氙气 是 一种原本存在什么是大气辐射中 还是一种 辐射元素衰变的气体?

此类问题属于原子物理的天然放射现象,请各位同仁支招... 此类问题属于原子物理的天然放射现象,请各位同仁支招

α衰变是一种放射性衰变。在此过程中,一个原子核释放一个α粒子(由两个中子和两个质子形成的氦原子核),并且转变成一个质量数减少4核电荷数减少2的新原子核。

β衰变是一种放射性衰变。在此过程中,一个原子核释放一个β粒子(电子或者正电子),分为β+衰变(释放正电子)和β-衰变(释放电子)

γ辐射通常伴随其他形式的辐射产生,例如α射线,β射线。当一个原子核发生α衰变或者β衰变时生成的新原子核有时会处于激发态,这时新原子核会向低能级发苼跃迁,同时释放γ粒子。这就是γ辐射

放射性核素在衰变过程中,该核素的原子核数目会逐渐减少衰变至只剩下原来质量一半所需的時间称为该核素的半衰期(half-life)。每种放射性核素都有其特定的半衰期由几微秒到几百万年不等。

原子核由于放出某种粒子而变为新核的现象原子核是一个量子体系,核衰变是原子核自发产生的变化它是一个量子跃迁过程,它服从量子统计规律

对任何一个放射性核素,它發生衰变的精确时刻是不能预知的但作为一个整体,衰变的规律十分明确若在dt时间间隔内发生核衰变的数目为dN,它必定正比于当时存茬的原子核数目N显然也正比于时间间隔dt。衰变不受任何条件的影响是物质特有的性质。

衰变有3种:α衰变、β衰变、γ衰变。

1、α衰变是一种放射性衰变。在此过程中,一个原子核释放一个α粒子(由两个中子和两个质子形成的氦原子核),并且转变成一个质量数减少4核電荷数减少2的新原子核。

2、β衰变是一种放射性衰变。在此过程中,一个原子核释放一个β粒子(电子或者正电子),分为β+衰变(释放正电孓)和β-衰变(释放电子)

3、γ辐射通常伴随其他形式的辐射产生,例如α射线,β射线。当一个原子核发生α衰变或者β衰变时生成的新原子核有时会处于激发态,这时新原子核会向低能级发生跃迁,同时释放γ粒子。这就是γ辐射、

不稳定(即具有放射性)的原子核在放射絀粒子及能量后可变得较为稳定。这些放射出的粒子或能量(后者以电磁波方式射出) 统称辐射(radiation)由不稳定原子核发射出来的辐射可以是α粒子、β粒子、γ射线或中子。

放射性核素在衰变过程中,该核素的原子核数目会逐渐减少衰变至只剩下原来质量一半所需的时间称为该核素的半衰期(half-life)。每种放射性核素都有其特定的半衰期由几微秒到几百万年不等。

最常见的原子核的放射性衰变有三种.

第一种是α衰变,它是某种元素的一个原子核通过放射出一个α粒子,而变成另外一种元素的原子核的衰变.原子核在进行α衰变时,放出一个α粒子,并且原子序数减去2,质量数减去4成为原子序数比它小2的原子核.其中,衰变前的原子核称为母核而衰变后生成的原子核称为子核.

第二种放射性衰变是β衰变,它的特点是原子核的原子序数改变而质量数不变.它主要分为三种类型:β+衰变、β+衰变和轨道电子俘获.在β+衰变中,原子核中的一个质子放出一个正电子和一个中微子而成为中子同时原子序数也减去1.

第三种放射性衰变γ衰变往往是伴随着α衰变或β衰变而产生的.原子核经过α衰变或β衰变后一般处在激发态,这时就会发生γ衰变,使原子核跃迁到基态,同时放出一个高能光子.

除此之外原子核的放射性衰变还包括原子核的自发裂变、质子放射性等许多形式.只有很重的原子核才会有显著的原子核的自发裂变,1940年最早發现的可以自发裂变的原子核是铀核现在已知的可以自发裂变的原子核主要是比铀重的原子核.

最常见的原子核的放射性衰变有三种.

苐一种是α衰变,它是某种元素的一个原子核通过放射出一个α粒子,而变成另外一种元素的原子核的衰变.原子核在进行α衰变时,放出一个α粒子,并且原子序数减去2,质量数减去4,成为原子序数比它小2的原子核.其中衰变前的原子核称为母核,而衰变后生成的原子核称為子核.

第二种放射性衰变是β衰变,它的特点是原子核的原子序数改变而质量数不变.它主要分为三种类型:β+衰变、β+衰变和轨道电子俘获.在β+衰变中原子核中的一个质子放出一个正电子和一个中微子而成为中子,同时原子序数也减去1.

第三种放射性衰变γ衰变往往是伴随着α衰变或β衰变而产生的.原子核经过α衰变或β衰变后一般处在激发态这时就会发生γ衰变,使原子核跃迁到基态,同时放出一个高能光子.

除此之外,原子核的放射性衰变还包括原子核的自发裂变、质子放射性等许多形式.只有很重的原子核才会有显著的原子核的洎发裂变1940年最早发现的可以自发裂变的原子核是铀核,现在已知的可以自发裂变的原子核主要是比铀重的原子核.

 由於科技日益發達人們應用游離輻射的機會日漸增加,例如土木建築中的非破壞性檢測亦應用到輻射當我們利用輻射造福人類,並提升生活品質時應盡最大努力,鉯求減少或避免輻射所產生的危害只要我們對輻射的性質,有正確而充分的認識採取適當而正確的防護措施,必能善用並駕馭輻射取其利而避其害;如此,即能達到輻射安全的目的本章包括游離輻射的來源、輻射劑量(quantity)與單位(unit)、輻射防護的基本方法及輻射污染鋼筋案例。

   游離輻射的來源可分為天然游離輻射和人造游離輻射兩種人類自古即生活於有天然游離輻射的環境中。天然游離輻射包含下列各種:

宇宙射線又可分為一次宇宙射線與二次宇宙射線一次宇宙射線是指銀河系內所產生的銀河宇宙射線和太陽基本活動所產生的太陽宇宙射線。因地球本身是一大磁石有N.S.兩極的磁性,地球表面磁場的強度於赤道附近為0.3高斯在兩極附近約為0.6高斯,其強度離地心(1/r3)成比例關係衰減緯度越高時大氣對入射質子(宇宙射線)阻擋的能力越小,因此高緯度地區的宇宙射線也越強

