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　　■何俊/文

　　光子，又稱“光量子”，是光和其它電磁輻射的量子單位。一般認(rèn)為光子是沒(méi)有質(zhì)量的，有些理論中允許光子擁有非常小的靜止質(zhì)量，這樣光子會(huì)最終衰變成一種質(zhì)量更輕的粒子。如果這種衰變是確實(shí)可能的，光子就是有壽命的，據(jù)最新研究表明其壽命為10的18次方年，甚至比宇宙的壽命都長(zhǎng)，真正可以說(shuō)得上是萬(wàn)世不滅。

　　平常我們所說(shuō)的光大多數(shù)指可見(jiàn)光，紅橙黃綠藍(lán)錠紫是光子波長(zhǎng)在400nm~ 780nm 范圍內(nèi)的光子，其基本的參數(shù)之一就是波長(zhǎng)，不同波長(zhǎng)的光子性質(zhì)千差萬(wàn)別。圖一是電磁波譜圖。從中我們可以看到，波長(zhǎng)最短的伽馬射線僅為千分之一納米，而最長(zhǎng)的無(wú)線電波波長(zhǎng)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米，醫(yī)院里CT機(jī)的X射線波長(zhǎng)在1納米左右。用來(lái)殺菌消毒的紫外線比可見(jiàn)光波長(zhǎng)短，烤箱產(chǎn)生的用來(lái)加熱食物紅外線的波長(zhǎng)則比可見(jiàn)光波長(zhǎng)，此外還有微波爐產(chǎn)生的波長(zhǎng)為厘米量級(jí)，而收音機(jī)接受的短波波長(zhǎng)為米量級(jí)。

　　圖1：電磁波譜圖

　　輻射是指一種能量傳播的方式，比如說(shuō)熱輻射就是指物體以往外發(fā)射光子的形式放出能量，我們的太陽(yáng)就是一個(gè)超級(jí)輻射源，為人類提供了各種形式的能源。輻射是一個(gè)中性詞，但是留在人們心中的輻射常常是指那些對(duì)人體會(huì)造出傷害，即造成不好的生物效應(yīng)的輻射。通常輻射出來(lái)的粒子，可以是光子，也可以是帶電的粒子，比如α粒子，它是氦原子丟失了外層電子的原子核部分，β粒子則是電子，而伽馬粒子則是上面的電磁波譜圖中的提到的高能光子，可見(jiàn)光也是輻射的一種。

　　我們?cè)賮?lái)看看輻射發(fā)生的原因。世界外物都是由原子核和電子組成，原子核是由不帶電的中子和帶電的質(zhì)子組成，通常一個(gè)原子核中的質(zhì)子和中子的數(shù)量大致相等，當(dāng)兩者差別較大時(shí)，不管是中子太多還是質(zhì)子太多時(shí)，原子核會(huì)變得不穩(wěn)定，它便會(huì)通過(guò)輻射的方式放出多余的能量，這個(gè)過(guò)程稱之為放射性衰變。包含不穩(wěn)定性的原子的物質(zhì)稱為放射性材料，它可以是天然的礦石，可也是人工合成物質(zhì)。正是輻射的這種特性，光子和其他輻射粒子的發(fā)射經(jīng)常伴隨著物質(zhì)在兩個(gè)不同能級(jí)的躍遷，輻射出粒子的能量就等于兩個(gè)能級(jí)的差?？梢?jiàn)光的能量落在半導(dǎo)體材料的電子能級(jí)范圍（幾個(gè)電子伏特），所以半導(dǎo)體材料可用來(lái)制造LED。具有較高能量的光子比如x射線的發(fā)生通常伴隨著電子能級(jí)躍遷，而能量更高的γ射線則是伴隨著原子核能級(jí)躍遷。由此可知無(wú)線電波、可見(jiàn)光、X射線、伽馬射線它們并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，都處于有高能量狀態(tài)的物質(zhì)往低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變發(fā)出的粒子，它們之間的差別是可見(jiàn)光能量較低，對(duì)人體的傷害較小，而高能的伽馬射線能量較高，對(duì)人體的傷害也較大。

