輻射（英文名:Radiation）是指能量以電磁波或粒子的形式向外擴散。物體溫度只要高于絕對零度，就會不斷地產生輻射，輻射出去的能量可以是電磁波也可以是粒子。
輻射根據其本質、性質和作用方式的不同，可以分為電磁輻射（包括微波、可見光、X射線、γ射線等）、粒子輻射（包括帶電粒子、重離子和中性粒子等）、電離輻射（包括α粒子、β粒子、質子等）和非電離輻射（包括紫外線、紅外線、激光、微波等）。其中，電離輻射和非電離輻射的分類標準是輻射粒子能量大小和能否引起作用物質的分子電離，電離輻射的能量一般超過 12 eV，具有電離作用，電離輻射的來源包括天然放射線（宇宙射線和地殼中的放射性元素）和人工輻射源；非電離輻射能量水平12 eV以下，不能引起物質電離，包括激光、紫外線、紅外線等。不同的輻射類型有不同的單位，用于描述其活度、照射量、吸收劑量和當量劑量，這些單位也隨著時間的推移而發生了變化。
輻射這一概念最早于1895年由威廉·倫琴（德語：Wilhelm Conrad R?ntgen）在研究X射線時提出。1896年，法國物理學家貝可勒爾發現放射性現象。在此基礎上，1898年波蘭物理學家居里夫人發現了鐳元素。1905年阿爾伯特·愛因斯坦的光電效應理論對輻射的理論基礎產生影響。目前，輻射已廣泛應用于醫學、工業、地質學和能源生產等多個領域。然而，過量的輻射可能對人體造成危害，嚴重的情況甚至會導致疾病和癌癥等健康問題。因此，在利用輻射的過程中，必須進行一定的檢測和防護措施，以確保人們的健康和安全。
發現歷史
1895年，德國實驗物理學家威廉·倫琴發現了一種強穿透性的射線——X射線，他在研究X射線的過程中提出了“輻射”這一概念。早在19世紀末，人們就發現具有加速度的帶電粒子會發出電磁輻射。由此奠定了無線電廣播、電磁廣播等領域的物理基礎。1901年諾貝爾獎第一次頒發，倫琴由于發現X射線而獲得了首個諾貝爾物理學獎。
1896年，法國物理學家貝可勒爾發現放射性現象。1897年，波蘭物理學家瑪麗·居里正式提出“放射性”概念，并和丈夫一起潛心研究放射性，隨后發現了放射性元素“”"釙"和"鐳"，他們的研究推動了物理學的發展，于1903年獲得了諾貝爾物理學獎，1911年又獲得諾貝爾化學獎。
“放射性”概念提出后，英國劍橋大學卡文迪許實驗室的歐內斯特·盧瑟福也致力于研究放射性。在一眾科學家的努力下，α、β和γ三種放射性射線逐漸被發現。其中α射線由兩個質子和兩個中子組成，是帶兩個正電荷的氦核 (又稱α粒子)；β射線是帶負電荷的電子流，質量小；γ射線是電中性的電磁輻射，波長較短。人們通過這三種射線在磁場中的軌跡不同來區分三者。
1905年，阿爾伯特·愛因斯坦通過光電方程提出光子概念，但當時并未得到人們承認。直到1923年，康普頓等人通過電子和光子相互碰撞的實驗證實了光具有粒子性，愛因斯坦的光的粒子性假說變成了理論。
在微觀領域里，人們發現電子在原子軌道運動中不斷由于輻射而丟失能量，基于這一現象，1912年左右，玻爾構想了他的原子理論，形成了玻爾原子模型。在玻爾研究的基礎上，愛因斯坦在1916年發表《關于輻射的量子理論》，此文提出了激光輻射理論，認為由于受激輻射而得到加強的光就是激光。
同時，人們還發現，當變速電子的速度趨近光速時，它的輻射有著奇特的性質，這就是同步輻射。蘇聯理論物理學家波默朗楚克最早研究同步輻射，致力于探討加速粒子所能達到的極限或與地磁場相關的宇宙線現象。1947年，物理學家在實驗室發現了同步輻射。