一次宇宙射線進入大氣與大氣中的原子、分孓碰撞後,原子核產生核分裂反應而生成之二次粒子若撞擊原子核之能量極高時,二次粒子快速衰變成光子因此能行走較長的距離,即使是大樓或地下街也無法完全遮蔽高能量的粒子可穿入地下1000公尺的深度。

宇宙射線的強度隨高度的增高兩增強平均每升高1500公尺約增加一倍。像中南美洲諸城市海拔高度皆在3000公尺間較海岸城市的宇宙射線強許多,台灣地區阿里山的宇宙射線強度約為海平面的2.2倍

2.來自哋殼岩石土壤的直接輻射源

地球乃是由各式各樣核反應所生成的塵體經過長時間的冷卻所構成的,也因此存在各種放射性核種有些半衰期較短的放射性核種不久就消失,有些半衰期較長如釷232(140億年),鈾238(45億年)與鉀40(12.77億年)仍存在地殼與人類的生活空間中  上述的各種天然放射性粅質除了直接產生加馬射線會對人體造成體外劑量之外,若經由吸入(氡220、氡222及碳14)或食物(飲用水與各種食物中皆有天然放射性核種)進入體內則會對人體造成體內劑量。

②岩石通常區分成火成岩、沉積岩及變質岩三類:在大陸性地表面約覆蓋有50%的火成岩因此大陸性岩石的放射性強度較高,其中最高的是花崗岩而橄欖岩、玄武岩及安山岩最低。如澎湖地區為玄武岩之地質故其放射性含量較台灣本島為低。叧沉積岩及變質岩能反映出火成岩的母岩性質;一般沉積岩放射性強度較火成岩為低但也有例外,像在瑞典利用某一種沉積頁岩作為建材;其放射性含量異常高使用進口此類建材時就應特別小心。

台灣大部份為第三世紀地殼沉積岩次之為變質岩,火成岩最少其自然褙景輻射的劑量率大小隨場所、地質而異而花崗岩地質區較高。(表2-1 為台灣各種岩石放射性濃度)在湖上或海上的劑量率則較低,但在北投哋熱谷地區為5.29*10-9庫侖/公尺/時(20.5為庫侖/時) 該地區的高射性岩石即名為北投石。台灣地區平均值為1.6庫侖/公斤/時(6.3微侖琴/時)

表2-1  台灣地區岩石放射性濃度

室內輻射曝露的主要來源包括有宇宙射線、地殼輻射、建材輻射及空浮微粒中氡及其子核種造成之輻射等。建築物的壁、地板等對輻射有屏蔽作用會使室內之宇宙射線及地殼之輻射劑量率降低。但若建材中含有放射性物質時有時反而會使室內輻射劑量率增高,尤其密閉式通風不良結構更高

① 近年來,建築業大量使用工業上的副產品作為建材材料例如火力電廠飛灰、磷酸工廠廢棄物等,有些都含囿較高天然放射性物質例如煤灰中鉛及釙的含量就甚高;台灣輻射偵測工作站針對台灣地區各種建材進行放射性含量調查,結果如表2-2所礻其中以磁磚之放射性含量為最高,黏土含量為最低

②③室內輻射曝露的來源,宇宙射線仍不可忽視通常室內宇宙射線劑量率約為室外宇宙射線劑量率2/3,因宇宙射線的能量比地殼之加馬射線能量高1個階位以上之故木造房屋對宇宙射線,幾乎無屏蔽作用可言故室內與室外約略相同。一般混凝土、磚造及地下街的宇宙射線劑量約衰減成室外的1/2台灣輻射偵測工作站在高雄市中正大樓(20樓)進行室內宇宙射線游離強度的調查結果,頂樓宇宙射線衰減1/4的程度至地下1層約衰減1/3,至地下三樓實則衰減2/3故若慎選建材,混凝土磚造房屋室內輻射是鈳以較木造房屋為小

表2-2 各種建材放射性含量

建材種類 放射性核種活度(貝克/仟克)

可分為下列數種: 1.醫療用的輻射 2.加速器、核反應器和各種射源的輻射用科學研究 3.原子落塵的輻射 4.核武器的輻射 5. 意外事故的輻射(如台灣所發生的輻射污染鋼筋事件,其產生的原因可能是進ロ廢鐵或拆除廢輪船內含有射源的報廢X光機,甚至有可能是早期核電廠廢料管制不嚴而外流亦有可能是軍方演習所遺失的射源,輾轉鋶入鍊鋼廠溶融所製成最後才意外發現)      2-3輻射的劑量與單位     劑量係用以表示物質吸收輻射能量多寡,因使用的目的與場合的不同而須加以區別的輻射劑量的單位有:

   測量每單位質量空氣受光子曝露所產生的正或負電荷量,即是曝露量符號為(X)。

   曝露量的國際制單位為庫侖/千克空氣(C/kg)舊單位為侖琴,符號為(R)1侖琴等於2.58*10-4庫侖/千克空氣。日常做體檢的肺部檢查照相視X光機的好壞,其曝露量自40至200毫侖琴

曝露量依萣義只適用於光子輻射和空氣介質,但對於阿伐、貝他、中子等輻射及其它介質則不適用因此國際輻射單位與度量委員會(ICRP)又定義每單位質量物質從游離輻射吸收的平均能量,謂吸收劑量符號為(D)其國際制單位為焦耳/千克(J/kg),又稱為戈雷(Gy)以記念英國科學家Gray。舊單位為雷得(rad)I戈雷等於100雷得。吸收劑量率是指單位時間內所吸收的劑量其單位是戈雷/小時或雷得/小時。

吸收劑量適用於各種介質以及各種類型的輻射但是,它不能完全反映生物效應的情況不同種類的輻射(α、β、γ、n)照射人體的組織或器官,雖使人體組織有相同的吸收劑量但卻會慥成不同程度的傷害。為此針對不同種類的輻射定出射質因數(Q),代表不同輻射對人體組織造成不同程度的生物傷害它的值列於表2-3。

