你或許在小說和現(xiàn)實(shí)生活中都聽人們談?wù)撨^輻射。例如，當(dāng)《星際旅行》中的企業(yè)號接近某個星球時，一名船員會根據(jù)輻射水平發(fā)出相應(yīng)的警告。在湯姆·克蘭西（Tom Clancy）的小說《獵殺紅色十月號》中，俄國潛艇發(fā)生了核反應(yīng)堆事故并導(dǎo)致了核泄漏，這迫使船員棄船。在三里島和切爾諾貝利核事故中，
核電站向大氣中泄露了放射性物質(zhì)。
核輻射可以是極度有益的，也可以使極度危險(xiǎn)的。這取決于怎樣利用它。核材料（即那些能夠放射出核輻射的物質(zhì)）非常常見，它們通過很多不同方式進(jìn)入了我們的日常詞匯中。你很可能聽說過（或者用過）下面的這些術(shù)語：
鈾 钚 阿爾法射線 貝塔射線 伽馬射線
X射線 宇宙射線 輻射
核能核彈 核廢料
核沉降核裂變中子彈 半衰期 氡氣 離子煙霧探測器
碳-14年代測定法這些術(shù)語被這樣的事實(shí)聯(lián)系起來，那就是它們都與天然的或者人造的核素有關(guān)。但輻射到底是什么？它為什么如此危險(xiǎn)？在本文中，我們將介紹一下核輻射，讓你確切理解它到底是什么以及它給我們的日常生活帶來了怎樣的影響。
讓我們首先理解一下“核輻射”中的“核”這個字的由來。這里是一些你應(yīng)該已經(jīng)接受了的概念：世間萬物都是由原子組成的。
原子結(jié)合起來構(gòu)成分子。比如，水分子就是由兩個氫原子和一個氧原子束縛在一起形成的一個獨(dú)立的單元。因?yàn)槲覀冊谛W(xué)就了解了原子和分子的概念，我們可以理解并輕松地接受它們。在自然界中，你所能找到的任何原子都是92種原子中的一種，它們也被稱為元素。因而，地球上的任何物質(zhì)——金屬、塑料、頭發(fā)、衣物、樹葉、玻璃——都是由自然界中發(fā)現(xiàn)的92種原子組合而成的。你在化學(xué)課上看到的
元素周期表是自然界中發(fā)現(xiàn)的以及人工制造的元素的一張列表。
每個原子的內(nèi)部都有三種亞原子粒子：質(zhì)子、中子和電子。質(zhì)子和中子結(jié)合起來形成原子的原子核，而電子包圍原子核并沿軌道繞原子核轉(zhuǎn)動。質(zhì)子和電子因?yàn)閹в邢喾吹碾姾啥ハ辔娮訋ж?fù)電而質(zhì)子帶正電，異性電荷互相吸引），而在大多數(shù)情況下，一個原子的電子數(shù)和質(zhì)子數(shù)是一樣的，這樣使得原子呈電中性。中子是電中性的。它們在原子核中的作用是將質(zhì)子束縛起來。因?yàn)樗匈|(zhì)子都帶同樣的電荷，所以它們互相排斥。中子則扮演了“膠水”的角色，將質(zhì)子緊緊地約束在原子核中。
原子核中的質(zhì)子數(shù)決定了原子的表現(xiàn)。例如，如果將13個質(zhì)子和14個中子結(jié)合起來組成原子核，然后讓13個電子繞原子核旋轉(zhuǎn)，這樣就得到了鋁原子。如果將幾百萬個鋁原子組合起來，就能得到鋁——你可以將鋁成型為鋁罐、鋁箔和鋁板。在自然界發(fā)現(xiàn)的所有鋁都被稱作鋁-27。這里的“27”是原子質(zhì)量數(shù)即原子核中的中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)之和。如果你將一個鋁原子放到瓶子中，等上幾百萬年，它將仍然是一個鋁原子。鋁-27 因而被稱為穩(wěn)定的原子。在大約100多年前，人們以為所有的原子都像鋁原子一樣是穩(wěn)定的。