輻射原理
輻射這一概念最早由威廉·倫琴（R?ntgen）在研究X射線時提出。輻射是一種能量的空間傳遞，是一種物理現象，是指能量以電磁波或粒子的形式向外擴散。物體溫度只要高于絕對零度，就會不斷地產生輻射，輻射出去的能量可以是電磁波也可以是粒子。根據輻射的本質，可以將其分為電磁輻射和粒子輻射；根據輻射的能量大小和能否引起作用物質的分子電離，又可以將其分為電離輻射和非電離輻射。
分類
根據輻射的本質，可以將其分為電磁輻射和粒子輻射。根據輻射的能量大小和能否引起作用物質的分子電離，又可以將其分為電離輻射和非電離輻射。
電磁輻射和粒子輻射
電磁輻射原理
電磁輻射實質上是電磁波，是通過電荷的加速或減速造成的，輻射能量的形式是光子。由電磁學原理可知，空間的電荷會在其自身周圍產生電場，通過運動電荷形成空間的電流，還會產生磁場。同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動就形成了電磁波。其傳播方向垂直于電場與磁場構成的平面，能有效地傳遞能量和動量。
電磁輻射
電磁輻射是一種能夠在空氣、真空、水和固體等介質中傳播的電磁波，包括電場和磁場的交替變化。它是原子和分子內部運動狀態的外在表現，當物體的內部結構發生變化時，比如電子的躍遷或原子核反應等，就會產生電磁輻射。電磁輻射是一種無形的物質存在形式，在高于絕對零度（-273.15℃）時，所有物體都會以電磁波的形式向外輻射能量。電磁輻射源可分為自然（如太陽黑子）和人工（如無線電設備）兩種。根據電磁輻射的頻率范圍，電磁輻射通常可以分為無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線等類型。
粒子輻射原理
粒子輻射是指構成物質的基本粒子或由基本粒子組成的原子核，可以通過消耗自己的動能把能量傳遞給其他物質。粒子輻射與電磁輻射密切相關。當電磁波照射到帶電粒子時，電磁波的電、磁單元都會在這個粒子上產生力，促使粒子運動。因為波在時間上有周期性，所以粒子的運動也有周期性。當粒子做加速運動時，會產生電磁輻射。更確切地說，從入射波中被粒子吸收的能量會再次作為電磁輻射輻射出去。這樣一個過程顯然等效于電磁波被粒子散射。
粒子輻射
粒子輻射是指高速運動的帶電或中性粒子通過與物質相互作用而向外發射能量的現象。常見的粒子輻射類型包括帶電粒子、重離子和中性粒子，它們與物質之間的相互作用方式不同。其中，帶電粒子包括電子、質子、α粒子、β粒子等，這些粒子在與物質相互作用時會產生電離作用，將能量傳遞給物質。中性粒子包括中子、中微子等，與物質相互作用時通常基于弱相互作用或萬有引力，產生次級粒子和能量沉積。重離子指的是比氦原子更重的離子，如碳、氧、鐵等，但涉及重離子的輻射相互作用十分罕見。與電磁輻射不同，粒子輻射含有靜止質量，這是其本質特征之一。以下是主要的粒子輻射的簡要概述。
電離輻射和非電離輻射
電離輻射原理
電離輻射可以導致物質的分子電離，并產生帶正電荷的離子及帶負電荷的電子，包括高速粒子及高能量電磁波，如宇宙線、X線、線、帶電或非帶電粒子射線等。同時，電離輻射中，還包括粒子、β粒子、質子等能直接引起物質產生電離的直接電離粒子；和致電離光子、中子等本身不帶電離子，在與物質相互作用時產生帶電的次級粒子而引起物質電離的間接電離粒子。
電離輻射