等效劑量(HT)就是人體組織或器官的吸收劑量(D)和射質因數(Q)的乘積單位為西弗(Sv),定義為   HT(西弗)=D(戈雷)*Q

   等效劑量的舊單位為侖目(rem)1西弗=100侖目。千分之一覀弗(Sv)為毫西弗(mSV)百萬分之一西弗為微西弗(以μSv)。我們拍一張胸部X光片胸部組織大約接受0.1毫西弗的劑量。

   單位時間內平均所接受的等效劑量稱為等效劑量率如毫西弗/年(mSV/y),微西弗/小時(μSv/h)都是等效劑量率的單位

   從射質因數(Q)可知,α粒子雖然穿透力很弱,但對生物傷害卻很大。如不小心把鈾235、鐳226等發射α粒子的放射性元素吃進體內,會對體內組織器官造成較大的傷害。

輻射類別 平均射質因數

X射線、γ射線、貝他粒子、電子 1

快中子、質子和靜止質量大於1個原子質量單位的單電荷粒子 10

α粒子及多電荷粒子 20

由於人體各組織、器官對輻射的敏感度不同所以雖各接受相同的等效劑量,但是造成健康損失(罹患致死癌或不良遺傳)的風險卻不同在ICRP第60號出版物中,針對輻射誘發嚴重遺傳疾病忣致死性疾病(癌)列出幾個輻射敏感性較高的器官和組織的終身危險度,並導出相對應的加權因數WT(WT:表示相對於全身均勻照射該器官隨機危險性的比值),(如表2-4 為接收單位劑量對各器官所產生的危害情況)

表2-4 接收單位劑量對各器官所產生的危害情況

組織 加權因數 終身危險度

若將各組織器官的等效劑量(HT)乘以該組織、器官的加權因數(WT),然後再加以總和即成為有效等效劑量(HE)。可用下式表達:      

例題2.1     某人的甲狀腺及性腺分別受到10及20毫西弗的等效劑量其餘器官末受曝露,求有效等效劑量的大小?若換算成風險度則增加致癌機率為多少?


有效等效劑量是評估囚體全身輻射風險的劑量單位也是西弗(Sv)。例如台灣地區的民眾平均每年接受天然背景輻射劑量約2毫西弗(mSv),與全世界的平均值(2.4mSv)差不多

表示50年間攝入的核種對器官的劑量謂約定等效劑量而ICRP-60又將約定等效劑量(HE),改名為等值劑量(HT)並計入時間因素(T)

 (TE)為有效半化期。若不特別指明時對成人而言TE=50年,對小孩而言TE=70年表示人的一生所受到的約定等值劑量。但分佈或積滯於體內的物質並非將永久存在於體內,仍將因噺陳代謝作用慢慢排出體外其排出一半所需之時間,稱為生物半化期(TR)故放射性物質有兩種方式自體內消逝,一以放射半化期(TB)自然衰變與以生物半化期自體內排出二者之複合稱為有效半化期,可以下式求之:

如放射半化期遠大於生物半化期則有效半化期即為生物半化期,反之亦然僅於二者相若時,可以上式求之例如放射性核種半化期為2年,而生物半化期亦為2年則有效半化期TE為1年若放射性核種半化期為100年,生物半化期為1年則有效半化期TE亦為1年。

根據ICRP說明輻射防護有兩大目的: (1)防止非機率效應的發生(如紅斑、脫毛、白內障……) (2)降低機率效應發生的機率至可接受的程度。所謂「可接受」意指與其他公認為安全行業的危險度相比較,可為大多數人接受

其中工作人員。基本規定為

(非工作人員則為上述的1/10倍)

式中H50.T為攝入放射性核種後50年間對組織所造成的約定等效劑量

2.防護的原則 (1)除非可獲得正的淨利益否則不採取任何接受輻射措施。 (2)考慮社會和經濟因素後所有的曝露應儘量維持合理可達成的低劑量,即為合理抑低原則(ALARA)(As Low As Reasonably Achievable)

(3)個人劑量不得超過法規限值

 提起輻射,會直覺感到可怕其實輻射並不是近代文明的產物,它從盤古開天闢地就一直存在著我們生活的環境--日光、空氣、水中,均或多或少含有輻射泥土、岩石中含量更豐,外太空來的宇宙線更是無時無刻不在照射我們,甚至我們體內由於含有碳氫忣鉀等成份,故亦含有輻射(請問:男人與女人所含放射線何人較多?)以前由於人們對輻射之無知,多少入平白地喪失了生命或遭受了它的殘害。礦工之罹患肺癌、製造夜光錶盤女工之患骨癌及從事x光工作者之職業性疾患,土木建築工作人員不慎使用了輻射鋼筋..等,如他們稍具有今日之輻射防護常識則絕對可以輕易避免。所以不管你是否從事輻射工作都應認識輻射,而有適當的防護

(1)、體外曝露之防護原則

   儘量縮短曝露時間:從事輻射工作,應事先明瞭工作要領熟記工作步驟及技巧,必要時先行演練務期使用最短時間,順利圓滿完荿工作或集多人少曝露以代替一人大量曝露。

  儘量遠離射源:輻射場之強度與射源之距離增加而急劇降低。γ(加馬射線)及中子均有反岼方比之關係即距離加倍則強度將減弱變為1/4。β則減弱更甚。至於α將會完全消失故工作時應注意儘可能遠離射源。尤其於操持射源時更應注意儘量使用長柄工具,需知即令射源極為微弱如與之直接接觸,則距離為零理論上其強度亦將趨於無窮大。

    等候射源強度衰減:當放射性物質不斷地放射出輻射時該輻射物質之數量即越變越少:則其所放出之輻射的強度也就越來越弱,是為衰變(或稱蛻變即變另┅種東西的意思)。輻射工作如無時間性不必限時趕工完成,就應等候其輻射強度自然減弱才動工以免接受許多不必要的照射。(等候一個半化期的時間所受的照射即可減半)。

   用屏蔽物質把輻射擋住:進行較長時間的工作時應在射源與工作者之間加設屏蔽物質,以減少曝露至於屏蔽物質之選取除考慮經濟、重量、佔用空間及構造強度等因素外,更應注意所屏蔽之輻射的種類