很多原子以不同的形式出現(xiàn)。例如，銅有兩種穩(wěn)定形式：銅-63（約占自然界中所有銅的70%）和銅-65（約占所有銅的30%）。這兩種不同的存在形式叫做同位素。兩種銅同位素的原子都有29個質(zhì)子，但是銅-63原子有34個中子而銅-65原子有36個中子。兩種同位素的性質(zhì)和外觀相同，并且都是穩(wěn)定的。
本圖中，黃色的粒子是軌道中的電子，藍(lán)色的粒子是中子，紅色的粒子是質(zhì)子。
某些元素有放射性的同位素，這一點(diǎn)直到約100年前才被人們理解。某些元素的所有同位素都是放射性的。氫就是一種擁有多個同位素的元素，而且其同位素之一是放射性的。普通的氫，或者氫-1，有一個質(zhì)子而沒有中子（因?yàn)樵雍酥兄挥幸粋€質(zhì)子，所以不需要中子提供的約束作用）。另一種同位素，氫-2（也被稱為氘），有一個質(zhì)子和一個中子。氘在自然界中含量稀少（占所有氫的0.015%），盡管它的性質(zhì)和氫-1一樣（例如，你可以用它來合成水），但它在高濃度下是有毒的。這一點(diǎn)就將它和氫-1劃清了界限。氫的這種氘同位素是穩(wěn)定的。第三種同位素氫-3（也被稱作氚）有一個質(zhì)子和兩個中子。這種同位素是不穩(wěn)定的。也就是說，你有滿滿一容器的氚，放上一百萬年，你會發(fā)現(xiàn)它們都變成了穩(wěn)定的氦-3（有兩個質(zhì)子和一個中子）。氚轉(zhuǎn)變成氦的過程叫做放射性衰變。
某些元素的所有同位素天然就是放射性的。鈾就是這樣一種元素，并且是最重的天然放射性元素。還有8種天然放射性元素：釙、砹、氡、鈁、鐳、錒、釷和鏷。所有其他比鈾重的人造元素也都是放射性的。
放射性衰變是一種自然過程。一種放射性同位素的原子將會自發(fā)地通過下列三種常見的過程之一衰變?yōu)榱硪环N元素： 阿爾法衰變 貝塔衰變 自發(fā)裂變
在這個過程中，可以產(chǎn)生四種不同的放射線： 阿爾法射線 貝塔射線 伽馬射線 中子射線
放射性元素镅-241最為人們所知的用途是用于煙霧探測器。它是發(fā)生阿爾法衰變的一個很好的例子。镅-241原子能自發(fā)地輻射出阿爾法粒子。一個阿爾法粒子是由兩個質(zhì)子和兩個中子束縛在一起形成的，它等效于一個氦-4原子核。在釋放阿爾法粒子的過程中，镅-241原子轉(zhuǎn)變?yōu)轱?237原子。阿爾法粒子以很高的速度離開衰變現(xiàn)場——或許達(dá)到了16,000公里/秒。
如果觀察一個單獨(dú)的镅-241原子，你無法預(yù)測它什么時候會釋放出一個阿爾法粒子。不過，如果有大量的镅原子，那么衰變速度就變得非常有規(guī)律。對于镅-241，已知有一半的原子會在458年內(nèi)發(fā)生衰變。因此，镅-241的半衰期是458年。每種放射性元素都有不同的半衰期，根據(jù)同位素的不同，半衰期短的不足一秒而長的有數(shù)百萬年。例如，镅-243的半衰期是7,370年。
氚（氫-3）是發(fā)生貝塔衰變的元素的一個很好的例子。在貝塔衰變中，原子核中的一個中子自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子、一個電子和一個被稱為反中微子的粒子。原子核放射出電子和反中微子，而質(zhì)子則會留在原子核中。放射出的電子被稱為貝塔粒子。原子核失去一個中子而得到一個質(zhì)子。因此，一個氫-3原子經(jīng)過貝塔衰變變成一個氦-3原子。點(diǎn)擊下圖中的“Go”按鈕，你可以看到中子的變化。