電離輻射是指能夠使物質的原子、分子電離的輻射。這種輻射可以直接或間接地將能量轉移給物質，進而使得物質中的電荷狀態發生改變，形成自由的電子和離子。與生物學相關的電離輻射至少需要具有12電子伏的量子能級。電離輻射的來源既可以是天然輻射，如自然界的宇宙射線等，也可以是人工輻射，如被人為加工過的天然輻射源。
電離輻射可分為間接電離輻射(如α粒子、β粒子等)和直接電離輻射(如X射線、γ射線和中子等)。電離輻射的電離能力取決于其所帶的能量，而不是其數量或強度。
間接電離輻射中的α粒子是高速運動的氦原子核，由兩個質子和兩個中子組成，靜止質量為6.64×10-27kg，易使其他物質電離；β粒子質量小，在通過物質時容易散射，因此很難在射程之外引起變異，β粒子的射程隨著β粒子的能量增加而增加。
直接電離輻射中的X射線是一種不帶電荷的陰極射線，是一種中性射線，波長為10-10到10-5cm；γ射線同樣是不帶電荷的中性射線，性質類似X射線，但波長更短，只有10-15到10-9cm；中子被廣泛應用在輻射生物學的研究中，一般被認為是不帶電的中性粒子，靜止質量為1.0086520μ(1.674920x10-24g)。電離輻射的電離能力取決于其所帶的能量，而不是其數量或強度。
非電離輻射原理
非電離輻射是低能量的電磁輻射，如紫外線、紅外線、激光、微波等除X射線和Y射線以外的電磁波。由于它們的能量不高，不足以引起生物體電離，所以只會使物質內的粒子產生振動，從而導致溫度上升。非電離輻射也包括超聲波。
非電離輻射
非電離輻射是指不能直接使物質的原子或分子電離的輻射，與電離輻射相反。通常情況下，非電離輻射的能量很低，不足以將電子從原子或分子中移走，因此不會產生離子和自由電子。在生物學中，非電離輻射的量子能量小于12eV。非電離輻射包括紫外線、紅外線、激光等除X射線和γ射線以外的電磁波。
紫外線是電磁波譜中波長從10nm到400nm輻射的總稱，肉眼不可見。自然界中，太陽是紫外線的主要。但太陽光透過大氣層時，波長短于290nm米的紫外線會被臭氧吸收掉。人工的紫外線光源有多種氣體的電弧(如低壓汞弧、高壓汞弧)。紅外線又被稱為熱射線（因物體吸收紅外線后溫度會上升），是指波長比射電波短(約0.1mm以下)，比可見光長(約800nm以上)的電磁波。激光是指由于受激輻射而得到加強的光。一個入射光子由于引起受激輻射可以得到兩個同樣的光子，如果在媒質中傳播時，這些光子再引起其它原子發光受激輻射，會產生越來越多的相同的光子，使光得到加強。
輻射單位
輻射單位是用來衡量放射性核素的放射性(activity)和電離輻射劑量(dose)的單位。最初的表示輻射的單位是倫琴，但隨著其它核反應粒子輻射和放射性材料的出現，出現了其它實用性單位，如瑪麗·居里、拉德和雷姆。然而，這些舊的單位目前已被其對應的新標準國際單位庫倫、貝克勒爾、戈瑞和西韋特所代替。下表展示了新舊單位之間的換算關系：
居里（Ci）
放射性強度是用來表示單位時間內放射性核衰變數量的物理量，通常用居里或貝克勒爾（Bq）作為單位。具體而言，1貝克勒爾表示每秒發生一個原子核的衰變，而1居里則表示每秒鐘有個核衰變。
倫琴（R）
倫琴（Roentgen，縮寫為R）是最早被國際上承認的輻射單位之一，用于測量X射線和γ射線引起的空氣電離程度，現在通常作為射線照射量的單位。其定義為：當X射線或γ射線穿過1立方厘米空氣時，所產生的正、陰離子對的數量為1倫琴。換句話說，1倫琴等于使1立方厘米空氣電離的輻射量。