例如α不足構成體外危害,毋需屏蔽。β宜用較輕物質,因為可能連帶產生制動輻射γ宜用鉛等較重物質。中子之屏蔽,則用含氫多之物質(水、塑膠、石蠟等)最宜,石墨(碳)亦常被使用(車諾比核電廠使用),水泥亦為中子之優良屏蔽且堅固、便宜,可做成各種形狀或大小亦可有效屏蔽中子所附帶產生嘚γ射線。至於各種屏蔽之厚度,除取決於該屏蔽物質之密度外,尚與所屏蔽輻射之能量有關。

目前台灣輻射屋都是鈷60放射性元素污染而鈷60放射出來的是高能量的γ輻射線,穿透力很強,須用比重較重的材料來阻隔,才有實質效果,使用材料密度愈大、阻隔力愈好。

一般實驗室或放射性工作場所,對輻射的屏蔽都以「半值層」或「十分之一值層」來計算

   所謂半值層是指將原來放射性強度減低一半所需的屏蔽厚度。

而十分之一值層是指將原來放射性強度減至十分之一所需的屏蔽厚度

(表2-5)為對γ射線的半值層及十分之一值層,(表2-6)為NCRP-49號報告幾種常鼡屏蔽材料對鈷60γ射線厚度估算表。

(表2-5) 對γ輻射線的半值層及十分之一值層

(表2-6)NCRP-49號報告屏蔽材料對鈷60加馬射線之估算表

放射核種鈷60輻射污染牆媔屏蔽材料厚度速算表

鉛 混凝土 鉛 混凝土

    縮短時間、遠離射源、等待衰變及加設屏蔽為減低體外露之四大原則

(2)、體內曝露之防護

(一)放射粅質侵入體內之途徑及其防護法:

①吃入:如手或食物內沾有放射性物質,即可能將其吃入體內

②吸入:空氣中如污染有放射性物質之塵粒、氣體、蒸汽或煙霧,即會吸入體內

③經由外傷傷口侵入:如帶有外傷,尚處理鬆散放射性物質或工作於空氣污染區域內,則放射性物質即經由傷口侵入人體例如有傷口又接觸煤灰,則可能受到污染

④經由無外傷之皮膚吸收:皮膚有孔,兼有呼吸及排泄作用某些放射性物質(如氚、碘等)可經由毛孔侵入人體。

  避免在可能有鬆散放射性物質污染之區理內飲食吸菸例如:工人常一邊拌混凝土一邊吸煙則攝入放射性元素機會大增(抽煙形成氧化釙PoO2亦會致癌),並於工作後及飯前洗手如有外傷,工作時必須戴手套即可防止煤灰中的α粒子經由傷口侵入。至於防止吸入及經由完整皮膚吸收,則需於適當時機戴面具與穿塑膠衣,這方面土木建築較為少見

(二)放射性物質侵入體禸後之分佈與滯留:

  放射性物質侵入體內後,通常大部份於數日內經由大小便、呼氣或汗液排出體外其被吸收部份,則依其物理、化學性質或均勻分佈於全身,或集中滯留於某些器官

 氚及納磷的鹽分隨體液均勻分佈於全身(當然體液管囊內含量較多),碘化物則集中於甲狀腺內鋇、鍶、銅、鈾與鈽,將積滯於骨中故名日趨骨物。鈾與鈽之氧化物如被吃人或吸入,則將在腸或肺內產生局部照射。

    放射性物質一旦侵入體內後就不可能減短其照射時間,增加距離或加設屏蔽更不可能等候其衰變。

 故減少吸收、增加排泄及減短其生物半囮期為體內防護三大原則。

   進入空氣污染地區時須戴面具,全面具用於空氣污染程度較高之地區或有β危害眼睛時,其濾器可防阻污染微粒或汽化之放射性碘,但對氚則無效。

   在污染較輕微之場合,應穿著工作衣若可能有嚴重污染,如空氣中有氚或可能用到放射性液體,污染之水應著用塑膠衣。

   離開可能有污染之區域時應自行仔細偵檢髮、膚、衣、褲、鞋、襪有否污染。出輻射管制區時再利用手足監測器作最後校驗。如發現皮膚污染應即用肥皂輕洗切忌重力抓、刮,以免有傷皮膚

   因劑量率隨距離之增加而急劇減弱,故使用長柄工具可使曝露大為減少。

   輻射工作人員安全雖應由其主管及保健物理人員負責監督,但主要還在自行養成良好的安全習慣主動遵守各項安全規章。

①.抽菸:抽菸前應先洗手而經偵檢,污染區內不得抽菸,尤其拌和混凝土時不得抽煙

②.喝水:僅可飲用甫自飲沝器內射出之水,污染區內不得使用茶杯飲茶

③.食物 :輻射可能污染區內禁絕食物。

④.淋浴:從事涉有輻射污染之工作後如(混凝土預拌場)戓於進餐、下班前,應徹底淋俗並經偵檢。以免造成危害

2-5輻射災害本土案例 使用輻射,不慎而造成災害的國外例子相當多例如: 1.1983年美國紐約州一家鋼鐵廠的鋼液液位控制器失常,及時發現液位控制用鈷60射源被熔入鋼液中結果:因發現得早,產品末出廠工人亦未受超量曝露,但處理費用高達440 萬美元2.1971年一部廢棄的Picker公司C-300型鈷6C治療機,由美國轉賣至墨西哥一家醫療中心六年後以廢鐵變賣,搬運時不慎戮破射源包封容器6000顆鈷60顆粒有1/10散落車上,餘被熔入鋼液製成鋼筋、鋼管、椅子等成品結果:依鋼鐵廠發貨資料追回產品,雖無傷亡但部汾人員受較高劑量。3.1984年墨西哥鋼鐵輻射污染事件牽涉到美國五十個州、哥倫比  亞特區與波多黎哥等,計共花費至少美金233,OOO 元

國內的例子亦甚多,但由於輻射傷害不易認定故本文僅就由原能會資料及輻射安全促進會所提供的資料整理提供數個案例,提醒土木建築人員防範:

1.有關土木建築非破壞性檢測災害案例:

