣本中的一些原子會吸收中子並變得放射性。科學家可以透過研究發射的輻射來識別樣本中的元素。
- 健康物理學會公眾教育網站
- 未來總統的物理學，由理查德·穆勒教授主講，伯克利網路廣播