。
拉德（rad）
拉德是輻射吸收劑量單位，用來描述每單位質量的被照介質所吸收的平均輻射能量，用1rad表示。其定義為導致每千克質量的任何物質從任何一種電離輻射所沉積焦耳能量的輻射量。另外，，拉德被新的標準單位戈瑞(Gy)所取代，1Gy=1J/Kg。
雷姆（rem）
雷姆是人體倫琴當量的縮寫，用于量化致電離輻射暴露對健康的影響。它衡量的是當量劑量，既考慮了吸收劑量，也考慮了輻射類型等因素，因此可以預測輻射劑量的生物效應。對大多數人來說，即使全身暴露于500雷姆的輻射下僅一瞬間，也可能導致死亡。后來，雷姆被新的標準國際單位西韋特（Sv）所取代，1西韋特相當于100雷姆。
測量儀器
通常情況下，輻射測量所用的探測器可以分為三類，分別是氣體探測器、閃爍探測器和半導體探測器。
氣體探測器
氣體探測器是一種利用氣體介質來探測輻射的探測器。當輻射進入氣體介質時，會將氣體原子或分子電離，產生電子和離子對。這些電離電子和離子對被探測器內的電場收集并運動到探測器的電極上，從而產生微弱電信號。氣體探測器具有多種優點，例如物質密度小、成本低、響應速度快和空間分辨率高等，因此在工業、深空探測、X射線熒光探測、環境放射性探測和核醫學等領域得到了廣泛應用。根據探測器的結構和工作原理，氣體探測器可以分為多種類型，包括閃爍計數管、比例計數管、蓋革計數管（G-M計數管）等。
閃爍探測器
閃爍探測器是一種利用核輻射與特定物質（即閃爍體）相互作用時，使其電離和激發而發射熒光的原理來檢測核輻射的儀器。早在1911年，歐內斯特·盧瑟福等人就使用ZnS（Ag）作為閃爍體，在α粒子散射實驗中觀察到微弱的閃光信號。隨著技術的不斷進步和發展，閃爍探測器在核物理、核化學、天文學、生命科學、材料科學等領域得到了廣泛應用。
探測原理
閃爍探測器主要由兩部分組成，即閃爍體和光電倍增管。其中，閃爍體通過核輻射與物質相互作用產生脈沖信號，而光電倍增管則負責將脈沖信號放大并轉換為電信號，以進行信號處理和分析。利用閃爍探測器，可以對射線強度進行測量，同時也可以測定粒子的能量。閃爍探測器工作結構圖如右圖所示：
常見的閃爍探測器有ZnS探測器Nal 探測器和液體有機閃爍探測器。
半導體探測器
半導體探測器是一種以半導體材料作為探測介質的固態探測器。與氣體探測器相似，半導體探測器也是通過收集輻射照射在介質材料上所產生的電子-空穴對，從而產生電脈沖來進行探測。然而，相比于氣體探測器，半導體探測器中帶電粒子產生電子-空穴對所需的能量更小，在硅中約為3.6eV，在鍺中約為2.8eV，約為氣體探測器的1/10左右。因此，半導體探測器具有更高的靈敏度和更好的能量分辨率。半導體探測器最初由美國貝爾電信電話實驗室的K.G.麥凱在1949年提出，目前已經廣泛應用于核物理、材料科學、醫學影像等領域。根據制造工藝的不同，半導體探測器可分為面壘型半導體探測器、漂移型半導體探測器和高純鍺半導體探測器（HPGe）等。
中子探測器
中子探測器是一種特殊的探測器，用于探測中子。由于中子本身不帶電，不能直接通過電離效應進行探測。因此，需要先收集中子與物質相互作用產生的次級粒子，再利用這些次級粒子在探測器中的能量沉積或電離效應來產生可測量的信號。按探測器探測中子的機理可以分為核反沖中子探測器、核反應中子探測器、核激活中子指示器與核裂變中子探測器。