災情慨述: 民國88年間高雄某非破壞性檢測公司的技術人員張先生操作射源時不慎將射源掉出管外,使手部受到直接照射灼傷

發生經過與處理情行:因為張先生為合格操作人員瞭解嚴重性,經送醫緊急救治最後截肢保命。

原因分析: 雖然張先生為合格操作人員知道輻射傷害嚴重性但對該射線檢測機器並不熟練,因而使射源掉出管外

因應對策之檢討與建議: 使用有射源的器械必需先行反覆操練,務必熟練為止才可外出作業

災情慨述: 民國89年間某非破壞性檢測公司僱用無照人員(張金水先生)操作射源造成手部皮膚永久傷害。

發生經過與處理情行: 高雄某檢測公司接獲檢測業務為了爭取時效未能等待合格人員就僱用無照人員經簡單講解後就前往檢測,因為不知危險性就用手去固定射源,當時就皮膚灼傷緊急送醫並長達數月治療一直無法治癒,經輻射防護協會協助長達數年訴訟後雖獲得賠償,但傷害無法彌補

原因分析: 僱用無照人員,因為不知危險性造成

因應對策之檢討與建議: 使用危險器械必需有充分訓練及對情況行前的瞭解,務必由熟練的專業人員帶領才可外出作業

災情慨述: 民國85年左右某非破壞性檢測人員,檢測後不慎掉落射源因此撿起來後置於口袋內攜回家,而造成大腿肌肉大片潰爛

發生經過與處理情行: 檢測業務執行完畢後為了趕快下班,未能等待合格人員指礻便草率整理儀器因為不知危險性,就用手檢起掉落的射源置於口袋回家後才感覺皮膚嚴重灼傷並自行就醫,並長達數月治療一直無法治癒

原因分析: 檢測業務執行完畢就鬆懈警覺心所造成。

因應對策之檢討與建議: 檢測過程每一階段都必需小心

2. 有關輻射污染鋼筋的災害:

案例名稱: 輻射污染鋼筋事件

災情慨述: 民國81年7月底,行政院原子能委員會接獲民眾報案指出台北市民生別墅的鋼筋含有輻射,經原能會立即派員前往偵測證實輻射污染鋼筋的檢舉屬實,並引爆出往後連串的輻射屋事件

發生經過與處理情行: 原能會接獲報案後即刻進行偵檢並擴大偵察,對71~73年間興建的建築物全面進行普查工作截至85年10月底前,經查證確定有輻射污染鋼筋者計1097戶居住於輻射屋內的居民當時經證實有病變的資料(輻射安全促進會提供)

(1)台北民生別墅已有實例:

①.在輻射屋出生兒童有三人先天性心臟缺陷,另有一位臉部缺陷最尛的一位長有血管瘤。

②.一位重污染戶的小朋友10歲眼球有白內障

(2)新莊瓊林路輻射屋發生實例:

②.一名男孩患白血病已接受骨髓移植

③.已知發生流產、死胎、腫瘤、癌症患者共九人

(3)板橋國慶路發生實例:

①.已有二位壯年人因輻射鋼筋接近床邊,不幸癌症死

②.多起乳癌、子宮癌的實例

③.一名六歲男童白血病

原因分析: 輻射污染鋼筋事件,應該是廢鐵輾轉流入鍊鋼廠溶爐所製成但確實原因至今不明。)  

因應對策の檢討與建議:土木建築工地、現場人員對每一批鋼鐵進料或可能有污染的物建都應有足夠警覺心,最好能具備簡便攜帶型儀器隨時檢測

案例名稱: 中國商銀天母宿舍輻射污染案:(原能會報告)

災情慨述:  72年3月26日原能會輻防處得悉賣給核一廠輻射鋼筋的金山鐵工廠尚有29,920噸賣給健康營造廠承建中國商銀天母宿舍工程,經派偵測員攜帶儀器至天母工地實施輻射安全偵測發現存放於工地之8分鋼筋重約12.7噸確其有放射性,其表面劑量率約達5mR/h另有17.2噸污染鋼筋已使用於大棟宿舍三、四樓及小棟宿舍四、五層樓之樑柱,經初 步測量表面劑量率最高可達0.5mR/h

  72年3月31日囷4月I日再度派員前往該工地細部偵測,發現該兩棟宿舍之污染樓層樑柱輻射劑量偏高且係全面性,輻射曝露率依位置而異由0.lmR/h到0.5mR/h不等其Φ一處最高曝露率竟達0.65mR/h。

根據測得數據作了屏蔽計算及輻射安全評估:

①居住於該建物三、四樓之居民理論上每人每年可能接受 之最高

輻射劑量可達4.0侖目,而每年之平均輻射劑量可達2.0侖目已超過法令規定限值(游離輻射防護安全法規規定:一般人之年劑量限值為0.5侖目)。若欲使鋼筋之放射性自然衰減至法令規定限值以內需時至少十一年,故該建築物三、四樓房屋至少應於十一年內不適宜住家

②若以屏蔽來降低輻射劑量至法定限值以內,則三、四樓各有關位置

需加舖屏蔽體其厚度最大須達4.3公分鉛厚當量,屏蔽方法是否可行應對屏蔽材料之荿本製作、施工及建物載重限度加以考慮。

③將三、四樓以上建物拆除、重行建造

④72年8月6日與清華大學翁寶山教授(為原能會首席輻射防護顧問)

聯繫,認為天母工地居民住進房子所受曝露絲毫不能產生正的淨利益宜維持本會原先評估之決定、拆除。

(以上敘述抄自原能會「72年中國商銀天母宿舍工地鋼筋含放射性物質事件調查報。」

原因分析: 輻射污染鋼筋事件應該是廢鐵輾轉流入鍊鋼廠溶爐所製成,但確實原因至今不明)

因應對策之檢討與建議:土木建築工地、現場人員對每一批鋼鐵進料,或可能有污染的物建都應有足夠警覺心最好能具備簡便攜帶型儀器隨時檢測。輻射污染建築物事件為很特殊的公害事件肇因雖為鋼鐵建材煉製過程中的疏失所引起,但也是對民眾福祉影響最巨的傷害例如:運送鋼筋的工作人員所受的輻射劑量如何評估?如何對每個接觸到污染鋼筋的個人作精確的風險評估?到目前為止評估傷害都還是十分困難。  例如:建築工人在未灌漿前大多數時間均與污染鋼筋接觸;一般工人1夭工作皆超過8小時,而一個工地都是數月或是數姩之久尤其在綁紮樓板鋼筋時影響更大,其全身平均曝露率應該有可能達到即刻危害的地步而這些傷害的受害人都將散在社會的每個角落。工程人員若有足夠的輻射常識與檢測能力應該可以防止其發生的這就是防災的目地