在自發(fā)裂變中，一個原子實(shí)際上是發(fā)生分裂而不是發(fā)射出阿爾法或者貝塔粒子。“裂變”這個詞就意味著“分裂”。一個重原子如鐨-256衰變時有97%的時間是自發(fā)裂變，在這個過程中，它變成兩個原子。如，一個鐨-256原子可能會轉(zhuǎn)變成一個氙-140原子和一個鈀-112原子，在這個過程中它釋放出4個中子（因?yàn)樗鼈兪窃诹炎兯查g被釋放出來而被稱為“瞬發(fā)中子”）。這些中子能被其他原子吸收并引發(fā)核反應(yīng)（如衰變或裂變），或者與其他原子像臺球那樣碰撞，并釋放出伽馬射線。
中子輻射可以被用來將非放射性原子轉(zhuǎn)化為放射性原子；這被實(shí)際應(yīng)用于
核醫(yī)學(xué)中。中子輻射同樣可以由核電站和核動力艦船中的
核反應(yīng)堆和用來研究亞原子物理的粒子加速器來產(chǎn)生。
在很多情況下，發(fā)生阿爾法衰變、貝塔衰變或者自發(fā)裂變的原子核高度活躍，因而不太穩(wěn)定。它會以電磁脈沖的形式釋放出額外的能量，這種電磁脈沖叫做伽馬射線。伽馬射線和
X射線類似，也能穿透物體，但是伽馬射線的能量比X射線更強(qiáng)。伽馬射線由能量構(gòu)成，這與阿爾法和貝塔粒子那樣的運(yùn)動粒子不同。
提到各種射線，還有一種無時無刻不轟擊著地球的宇宙射線。宇宙射線來自
太陽以及諸如爆炸的
恒星之類的星體。大多數(shù)宇宙射線（可能有85%）是以接近
光速飛行的質(zhì)子，而大約12%是以很快速度運(yùn)動的阿爾法粒子。順便提一下，正是粒子的速度賦予了它們穿透物體的能力。當(dāng)它們撞擊大氣層時，它們與大氣中的原子以各種方式碰撞并形成能量較低的次級宇宙射線。然后，這些次級宇宙射線再與地球上的其他物體（包括人類）碰撞。我們隨時都被宇宙射線撞擊著，但是由于次級射線比初級宇宙射線的能量低，所以我們并不會受傷。但初級宇宙射線對處于外太空的宇航員來說是一個威脅。
放射性原子自然地衰變，放射性元素也是大自然的一部分，從這個意義上講核輻射是“自然的”。盡管如此，所有的放射性照射對生物來說都是危險(xiǎn)的。阿爾法粒子、貝塔粒子、中子、伽馬射線以及宇宙射線都被稱為電離輻射，這個概念的意思是，當(dāng)這些射線作用到原子上時，會將其軌道上的一個電子撞出來。失去一個電子將會給任何生物帶來問題，小到細(xì)胞死亡，大到遺傳變異（誘發(fā)
癌癥）。
因?yàn)榘柗Ｗ颖容^大，所以他們不能在物體中穿行太遠(yuǎn)。例如，它們無法穿過一張紙，所以當(dāng)它們在我們身體外部時，對我們并沒有影響。但是，如果我們食入或者吸入輻射阿爾法粒子的原子，它們就能夠在我們體內(nèi)引起很大的損害。
貝塔粒子穿透能力稍強(qiáng)一些，但也只有在被食入或者吸入時才是危險(xiǎn)的；它能夠用一片鋁箔或者有機(jī)玻璃擋住。伽馬射線以及X射線則需要用鉛來遮擋。
中子因?yàn)闆]有帶電，所以能夠穿行很深。它們最好使用非常厚的混凝土層或者水或燃料油等液體層來阻擋。伽馬射線和中子的穿透能力是如此之強(qiáng)，以至于它們能對人類和其他動物的細(xì)胞產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。你可能多少聽說過一種被稱為中子彈的核裝置。這種炸彈的總體原理就是通過優(yōu)化中子和伽馬射線的產(chǎn)生來實(shí)現(xiàn)對生物的最大殺傷性。
如前所述，放射性是“自然存在的”，我們所有人體內(nèi)都含有類似于放射性
碳-14這樣的物質(zhì)。我們的環(huán)境中同樣存在很多有害的人工放射性核素。核輻射有很大的好處，如利用核能來發(fā)電以及利用核醫(yī)學(xué)來檢查和治療疾病，但它同樣也有巨大的危害。
