辐射

[拼音]：fushe

[外文]：radiation

以粒子束或波的形式发射和传播能量的过程，在放射化学中常特指电离辐射。

辐射类型

辐射包括电磁辐射、声辐射和有静止质量的粒子的辐射。电磁辐射是分子、原子或原子核由激发态退激而发射的光子束，按光子能量的递增，依次可分为无线电辐射、微波辐射、红外辐射、可见光辐射、紫外辐射、X辐射和γ辐射。粒子辐射有放射性衰变中放出的α辐射、β辐射和裂变中放出的中子辐射等(见放射性衰变类型)，如铀238衰变放出α辐射，钍234衰变放出β^-辐射，碳11衰变放出β⁺辐射和铀235、钚239裂变放出中子辐射，以及各种加速器中加速的粒子束辐射等;宇宙射线大部分由高能量的粒子组成，这些粒子包括质子、中子、较重核及高能电子、介子和各种奇异粒子。在核化学和放射化学研究中涉及的辐射是能量较大、足以引起物质电离的电磁辐射和粒子辐射，合称电离辐射。按引起电离的过程特征分为直接电离辐射（如 α辐射、β辐射）和间接电离辐射（如中子辐射、γ辐射和 X辐射）。辐射有时也按辐射的粒子种类、发现人的名字、产生方法或产生机理命名，如质子辐射、氘核辐射、切伦科夫辐射、康普顿辐射、同步辐射和轫致辐射等（见表）。（见彩图）

辐射与物质的相互作用

辐射在物质中通过，与物质相互作用而逐步失去能量，最终被物质吸收。物质吸收辐射能量后产生一系列物理和化学变化。研究辐射与物质的相互作用，对于了解辐射的性质、辐射所引起的物质的物理和化学变化都是必需的。辐射与物质的相互作用也是辐射测量、放射性防护和辐射加工工艺的基础。辐射类型不同，与物质的相互作用也不同，通常分为三类。

主要与物质中的电子相互作用而失去能量，能量传递给电子。如果电子获得的能量大于它的电离能，它就脱离原子的束缚而成为自由电子，即原子发生电离；如果电子的能量不足以克服原子对它的束缚，它就激发到能量较高的状态（激发态或超激发态），即原子被激发。另一种效应是带电粒子很快减速（受阻），因而以X辐射放出能量，这就是轫致辐射。轫致辐射通常都是由电子突然受阻而产生。带电重粒子在物质中主要通过静电作用（库仑力）使物质中的电子接受能量，重粒子则减少能量。质量为 m，动能为 E的带电重粒子在一次碰撞中传递给电子的最大能量是4Em_e/m(m_e为电子质量)，或大约为0.002E/A（A为带电重粒子的核子数）。这是带电重粒子能量的很小一部分，所以要经过多次作用才能使带电重粒子失去能量而被阻停。碰撞产生的自由电子有时还具有足够的动能，它也能引起新的电离，这些具有足够能量的电子称为δ射线。

主要产生光电效应、康普顿效应和电子对效应。光电效应中入射的光子与吸收物质中的原子作用而完全消失，而从该原子的电子壳层中放出能量为E_e的电子（称为光电子）：

E_e＝hv-E_B

hv为光子的能量，E_B是光电子在原来原子壳层中的结合能。在光子能量不很高和吸收物质的原子序数较大时，光电效应是最重要的作用形式。康普顿效应发生在入射光子和电子之间，一般放射性核素放出的γ辐射的能量范围，最适宜发生康普顿效应。光子发生康普顿散射后能量并未全部失去，只是部分交给电子，这种电子称为反冲电子或康普顿电子。光子与电子发生康普顿效应时遵守能量和动量守恒定律。产生电子对效应要求光子的能量必须超过电子静止质量能量的两倍(1.02兆电子伏)，这种作用必须在原子核的参与下才能发生，结果是光子消失而产生电子－正电子对。如光子能量大于1.02兆电子伏，则超出的能量以动能的形式被电子和正电子带走。这三种过程的相对重要性随辐射能量E_γ和吸收物质的原子序数Z而变（图1）。

一般分为三种过程，即弹性散射、非弹性散射和被原子核吸收而产生核反应（图2）。极少数中子如果没有被原子核吸收，则最终衰变为质子和电子。中子不带电，不能与原子核或电子以库仑力相互作用；中子主要通过与原子核碰撞而失去能量或被核吸收，产生的反冲核或其他辐射可进一步与物质作用。能量小于 0.5电子伏的中子（慢中子）主要与原子核进行弹性散射，即碰撞前后相碰撞粒子动能之和相等、原子核内部能量不发生变化，中子失去部分能量，被碰撞核获得这部分能量作为动能，作用过程符合能量和动量守恒定律。原子核的质量越是接近中子质量，则在一次正碰撞中接受中子能量的分数越大，所以含氢物质对中子慢化最为有效。中子最后慢化到相应温度的热运动能量为止，室温时热运动中子的平均能量为0.025电子伏，这类中子称为热中子。当中子能量较大并且被碰撞核的质量较大时，主要进行非弹性散射过程，即碰撞前后碰撞粒子的动能之和不相等，原子核内部能量发生变化；这时中子有较大能量转移给反冲核，使核激发到较高能级同时又具有一定的动能。反冲核很快退激，放出γ辐射。中子被核吸收，在中子被慢化到热中子状况时最为可能，这时发生的核反应类型一般是(n，γ)反应，如²³⁸U(n，γ)²³⁹U;其他核反应也可能发生，如¹⁰B(n，α)⁷Li、铀235吸收中子后的裂变等。中子能量较大时引起核反应的类型更多，但一般反应截面都很小。