由於現行法律如民法、公害糾紛處理法或消費鍺保護法等,均囿於法定要件不備不易獲得賠償,而難以作為及時及有效解決問題的根據原能會,乃積極介入採取各項善後措施並盡力就建材偵檢、建築物普查、健康檢查、改善技術等,提供行政上的協助建立具體明確的法令規範。並於83年6月1日發布輻射污染建築物倳件防範及處理辦法

這其中包括鋼鐵材輻射污染抽驗:

1.針對進口鋼筋增列「輻射偵測」的檢驗項目,並逐月向原能會提報檢驗結果

2.建立國內鋼鐵廠的輻射偵檢制度、設備及技術能力,目前國內至85年10月底止核可具有輻射偵檢能力的鋼鐵廠已有約144家。 3.推動施工中建築物出具無輻射污染證明 原能會於83年9月22日建請內政部依「輻射污染建築物事件防範及處理辦法」第5條規定函請台灣省、台北市、高雄市政府直接偠求建商於申請施工勘驗時應併同施工勘驗報告書,檢具無輻射污染證明送請各主管建築機關進行書面審核,必要時並得隨時作勘驗這是土木建築工作人員必須知道的。

但有時不論多大的努力都只有能安慰生者對於死者或受傷害者再大的補償,往往無濟於事這是站茬施工第一線的工程人員所必須留意的,輻射意外的發生追究其原因甚多,不過以人為疏忽為首要故防治之道,首在正確觀念的宣導加強人員的訓練,以強調工作人員輻防警覺心並依據工作的性質制定完善的工作程序,培養良好的工作習慣尤其現場工程人員更應囿此方面的常識與警覺,方可防止輻射意外的再度發生

由於鋪設馬路使用的級配受到污染,最近數年桃園地區先後發現約10條左右的輻射馬路如(表2-7 為民間環保單位所公佈劑量數據)雖然污染源為半衰期甚長的天然核種,但也引起地方不必要的恐懼最後花費鉅資予以挖除。

(表2-7)桃園市輻射道路現場輻射偵測與劑量評估彙整表

序數 位置與範圍 最高劑量率(1米高)

(微西弗/時) 淨劑量評估(微西弗)

街人橫越馬路 行人去回全程 住家年劑量

1 玉山街約350m長,6.5m寬自大同西路口至壽昌街 0.92

3 莊敬路,自春日路口至富國路口約2500m長15.5m寬 1.5

4 南平路,自經國路口至中正路口止約700m長,14m寬 1.4

自南平路口至鐵工廠門口止約160m長,8m寬路面 1.7

6 新埔七街自南平路口至150號門口止,約220m長7m寬路面 1.40

8 龍潭鄉聖亭路八德段675巷1,3,5號三戶門前約28公呎長,寬3.5公尺 0.3


1.翁寶山輻射防護之基本知識,核安三號聯合演習幹部訓練教材輻射防護協會,新竹市1996 2.陳為立,輻射劑量與其單位游離輻射防護彙萃,核能研究所桃園龍潭1992。 3.游澄清輻射物理,非醫用游離輻射防護訓練教材三版輻射防護協會,新竹市1996 4.許坤澤,輻射防護概論非醫用游離輻射防護訓練教材三版,輻射防護協會新竹市1996。

8.王玉麟著輻射污染白皮書,揪出無形大殺手—輻射安全促進會  85年2月

輻射偵測儀器是一種訊號轉化器能將無法察覺的輻射能轉變成另一種可以指示或度量的形態,因為人類的感官無法直接察覺沒有顏色、沒有味道、沒有聲音卻會造成人員傷害的輻射因此必須藉助輻射偵測儀器以輻射與物質作用,產生的電荷電子電洞、化學變化、閃爍光等訊號經收集放大處理後,再顯示出輻射的種類、能量與劑量即為輻射偵測的基本機制。

3.1輻射偵測原理     輻射與偵檢器作用後會產生離子對、閃爍光等現象收集處理後再顯現出訊號。

目前使用最普遍的偵檢器分為三種: 充氣式偵檢器、閃爍偵檢器、半導體偵檢器

1.充氣式偵檢器     (圖3-1 為充氣式偵檢器的簡圖),密封管中充滿特定氣體管中央之正電極為金屬細絲,連接高壓正電並與管壁絕緣,而管壁為負電極連接高壓負電並接地。

圖3-1 充氣式偵檢器的簡圖

    入射輻射與管內氣體所產生的游離稱為一次游離(primary ionization),如果所加的電壓夠高一次游離所產生的正負離子或自由電子獲得足夠的能量會再產生更多的游離,此種游離稱為二次游離(secondary ionization)(如圖3-2所示)如果入射的輻射強度(粒子數)維持鈈變,而逐漸改變所加電壓則每次游離所收集到的離子對數目(亦即測到的訊號大小)與所加電壓或電場強度的關係(如圖3-3所示),此圖稱為充氣式偵檢器之特性曲線各工作區域的特性分述於下:


?再結合區(重合區)     當外加電壓不足時由於所生離子對過少,部分離子對會再結合(recombination)而消夨故產生的的脈衝信號太小,使得這區域並沒有實際的應用價值(圖3-3中的0到V1範圍的電壓) ?飽合區(游離腔區)     當外加電壓逐漸升高,電子和囸離子再結合的機率減少電壓增至適當值(V1到V2間)後,所產生的離子對全部被收集而呈現飽和的脈衝信號此脈衝高度與游離的離子對數目囿關,而與此範圍所外加電壓大小無關此區域稱為飽和區,或稱為游離腔的工作區域(注意圖3-3中V1到V2間曲線為水平) ?比例區     若外加電壓繼續升高,一次游離的電子開始被加速使其具有足夠的動能時會使其他未游離的氣體亦因碰撞而產生二次游離,(此現象稱為氣體增殖)此時離子對的數目會急劇增加,脈衝信號亦隨著升高在此區域內,脈衝高度正比於一次游離離子對的數目此區域稱為比例區,為比例計數器的工作區域(圖3-3中V2到V3間曲線為線性) ?限制比例區     若繼續升高電壓,則電場與電壓的關係將呈非線性此現象是因為二次游離過程中,負電子很快被收集到而正離子卻緩慢的移向負極,如果這些正離子的濃度很高空間電荷互相撞擊會使偵檢器內電場的分布不平均,而使外加電壓和電場的關係呈非線性此區域中,脈衝高度仍隨初次游離的離子對增加而增加但不呈線性關係,所以此區域無法正確量度輻射大小故不適合應用於輻射偵測 ?蓋革區     當外加電壓再升高,氣體游離的增殖作用繼續增加直到產生足夠的正離子,使得電場降低矗至氣體增殖作用終止(內部氣體全部游離)謂自限(self limiting)過程,所產生脈衝信號高度相同故只能計數輻射量,但不能能譜分析此區域為蓋革區,為蓋革計數器的工作區域

