辐射

【大气科学】

辐射（ radiation ），气象上常测定以下几种辐射：①太阳辐射，又称日射，指太阳放射的辐射；②地球辐射，指由地球（包括大气）放射的辐射；③地表辐射，指由地球表面放射的辐射；④大气辐射，指地球大气放射的辐射；⑤全辐射，指太阳辐射与地球辐射之和；⑥太阳直接辐射，指来自太阳圆面的立体角内投向与该立体角轴线相垂直的面上的太阳辐射；⑦天空辐射（或太阳漫射辐射），指地平面上接收到的来自2π立体角（除去日面所张之立体角）范围内的向下的散射和反射的太阳辐射；⑧太阳总辐射，指水平面接受的，来自2π立体角范围内的太阳直接辐射与散射辐射之和；⑨反射的太阳辐射，指从地表所反射的太阳辐射以及从地表与观测点之间的空气层向上空漫射的太阳辐射之和；⑩净辐射，指向下和向上（太阳和地球）辐射之差，即一切辐射的净通量；⑪净太阳辐射，指向下和向上的太阳辐射之差；⑫净地球辐射，指向下大气辐射和向上地球辐射的差值。气象上，通常称太阳辐射为短波辐射，地球表面辐射和大气辐射为长波辐射。单位面积接收、通过或放射的辐射能，其单位一般用卡/(厘米²·分)，也有用瓦特/米²和焦耳/（米²·秒）的。在地面气象观测中，通常测量的是太阳总辐射。测量各种辐射分量的仪器有：绝对日射表、天空辐射表、直接日射表、净辐射仪等。

【化学】

辐射（ radiation ），以粒子束或波的形式发射和传播能量的过程，在放射化学中常特指电离辐射。

辐射类型

辐射包括电磁辐射、声辐射和有静止质量的粒子的辐射。电磁辐射是分子、原子或原子核由激发态退激而发射的光子束，按光子能量的递增，依次可分为无线电辐射、微波辐射、红外辐射、可见光辐射、紫外辐射、X辐射和γ辐射。粒子辐射有放射性衰变中放出的α辐射、β辐射和裂变中放出的中子辐射等(见放射性衰变类型)，如铀238衰变放出α辐射，钍234衰变放出β-辐射，碳11衰变放出β+辐射和铀235、钚239裂变放出中子辐射，以及各种加速器中加速的粒子束辐射等；宇宙射线大部分由高能量的粒子组成，这些粒子包括质子、中子、较重核及高能电子、介子和各种奇异粒子。在核化学和放射化学研究中涉及的辐射是能量较大、足以引起物质电离的电磁辐射和粒子辐射，合称电离辐射。按引起电离的过程特征分为直接电离辐射（如 α辐射、β辐射）和间接电离辐射（如中子辐射、γ辐射和 X辐射）。辐射有时也按辐射的粒子种类、发现人的名字、产生方法或产生机理命名，如质子辐射、氘核辐射、切伦科夫辐射、康普顿辐射、同步辐射和轫致辐射等（见表）。

辐射类型

辐射与物质的相互作用

辐射在物质中通过，与物质相互作用而逐步失去能量，最终被物质吸收。物质吸收辐射能量后产生一系列物理和化学变化。研究辐射与物质的相互作用，对于了解辐射的性质、辐射所引起的物质的物理和化学变化都是必需的。辐射与物质的相互作用也是辐射测量、放射性防护和辐射加工工艺的基础。辐射类型不同，与物质的相互作用也不同，通常分为三类。

带电粒子辐射与物质的作用

主要与物质中的电子相互作用而失去能量，能量传递给电子。如果电子获得的能量大于它的电离能，它就脱离原子的束缚而成为自由电子，即原子发生电离；如果电子的能量不足以克服原子对它的束缚，它就激发到能量较高的状态（激发态或超激发态），即原子被激发。另一种效应是带电粒子很快减速（受阻），因而以X辐射放出能量，这就是轫致辐射。轫致辐射通常都是由电子突然受阻而产生。带电重粒子在物质中主要通过静电作用（库仑力）使物质中的电子接受能量，重粒子则减少能量。质量为m，动能为E的带电重粒子在一次碰撞中传递给电子的最大能量是4Eme/m(me为电子质量)，或大约为0.002E/A（A为带电重粒子的核子数）。这是带电重粒子能量的很小一部分，所以要经过多次作用才能使带电重粒子失去能量而被阻停。碰撞产生的自由电子有时还具有足够的动能，它也能引起新的电离，这些具有足够能量的电子称为δ射线。

X 或γ辐射与物质的作用

主要产生光电效应、康普顿效应和电子对效应。光电效应中入射的光子与吸收物质中的原子作用而完全消失，而从该原子的电子壳层中放出能量为Ee的电子（称为光电子）：

Ee＝hv-EB

h v为光子的能量， E B是光电子在原来原子壳层中的结合能。在光子能量不很高和吸收物质的原子序数较大时，光电效应是最重要的作用形式。康普顿效应发生在入射光子和电子之间，一般放射性 核素放出的γ 辐射的能量范围，最适宜发生康普顿效应。光子发生康普顿散射后能量并未全部失去，只是部分交给电子，这种电子称为反冲电子或康普顿电子。光子与电子发生康普顿效应时遵守能量和动量守恒定律。产生电子对效应要求光子的能量必须超过电子静止质量能量的两倍(1.02兆电子伏)，这种作用必须在原子核的参与下才能发生，结果是光子消失而产生电子－正电子对。如光子能量大于1.02兆电子伏，则超出的能量以动能的形式被电子和正电子带走。这三种过程的相对重要性随 辐射能量 E γ和吸收物质的原子序数 Z而变。

中子与物质的作用

一般分为三种过程，即弹性散射、非弹性散射和被原子核吸收而产生核反应（图2）。极少数中子如果没有被原子核吸收，则最终衰变为质子和电子。中子不带电，不能与原子核或电子以库仑力相互作用；中子主要通过与原子核碰撞而失去能量或被核吸收，产生的反冲核或其他辐射可进一步与物质作用。能量小于0.5电子伏的中子（慢中子）主要与原子核进行弹性散射，即碰撞前后相碰撞粒子动能之和相等、原子核内部能量不发生变化，中子失去部分能量，被碰撞核获得这部分能量作为动能，作用过程符合能量和动量守恒定律。原子核的质量越是接近中子质量，则在一次正碰撞中接受中子能量的分数越大，所以含氢物质对中子慢化最为有效。中子最后慢化到相应温度的热运动能量为止，室温时热运动中子的平均能量为0.025电子伏，这类中子称为热中子。当中子能量较大并且被碰撞核的质量较大时，主要进行非弹性散射过程，即碰撞前后碰撞粒子的动能之和不相等，原子核内部能量发生变化；这时中子有较大能量转移给反冲核，使核激发到较高能级同时又具有一定的动能。反冲核很快退激，放出γ辐射。中子被核吸收，在中子被慢化到热中子状况时最为可能，这时发生的核反应类型一般是(n，γ)反应，如²³⁸U(n，γ)²³⁹U；其他核反应也可能发生，如¹⁰B(n，α)⁷Li、铀235吸收中子后的裂变等。中子能量较大时引起核反应的类型更多，但一般反应截面都很小。