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什麼是「放射性」和「輻射」(五)

16 什麼是「放射性」和「輻射」(五)

文‧ 朱鐵吉


放射性半衰期是怎麼回事?
放射性的活度與人的青春一樣,不是青春永駐而不變的,如圖1 所示,放射性活度會隨著時間逐漸減弱。例如,現在1 個活度為100 貝克的鈷60射源,5.27 年後活度降到50 貝克,輻射的放射率減少到一半。再過5.27 年,活度降到25貝克。於是我們把活度降低到原來一半所經過的時間稱為半衰期。按照這個定義,鈷60 的半衰期就是5.27 年。與動物的平均壽命相比,我們對半衰期的意思就容易理解了。動物的平均壽命依物種而異,人類的平均壽命約為80 年,意味著同年生的同齡人經過80 年後大約還有一半人活著。放射性物質的半衰期也因種類而有很大差別,有不到1 秒的,也有像碲128(128Te)為1.5×1024 年的,而鐳的半衰期為1,600年。

阿伐(α) 射線、貝他(β)射線和加馬(γ)射線是從組成放射性物質的原子(核)放射出來的,某個原子一旦放出輻射,就失去了放射性而「死」了,不再放出第二次輻射。這一點與蜜蜂一生只能螫一次很相似。由於組成放射性物質的原子的數量是有限的,而「死亡」的原子數隨時間而增加;反之,「還活著」的原子數目逐步在減少。輻射的放射率,換言之,放射性的活度隨時間而逐步減低也是這個道理。如前所述,同為1 克的放射性物質,其輻射的放射率因核種而異。輻射放射率大的放射性物質,「還活著」的原子的數量在短時間內就減少一半。所以,輻射放射率大的放射性物質,其半衰期就短。換言之,半衰期短的放射性物質,其活度就大;反過來說,在短時間內,活度就變少。表1 列出代表性的放射性物質活度相當於3.7×1010 貝克時的質量以及與半衰期的關係。鈾238 的放射性非常弱,因其半衰期極長,與地球的年齡相當。


放射性活度與輻射強度有什麼關係?
兩者的關係很大,它相當於光源的亮度與照度(以勒克斯為單位)的關係。放射性物質的量越多(放射性活度大),測量點與放射性物質之間的距離越短、則該點輻射的強度就越大。因此,即使放射性很強,只要離它較遠,輻射強度也會變弱。這一點跟地震震級與烈度之間的關係很相似。
例如:距離1 居里的鐳226 的輻射源1 公尺處的輻射強度為0.01戈雷/ 時或0.01 西弗/ 時。所以,如在該處停留1 小時就會受到0.01西弗的劑量。用鉛或混凝土等密度高的物質來屏蔽輻射,輻射就減弱。這與建築物中電磁波會減弱、收音機聽不清的現象,或者光被屏幕遮擋而減弱的情況相似。放射性物質通常放置或保管於鉛製的厚容器中,這與放射科的醫生或者輻射診斷治療的放射師們身上穿鉛圍裙的道理是一樣的。

物質接受輻射的照射後,物質中並不會留下放射性,對嗎?
說到放射性這一術語如果意思是指放射性物質,那麼結論是確定的。鈷60 發出加馬射線平均能量不超過1.5 百萬伏(MeV),照射物質之後,並不使物質中殘留有放射性物質(俗稱的「放射性」)。以前有一本暢銷書叫《危險的話》,書上說身體受到輻射之後,會殘留下放射性,大概有很多人相信那種說法,其實那種說法是錯誤的,是杜撰的概念。除非是用中子或很高能的帶電粒子照射物質,起了核反應。

為了防止馬鈴薯發芽,用鈷60 這種放射性物質放射出來的加馬射線進行照射,如圖2所示,馬鈴薯與鈷並不接觸。這一點與用鈷60 治療癌症或者用紫外線燈進行圓形脫毛症的紫外線治療法是完全相同的。這種輻射的照射方法基本上與紫外線照射或紫外線浴沒有什麼差別,不同的只是能量大一些而已。照射用的鈷60(輻射源)是固體金屬,為了防止萬一,它是封裝在不銹鋼管(容器)中的,即使鈷有破損也不要緊。從鈷60 放射出來的射線很容易透過不銹鋼管到外部來,只要不銹鋼管不破損,放射性物質本身(俗稱「放射性」)是絕對不會洩漏到管外的。這和將螢火蟲放在透明的容器中,螢火蟲的光很容易地透過容器到外邊來,而螢火蟲本身不會到容器外邊來是同樣的道理。