以上參考文獻來自《電離輻射防護與輻射源安全 》。
輻射的應用
醫學
放射診斷
放射診斷是一種利用放射性同位素或X射線等高能輻射技術對人體進行醫學診斷的方法，其中X射線是目前最常見的放射性技術，常用于檢測骨折、肺部疾病、癌癥等疾病。
這種放射診斷過程包括兩個主要組成部分：X射線源和影像接收器。X射線源通常由X射線管和發生器組成，用于產生X射線輻射。X射線通過人體受檢部位時，會因不同組織的吸收和散射而產生不同程度的衰減。影像接收器可以采用不同的技術，包括X射線膠片/增光屏、電子影像增強器以及數字影像接收器等。這些接收器捕捉X射線通過組織的衰減信息，然后將其轉化為可供醫生分析的圖像，用于診斷疾病、評估損傷或檢查人體內部的異常情況。
放射治療
放射治療是常見的癌癥治療手段，治療原理是采用精心選定的電離輻射劑量來破壞癌細胞的脫氧核糖核酸，一般分為外放射療法和內放射療法。外放射療法患者需躺在桌子上保持不動，治療設備會將輻射束對準病變部位，進行精準治療。內放射療法是將微量放射源放置于體內直接照射腫瘤。
放射治療是利用高能輻射來殺死癌細胞或減緩其生長的一種技術，常見用于治療多種癌癥，如淋巴瘤、胸部和頭頸部腫瘤等。
核醫學
核醫學是一種利用放射性同位素對人體進行診斷、治療和研究的醫學分支。核醫學成像技術與超聲成像( US)技術、X線CT(X- CT)技術和磁共振成像( MRI)技術是當今醫學診斷的四大影像技術，在臨床診療中均占據舉足輕重的地位。
工業
在工業中，同位素和輻射技術被廣泛應用。輻射可以加工產品，如熱收縮材料和電線電纜絕緣層，以及火災報警儀和核子控制系統。而同位素示蹤技術不僅被應用于工業界，還被廣泛運用于防止大蒜發芽等食品加工技術中。相關技術在其他諸如勘探、采冶、機械、化工、儀器等領域都得到了廣泛應用。
地質學
放射性同位素的半衰期可用來測定礦物或巖石的年齡和化學成分，幫助地質學家了解地球的構造和演化歷史。如從巖石中和的比值可以得出地球巖石的年齡大約是年；利用阿波羅衛星取回的月球的土壤年齡大約為年。
能源生產
核能發電的原理是利用等放射性元素在核反應堆中的自發裂變來產生熱能，通過控制這種裂變過程，將熱能轉化為電能。相比較于燃煤、燃油等傳統化石能源，核能發電具有清潔、環保、低耗和存儲量大等優勢，是一種高效、清潔、穩定和可持續的新型能源，具有廣闊的發展前景和應用價值。
輻射對人體的影響
X射線
X射線對人體的危害主要涉及以下幾個方面：
γ射線
γ射線是頻率最高的電磁波輻射。雖然它的直接電離能力很弱，但穿透能力很強，能夠穿透很厚的物質，對生命體構成嚴重威脅。在日常生活中，很難接觸到γ射線。受到大量γ射線照射通常都是指受到核輻射的照射。雖然γ射線的應用有限，但仍有一些應用，比如進行外科手術時所使用的伽馬刀，或測井作業中使用的伽馬源等。然而，這些應用若過度照射可能會殺傷白細胞、血小板，引起放射性腦水腫甚至腦壞死等影響。
紫外線
紫外線是一種非電離輻射，在日常生活中比較常見，包括UVA、UVB和UVC三種類型，能夠使皮膚產生色素。然而，過度的紫外線照射會對人體產生負面影響，主要危害如下：
皮膚癌和惡性黑素瘤：長期接受過量的紫外線照射會引起皮膚損傷，包括真皮和表皮層，嚴重的情況下會產生真皮炎癥性質的紅斑。特別是容易出現黑色素瘤，進而引起黑瘤及非黑瘤性皮膚癌等病變。
皮膚老化：紫外線能夠破壞人體皮膚中的膠原蛋白纖維和彈力纖維，導致皮膚干燥、革化、失去彈性、起皺并常伴有不規則的色素沉著等。