　　我們可以用一堆火的例子來(lái)理解光子、輻射、放射性材料。當(dāng)我們點(diǎn)燃篝火，木材會(huì)發(fā)熱發(fā)光，這就是一種輻射。放射性材料就是以發(fā)射粒子或者波的形式輻射能量，這里的木材就是放射性材料。引起人們恐慌的原因之一是輻射的粒子幾乎都是人的肉眼看不到的，它們大多數(shù)不可能通過(guò)人的感覺(jué)器官感知，等到人體可以感知的程度的時(shí)候時(shí)，輻射已經(jīng)對(duì)人體產(chǎn)生了不可逆轉(zhuǎn)的傷害了。因此我們需要借助各種不同類型的探測(cè)器才能知道輻射的存在。

　　光子作為輻射的一種，根據(jù)其能量不同對(duì)人體的傷害程度也不同，衡量這種傷害程度的物理量有很多，比如吸收劑量、劑量當(dāng)量、有效劑量等。吸收劑量表示單位質(zhì)量介質(zhì)中吸收的能量即1J/kg= 1 Gy=100 rad。人體對(duì)不同的輻射粒子反應(yīng)不同，上文提到的α，β，γ三種粒子中，α對(duì)人體傷害較大，其權(quán)重因子為β，γ的20倍，其單位為1J/kg= 1Sv=100 rem。常見(jiàn)的四種輻射粒子的權(quán)重因子如表1所示，權(quán)重因子就反應(yīng)了不同類型的輻射對(duì)人體的傷害程度。吸收劑量乘以權(quán)重因子就是劑量當(dāng)量，劑量當(dāng)量乘以反應(yīng)人體的不同部位的組織權(quán)重因子WT就是有效劑量。皮膚的權(quán)重因子為0.01，肝的為0.05，性腺的為0.2，權(quán)重因子越大表示對(duì)輻射越敏感。粒子的權(quán)重因子和人體組織權(quán)重因子都是無(wú)量綱的。

　　表1：不同粒子的輻射權(quán)重因子

　　全世界不同地區(qū)的人所受的輻照劑量是不同的，據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示美國(guó)人每年接受的輻射劑量為6.2mSv，而日本則為2.40mSv，這些劑量主要來(lái)源有氡元素（存在于空氣和土壤中）、宇宙射線、醫(yī)學(xué)CT等。圖二是主要的劑量來(lái)源及其所占比例，從中可以看出我們受到天然輻射和人造輻射的劑量大致相等。個(gè)人劑量最大比例的依次是氡元素、包括CT在內(nèi)醫(yī)學(xué)檢查、服用放射性藥物等。圖三則列舉了一些日常生活中的有效劑量，其中做一次胸肺X光片的劑量是0.05mSv，電腦斷層掃描的劑量為6.6mSv，放射性行業(yè)從業(yè)人員每年的劑量限制為20mSv。

　　圖2：美國(guó)背景輻射分布

　　圖3：日常生活中的輻射劑量

　　再來(lái)說(shuō)說(shuō)輻射對(duì)人體的影響，我們關(guān)于輻射對(duì)人體的影響的知識(shí)主要來(lái)源于短時(shí)間內(nèi)大劑量引起反應(yīng)，而對(duì)于長(zhǎng)期低劑量輻射有可能會(huì)引起致癌率的增加并不高，據(jù)資料顯示自然致癌死亡率為20%，而從事放射性職業(yè)引起的比例增加僅為1%。輻射引起的遺傳變異也僅僅是在動(dòng)植物上發(fā)現(xiàn)，并沒(méi)有在人類身上發(fā)現(xiàn)。胎兒在接受高劑量輻射時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種包括智力遲緩在內(nèi)的傷害，這一現(xiàn)象也是只在超過(guò)150mSv時(shí)發(fā)現(xiàn)。相對(duì)于生活中其它可能對(duì)人體造成的傷害的活動(dòng)來(lái)說(shuō)，輻射的影響小得可以忽略。圖4是美國(guó)得出的關(guān)于各種活動(dòng)引起的壽命縮短的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從中我們可以看到70年1mSv的劑量引起的壽命縮短僅為10天，僅和喝咖啡相當(dāng)，由此可見(jiàn)我們大可不必談“輻”色變。

　　圖4：日常生活對(duì)壽命的影響的對(duì)比（美國(guó)）