甚麼是輻射?

• 輻射通常是指能量以粒子或者波的傳遞能量的方式，分為兩大類：致電離輻射和非致電離輻射。

致電離輻射與非致電離輻射

• 致電離輻射能將分子內的電子擊出，使分子 (不帶淨電荷) 變成離子 (帶淨電荷)。
  • 這個電離過程通常會引致生物組織產生化學變化，因而對生物構成傷害。一般所指可引起傷害的輻射，就是電離輻射。
• 非致電離輻射的能量無法將分子內的電子擊出，不能電離其他分子。

影片：講述了日本一位核能工作人員被大量輻射穿透身體，令 DNA 受損，身體無法自我修復的事件。

輻射的種類

以下是輻射常見的例子:

電磁波

• 頻率較低(波長較長)的電磁波屬於非致電離輻射，例如：可見光、紅外線、微波、無線電波等。
• 頻率較高(波長較短)的電磁波屬於致電離輻射，例如：X 射線、伽瑪射線等。

核輻射/原子放射衰變

• 核輻射或原子發生衰變時所產生的粒子都具有電離能力，是致電離輻射。
• 放射性物質因衰變放出的粒子，例如：\(\alpha\) 粒子、\(\beta\) 粒子、\(\gamma\) 粒子。

X 射線的產生

• 當高能量的電子衝擊重金屬時，會產生高頻電磁波 –  X 射線。
• 一般會使用 X 射線管去生產 X 射線

X 射線管

• 電子會在陰極進行加熱，然後受高電壓作用下，加速并撞擊陽極。
• 電子撞擊陽極時，產生出 X 射線。

X 射線的特性

• 無法用人眼看見的高頻電磁波。
• 直線行進。
• 在電場或磁場中不會發生偏轉。
• 能令部分物質發出螢光。
• 具致電離能力，人體長期曝露在 X 射線下會受損。
• 較低頻率的 X 射線能穿透肌肉，但無法穿透骨頭，醫學上可用作檢測骨頭的狀況（照 X 光）。

3種常見的核輻射 (見下圖)

在電場中核輻射偏轉

• \(\alpha\) 粒子會向負極方向偏轉，顯示粒子帶正電荷。在電場範圍內，粒子以拋物線軌跡運動。
• \(\beta\) 粒子會向正極方向偏轉，顯示粒子帶負電荷。偏轉輻度較\(\alpha\) 粒子大。在電場範圍內，粒子以拋物線軌跡運動。
• \(\gamma\) 輻射不會偏轉。

在磁場中核輻射偏轉

• 帶電荷的 \(\alpha\) 和 \(\beta\) 粒子在磁場中會受到磁力影響，在磁場範圍內進行圓周運動。 
• 偏轉的方向可以用弗林明左手定則去解釋。
• \(\beta\) 粒子比\(\alpha\) 粒子的偏轉幅度較大，因為\(\beta\) 粒子的質量遠小於\(\alpha\) 粒子。
• \(\gamma\) 輻射由於不帶電荷，所以不會在磁場中發生偏轉。  

擴散雲室 Cloud Chamber

• 輻射無法透過肉眼看見，但我們可以透過擴散雲室來觀察被輻射電離的分子路徑。
• 當擴散雲室內的分子被電離，離子因為帶電荷的關係，會吸引其他分子，並形成肉眼可見的白色霧點。

\(\alpha\) 輻射

• 雲室徑跡：粗和直
• \(\alpha\) 粒子的質量較大，與分子碰撞後，不易改變行進方向。（動量概念）
• \(\alpha\) 粒子致電離能力較強，所以白色霧線較粗。

\(\beta\) 輻射

• 雲室徑跡：幼和彎
• \(\beta\) 粒子質量很小，與分子碰撞後，容易改變行進方向。（動量概念）
• \(\beta\) 粒子致電離能力較弱，所以白色霧線較幼。

\(\gamma\) 輻射

• 雲室徑跡：細小和稀疏
• \(\gamma\) 的致電離能力很弱，所以很難在雲室中看清楚路徑。

圖片：不同輻射的徑跡

影片：擴散雲室實驗(α 輻射)

蓋革-彌勒計數器 GM Tube

• 致電離輻射進行蓋革-彌勒計數器內會產生電壓脈衝，儀器會記錄脈衝的數量。
• 量度輻射源的計數率（每單位時間的計數量）時，一般需要先量度本底輻射的計數率，去除其他背景因素的影響。
  •  修正後的計數率 = 量度輻射源的計數率 – 本底輻射計數率

圖片：GM Tube