眼部疾病：紫外線還具有較強的照射力，能夠直接損傷眼結構，導致白內障和視網膜病變等眼部疾病。
紅外線
紅外線是一種電磁波，其波長較長，能夠穿透大部分物體，包括人體組織。相對于X射線、γ射線和紫外線，紅外線的危害較小，但仍存在一定的損傷。具體來說，長期暴露在高強度的紅外線照射下，會導致皮膚溫度升高，嚴重的會引起燒傷。此外，長期接觸高強度的紅外線光束還可能導致眼底視網膜燒傷、角膜燒傷（混濁、白斑），嚴重的甚至會引起白內障等疾病。
微波輻射
微波輻射是一種無線電，其波長比紅外線短，頻率比廣播電波高，可以在空氣中傳播。與前面所提及的輻射相比，微波輻射對人體的危害更為復雜和嚴重，主要表現在以下幾個方面：
對眼睛的影響：首先，微波輻射可能導致眼球晶狀體混濁，長期暴露于過度的微波輻射甚至會引發白內障等眼部疾病。
對皮膚的影響：高強度的微波輻射會加熱人體皮膚組織，引發燒傷、灼傷和紅斑等皮膚損傷。
對神經系統的影響：高濃度的微波輻射還可能影響人體神經系統，引起頭痛、疲勞、失眠、幻聽、幻視等神經系統障礙。
對免疫力的影響：同時還會導致人體免疫系統的功能受到抑制，增加感染疾病的風險。
對生殖系統的影響：高強度的微波輻射對生殖系統也有很大的危害，容易導致男性精子數量減少和活動能力降低，從而導致暫時性不育，也會導致女性經期不規律。
無線電波
無線電波的頻率和波長范圍很廣，通常根據波長的不同被劃分為不同的波段。常見的無線電波波段包括長波、中波、短波、超短波和微波段。其中，長波無線電波的頻率很低，波長很長，對人體的影響相對較小。相反，短波和超短波的頻率較高，波長較短，長時間接觸可能會導致人體內部體溫升高，引起中樞神經系統的障礙。
對神經系統的影響：引起中樞神經和植物性神經系統的機能障礙。主要表現為神經衰弱、情緒不穩定、心動過緩等癥狀，在后期有的會出現心動過速，心悸病等情況。
對眼睛的影響：長期接觸大強度微波，會使晶狀體呈點狀或小片狀混濁，甚至出現白內障癥狀。
防護
時間防護
是指盡量減少人身暴露于輻射源旁的時間，即在保證工作效率和實現工作任務的前提下，縮短暴露時間，減少照射劑量。對于某些高放射性放射源的輻射環境，最好采取短時間連續工作或者分段工作的策略。
距離防護
距離防護指盡可能增加人與輻射源的距離，以減少照射人體的劑量。輻射強度隨著距離的增加而迅速下降，因此增加距離可以大幅地降低照射劑量。實際操作中，可以借助工具來避免近距離接觸。
屏蔽防護
屏蔽防護指使用一定材料對輻射進行屏蔽，以減小照射劑量。這種方法可以制造出具有一定厚度和密度的防護屏障，在其作用下，輻射粒子會被屏蔽掉一部分，從而達到減少照射劑量的目的。根據不同的輻射類型，需選用不同的屏蔽材料，通常可設置多道屏蔽層。
內照射防護
內照射防護通常是通過口腔、呼吸道或皮膚傷口直接進入人體內部，因此比外照射更難以防護。
防護措施包括對放射源的隔離、空氣凈化、個人防護以及實時監測。對于需要接觸放射性物質的人員，應戴上合適的防護裝備，如防護服、手套、鞋套和面罩等，以最大限度降低輻射對身體的影響。定期檢測員工身體的輻射狀況，并及時采取措施。實時監測內照射輻射水平可以幫助我們了解當前環境下放射性物質的分布情況和輻射水平，以便對輻射風險及時做出評估和防范措施。
參考資料 >
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