通常一講到輻射照射,有人就會想像是將「放射性塵埃」那樣的粉末狀的放射性物質灑在被照射的物體上,這是很大的誤解。絕對沒有在人體的患部或食品中添加放射性物質這種事。輻射不是添加物或藥劑那樣的物質,因此,對物質進行輻射照射時,不會在被照射的物質中留下輻射,也就是不會留下放射性物質。這種情況如同日光浴時紫外線或光線不會留在身上,微波爐加熱漢堡包時,微波不會留在漢堡包上,還有x 射線攝影時,x 射線不會留在身體裡的情況一樣,這是同樣的科學道理。上述使人困惑的、不該有的事應歸因於大眾傳播媒體很早就將「放射性」與「輻射」混淆使用,視為同義語造成的。長期亂用術語的結果是大多數國民深信放射性就是輻射。物質概念(俗稱的「放射性」)與能量概念(俗稱的「輻射」)理論應明確地加以區別。

如上所述,過去社會上有放射性就是放射性物質的固定想法,至今還沒有轉變過來。但是,這種固定想法是絕對不能繼續下去的。以前社會上把物質概念的「放射性」和能量概念的「輻射」混同,恰如把「螢火蟲」與「螢火蟲的光」混同一樣。那麼,輻射照射物質之後,究竟在物質中留下什麼?留下的是輻射的一些效應,如游離作用來滅菌、防止發芽,或破壞癌細胞等等。這種效應就如日光浴時,留在身上的是紫外線效應引起的曬黑;微波爐加熱漢堡包時留下來的微波效應是使溫度上升,這些都是同一個道理。


輻射用於治療癌症或醫療器械的滅菌、防止馬鈴薯發芽、消滅害蟲等,其機制是什麼?
輻射照射物質之後,組成物質的原子或分子的電子就被擊出。其結果是切斷了分子間的化學鍵,於是原子或分子被游離。例如,水受到大量輻射的照射時則化合物的H 與O 的鍵被切斷,生成自由基的H 和O。那麼,生物受到輻射的照射會發生什麼事情呢?首先,生物受到大量的輻射照射之後,切斷了組成生物的分子的化學鍵而被破壞。因此生物體的生物機能被破壞,以致細胞死亡。可以利用這一點來破壞癌細胞或微生物,進行癌症的治療或醫療器械的滅菌。紫外線有滅菌效果,輻射當然也有滅菌作用。

生物體內進行著複雜的生物化學反應,生物受到中等劑量的輻射照射之後,因生化反應產生變化,攪亂了激素分泌等生理與代謝機制。藉此積極利用輻射以防止馬鈴薯發芽和消滅害蟲。以60-150 戈雷的加馬射線照射馬鈴薯可以防止發芽而又不致死亡,這只是因攪亂其代謝機制而抑制發芽,處於休眠狀態。用輻射消滅害蟲的方法是對害蟲(例如果蠅)預先做輻射照射,使之絕育從而消滅,這是一種很理想的方法。首先用加馬射線照射果蠅的蛹使其接受50-70 戈雷的劑量,使它們的生殖機能被破壞,於是雄蛹無精子,雌蛹無卵子。這些蛹變為成蟲之後,雖然交尾卻不能繁殖後代。

大量飼養這些輻射不孕的害蟲之後,把它們放飛到野外,使之與野生的害蟲交尾,交尾後成蟲死亡,這樣除了部分都是野生的雄性與雌性有後代之外,與不孕的交尾者均無後代,於是害蟲的數量就減少。定期放飛飼養的不孕害蟲,經幾代之後害蟲就很快減少了,隨之消滅。果蠅就是用這種方法被減少的。這種消滅害蟲的方法完全不用農藥,也不是用輻射直接把害蟲殺死,而是使之不繁殖而逐步消滅,正是一種「以蟲治蟲」的好方法。
(本文作者為清華大學原子科學系榮譽退休教授)
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Last modified:2018-01-31 15:39:41 by nicenter Powered by TadBook2
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