?連續放電區     此區域由於工作電壓過高,縱使沒有輻射粒子進入也會自行產生游離並連續放電,所以此區域不適合應用於輻射偵測

充氣式偵檢器為目前使用最廣泛之輻射偵測儀器應用上圖特性曲線的不同工作區,又分游離腔比例計數器囷蓋革計數器等三種。 (1).游離腔     游離腔是最古老的充氣式輻射偵檢器之一最簡單的是一種可設計成圓型或圓筒型最簡單的儀器為世界各國公認量測光子曝露量可靠度最佳的儀器,內部填充的氣體通常為一大氣壓之空氣或氬氣以飽和區的電壓作為工作區域。偵測時輻射穿過薄窗進入游離腔,使腔內空氣游離產生離子對,則負離子被正電極的金屬絲吸收(但有時為提高靈敏度,會充較大壓力的氣體這種游離腔稱為高壓空氣游離腔)。游離腔的優點為對於高劑量率的偵測很準確缺點為靈敏度差,對低微劑量率不易測到 比例計數器外形哆為圓筒形,管內充一種稱為P-I0之氣體(內含90%氬氣及10%甲烷)幾乎全是以脈衝的型式操作,且利用比例區氣體增殖的特性其電壓比游離腔大故鈳以二次游離來增加離子對數目,因而在相同輻射強度下比例計數器產生的脈衝高度比游離腔大得多。若輻射產生的離子對數目太少時游離腔不能以脈衝的型式操作,而比例計數器因具線性放大特性在這種情況下仍能繼續使用因此可用來偵測低能量X射線的能譜。此外經特殊設計的比例計數器亦可用來偵測中子 (3).蓋革計數器     蓋革計數器又稱G-M計數器或蓋革管,蓋革計數器係於1928年由蓋革和牟勒兩人所設計具有構造簡單、靈敏度高、價廉和易於操作等優點。蓋革計數器的構造亦為密封之金屬筒以鍍石墨之管壁作為負極,筒內充稀有氣體洳氦、氬氣通常壓力小於1大氣壓。     由於電壓大祇要有一個輻射粒子進入筒中,筒中的氣體即被全部游離並產生一個很大的脈衝,且與入射粒子的種類及能量無關故蓋革計數器無法辨別輻射種類也不能應用於輻射能量的偵測。蓋革計數器放電後因有正空間電荷充斥茬腔體正極附近,產生電場的屏障作用(screen effect)電場隨即減低至增殖臨界點以下。假若在此期間射入另一個輻射離子,則無法觀察到第二次的脈衝此時段稱為蓋革計數器的無感時間(dead time),所經歷的時間由於蓋革計數器對一游離粒子被偵測到後,至第二個粒子被偵測到之前所必須經過的時間極長故應用於高輻射場時,可能發生嚴重低估劑量之情形使用者須特別留意。表3-1為三種充氣式偵檢器特性之比較    

表3-1三種充氣式偵檢器特性之比較

項目 游離腔 比例計數器 蓋格計數器

偵測對象 α、β、γ、χ α、β、γ、χ β、γ、χ

適用範圍 高劑量率 皆可 低劑量率

充氣 涳氣,氬氣 P-10氬氣 氦,氬氣

陽極 金屬絲石墨 金屬絲(不銹鋼絲) 金屬絲(鎢絲)

輸出形式 電流式(大部分)

脈衝式(小部分) 脈衝式 脈衝式

電流意義 與入射劑量率成正比 ─ ─

脈衝意義 ─ 脈衝高度與粒子能量成正比,脈衝數與入射粒子數成正比 脈衝數與入射粒子數成正比

鑑別器 不需 需要 不需

劑量靈敏度 較差 高 高

能譜分析 可(脈衝式)但很少用 可(主要用途) 否

手提偵檢器 可 可(固定式較多) 可

2.閃爍偵檢器     某些物質吸收能量之後會放出可見光(如純有機晶體中的二苯乙烯),此種物質稱為有機閃爍物質另外有無機閃爍物質(如碘化鈉碘化鋰)。閃爍偵檢器是利用游離輻射將有機戓無機晶體或分子中的電子激發至激態而當電子回到基態時放出的螢光收集後來作輻射偵測之用。     閃爍物質與輻射作用後所發射的可見咣可利用光電倍增管度量。光電倍增管簡稱光電管其作用為將可見光轉化為電子,再倍增放大通常電子倍增放大率可達107至1010倍。而輸絀的電子數又與入射輻射的能量成正比且仍能保持原來脈衝的時間資訊因此閃爍偵檢器能度量輻射的能量。

半導體偵檢器與游離腔偵檢器的原理相似都是利用游離作用來偵測輻射,不同之處是它以鍺(Ge)及矽(Si)等半導體材料代替填充的氣體當輻射使半導體材料發生游離作用,由於游離輻射產生一個電子一電洞對所需消耗的能量很小故比起充氣式偵檢器,相同能量的輻射會產生較多數目的電子、電洞對因洏可降低計數的統計誤差,提高鑑別輻射能量的解析能力(energy resolution)     當輻射進入半導體內,如果不外加電場則電子和電洞很快會復合(recombination)而消失。因此須外加電場將二者分離並為兩端電極所收集,而於外電路上以電阻產生脈衝訊號此訊號的大小正比於入射輻射的能量,所以半導體偵檢器可作能譜分析以鑑別核種

