【輻射2】用生活例子拆解電離與非電離輻射的真面目

我們每天生活在各種「輻射」之中，從太陽的紫外線到家中的微波爐、從花崗岩散發的天然射線到手機和WiFi的無線電波。當聽到輻射，很多人會聯想到危險或致癌，但其實輻射不是單一類別——科學上會把它粗略分成「電離輻射」和「非電離輻射」，兩者在能量來源、與物質互動的方式、對健康的風險，甚至防護方法上都有根本不同。下面用簡單比喻和日常例子，帶你逐步理解。

什麼是電離與非電離輻射？用「能量踢走電子」想像

把原子想像成一個小太陽系：原子核像太陽，電子像繞行的行星。要把電子從原子「踢走」（即把它從原子上移除），需要一定的能量。物理上把能量單位常用「電子伏特」（eV）來量度：氫原子把最內層電子完全踢出去，需要約13.6 eV。一般來說，如果一個光子或粒子的能量高到足以將原子或分子電離（把電子移除），我們就稱之為電離輻射；若能量不足以電離，則是非電離輻射。

一個實用的界線是約10 eV左右：在電磁光譜上，比紫外光更高能量（如紫外線以上到X光與伽馬射線）的光子屬於電離輻射；可見光、紅外、微波、電台訊號、手機、WiFi 等都屬於非電離輻射。

光子與粒子：兩種不同的電離機制

電離輻射可以由高能光子（例如紫外、X光、伽馬）造成，也可以由帶能量的粒子（例如α、β、或中子）造成。高能光子靠一次吸收把電子踢走；帶電粒子則靠撞擊直接把電子從原子上打下來。中子雖然不帶電，但它可以撞擊原子核，造成連帶的電離或間接生成其他放射性核素。

常見的四種電離射線：α、β、γ與中子

用生活化的比喻看四種射線：α粒子像大型卡車，β粒子像小汽車，γ射線像高速子彈，而中子像無標誌的滑行者。

α（阿爾法）粒子：是兩個質子和兩個中子的組合（像氦核），質量大、帶正電，與物質相互作用很強，很容易被攔截。它在空氣中行走幾厘米就停了，一張紙或皮膚就可以擋住它。但如果α粒子進入體內（例如吸入含α放射性的塵埃），對局部組織的傷害會很大。

β（貝塔）粒子：其實是高速電子，質量小、帶負電。穿透力比α強，可以穿過空氣較遠距離，但一般用一隻手或薄金屬片就可阻擋。

γ（伽馬）射線與X光：屬於電磁波，不帶電，和物質相互作用少但能量高，穿透力最強。要有效削弱需較厚的密度材料，例如鉛或厚混凝土。舉例：一塊厚約25毫米的鉛板可以吸收部分伽馬射線，厚度越大吸收越多，但理論上要完全消滅需要非常厚。

中子射線：中子不帶電，所以在帶電相互作用上近乎「透明」，它會一直穿透直到碰上原子核的時候才真正被散射或吸收。中子的穿透力也算強，通常比β強，但與γ相比要視能量與材料而定。中子常在核分裂過程中被產生：一個重核分裂成兩個較輕的核時，會放出幾個高速中子，這些中子可能撞到其他可裂變核，產生連鎖反應——這正是核電廠控制的基礎，也是核武器所利用的鏈式反應概念（也因此有人把中子與武器聯想，像「中子彈」的討論）。

為何穿透力不同？三個關鍵因素

決定穿透力的三個重點是：帶電量（是否帶電）、質量大小、以及本身能量。帶電的粒子（α、β）會跟原子中的電子強烈交互，較容易被減速或停下；不帶電的（γ、X光為光子、中子為中性粒子）相互作用較少，所以走得更遠。質量大（α）會造成劇烈碰撞但行程短；質量小（β）行得遠但也較易被物質曲折；能量越高，穿透力通常越強。

生活中的比喻：想像你在叢林中前進。帶電粒子像揹著亮燈和大背包的人，很容易被樹枝纏住；中子像穿黑衣的無聲者，較不容易被樹枝阻擋；γ射線則像光束，能穿透較多障礙，但要完全遮斷則需很厚的牆。

微波爐、手機、WiFi：非電離輻射為何通常較安全？

微波爐的微波頻率常見為2.45 GHz，波長約12公分，能量遠低於10 eV，屬非電離輻射。它不會把電子從原子上踢走，因此不會直接改變分子結構或DNA。微波爐加熱的原理是讓水分子跟電磁場「共振」或更正確地說是誘導極化運動，水分子在場中轉動、摩擦，分子間的能量傳遞表現為溫度上升。簡單來說，微波是把物質「震熱」而非「打斷鍵」。

同理，手機和WiFi使用的無線電波能量比微波更多還是少，但都屬於非電離範圍。要證明非電離輻射會致癌，科學上必須找出非電離輻射能造成生物體內某些機制（非電離電離DNA的情況）導致基因改變的證據，至今證據並不確定，研究仍在進行中。

日常接觸與風險：哪些情況要注意？

日常生活中最可能遇到的電離輻射來源包括：天然放射性（例如某些花崗岩、土壤會釋放氡氣）、醫療用X光或CT掃描、核電廠或核材料相關場所。非電離輻射來源則包括手機、WiFi、收音機、紅外線、微波爐等。一般原則：控制接觸時間、增加距離、使用適當屏蔽，就能大幅減少風險。

如何偵測與屏蔽輻射？

偵測方面有幾種常用工具：Geiger-Müller（蓋革）計數器適合偵測α、β、γ的放射性計數；閃爍體（scintillator）與半導體探測器則能更精確測能量與種類。中子偵測常用含氦-3或硼的探測器，因為這些材料對中子吸收反應靈敏。

屏蔽方面根據射線種類選材：α用紙或外層皮膚即可擋住；β可用薄金屬片；γ與X光則需高密度材料（鉛、厚混凝土）來吸收；中子常用富含氫的材料如水或混凝土來慢化（減速）中子，再用含硼材料捕捉以降低數量。

結語：理解機制比恐慌重要

把輻射分成電離與非電離，理解它們互動物質的機制，能幫助我們在日常生活中作出合理判斷：不是所有「輻射」都一樣危險；能量、帶電與質量決定了它如何傷害物質；微波爐、手機這類非電離輻射的主要效應是產生熱或電磁刺激，而非直接改變DNA；真正會直接改變分子結構、造成基因突變的，通常是具有足夠能量的電離輻射。當遇到需要防護的情況，選擇合適的偵測器與材料，並以時間、距離、屏蔽三原則作防護，是最務實的做法。