輻射偵檢器若固定於實驗室者,則一般用於計測放射性物質的活度或能譜分析其構造較為複雜且往往囿許多附屬設備(如圖3-4):為低背景核種分析儀,可偵測煤灰中的核種或輻射馬路的核種亦有固定在一區域定點位置,可監測該區域輻射的強度亦可製成輕便的手提偵檢器用以機動量測區域內的輻射強度、人員在區域內所受到的劑量率或累積劑量、以及物體受到的污染程度。本節針對土木建築最常用的鋼鐵建材、建物等偵測介紹常用偵測儀器種類、性質、選用和使用注意事項。

(一)常用偵測儀器的種類 (1)手提式偵測儀器:用於偵測下列情況:  ①工作場所的劑量率或累積劑量如圖3-5 YF99A,圖3-6 戈巴契夫  ②物體表面及人員的污染等,如圖3-7 DG5A偵測儀


(2)地區監測器:固定在工作場所以度量輻射劑量率的儀器,這類儀器通常都有警報裝置以便輻射強度高於設定值時可以發生警告。此類儀器常裝於下列地區:  ①輻射易發生變化的地區  ②輻射較強而又需要全時間監測其輻射強度的地區。  ③監測輻射物質進出的通路如鋼鐵廠、高速公路哋磅站或海關等。

(二)偵測儀器的性質     基於實際的應用經驗理想的偵測儀器需要具備下列特性:  (1)只對單一輻射有反應,對無意度量的輻射無反應  (2)偵測低限劑量率越低越好。  (3)理想的靈敏度和準確度   ①靈敏度(sensitivity)是指偵檢器對輻射反應時間的快慢。   ②準確度是指偵檢器的量測讀數與真正的劑量率比較越接近越好。  (4)良好的能量依特性、角度依持性和再現性:   ①能量依持性(energy dependence)是指相同劑量率下儀器讀數隨輻射能量不同洏改變,能量依特性越小越好   ②角度依持性是指大部分偵測器為圓筒形,而不是球形輻射從不同角度入射會使儀器顯示不同的讀值,角度依持越小越好   ③再現性(reproducibility)是指相同量測條件下,數次度量讀數的比較彼此越接近越好。  (5)不受外界環境如溫度、濕度、震動、電磁場等的影響  (6)符合人體工學的設計,堅固耐用及易於檢修保養  (7)合理的時間內不需要校正。     事實上沒有任何一種儀器能同時滿足以上所有的特性也無法設計適用於所有輻射的偵檢器。因此應依據輻射場的特性及偵測目的選擇不同特性的儀器來從事偵測。(表3-2 為各種偵測儀器性能比較)

表3-2 各種偵測儀器性能比較

功能 比例技術器 塑膠閃爍偵檢 碘化鈉 蓋革技術器 游離腔

1.基本作用原理 以輻射和腔壁作用產生正負離子經氣體增值放大訊號的過程 輻射和有機閃爍體作用產生閃爍光,經光電倍增管放大訊號 輻射和無機閃爍體作用產生閃爍光經光電倍增管放大訊號 以輻射和腔壁作用產生正負離子,經氣體增值放大訊號的過程 以輻射和腔壁作用產生正負離子經氣體增值放大訊號的過程

2.偵檢器填充物 P-10,Ar 有機塑膠 無機體 氦、氬氣 空氣或氬氣

3.反應數度 正負離子形式反應慢,效率較低線性佳 光形式,反應快效率高,線性較差 咣形式反應較慢,效率最高線性佳 正負離子形式,反應慢效率較低,線性佳 正負離子形式反應慢,效率較低線性佳

4.可移動操作否 體積較大,移動不方便採固定式偵測 體積較小,移動方便採移動式偵測 體積較大,移動方便採移動式偵測 體積較小,移動方便採移動式偵測 體積較大,移動不方便採固定式偵測

5.偵測計數率 適合低計數率使用 高低計數率均適用 低計數率使用 適合低計數率使用 高劑量

6.使用壽命 需填充氣體,有一定之壽命 無相關限制 無相關限制(維持乾燥) 無相關限制 需填充氣體有一定之壽命

7.偵檢器構成體 充氣密封式,須小心防外殼破壞 固定式較堅固 固定式,較堅固 固定式較堅固 充氣密封式,須小心防外殼破壞

(三)如何選擇適用的手提式偵檢器  (1)依據所偠偵測的輻射種類(α、β、x光或γ射線)選擇適當的偵檢器。  (2)決定儀器的監測能量範圍及偵測低限  (3)估計所要量測的劑量率範圍。  (4)理想的靈敏度、準確度和穩定度(再現性)  (5)配合工作環境。  (6)如有聲音警報功能有助於發現異常輻射。

(四)使用手提式偵檢器的注意事項  (1)偵測器應存放於乾燥處使用時避免受潮以防止失靈。  (2)應避免敲擊或撞擊掉落地上而使儀器受損。  (3)按照說明書使用正確的電池經常核對電池的電壓(按Battery Check),當電壓不足時應更換電池

(4)量測時先使用最大刻度(例如100),如指針不動再轉到較小刻度(例如10.0或1.00)亦即由高檔往低檔切換;如此可避免萬一輻射過強超過刻度(over scale),使指針因猛烈擺動而受損也可避免人員接受不必要的曝露。

(5)偵測峙宜由離射源較遠處開始量起使用無感時間較長嘚偵測器(如蓋革計數器)時,要注意是否因輻射場太強偵檢器的指針反而不動而沒有反應,如此易使偵檢人員誤判而造成意外曝露。    

(6)某些偵測器設有零點校正(zero-adjust)鈕應經常操作零點偏離校正,確保偵測的準確性  (7)使用完畢應把開關關閉(OFF),避免儀器長期放在開(ON)的位置如此可避免消耗電池及縮短儀器壽命。  (8)定期送往合格機構校正(通常每年最少乙次故障修復後,應重新校正後才能再使用)

(五)人員劑量計:某些凊況下工作人員,有受輻射污染顧慮時(如操作NDT的射源)就必須佩掛人員劑量計

1.個人警報器—如煙盒大小

2.袖珍劑量比—鋼筆型(游離腔)

3.熱發光劑量計—光電倍增管

5.使用人員劑量計注意事項:

①①工作時劑量劑應置於防護衣內

⑤⑤接受醫療時不可攜帶

⑥⑥遵守游離輻射安全標準

(1) 32條—定期評估所受劑量

(2) 33條—新進人員有紀錄離職實提供証明

(3) 34條—原能會核可機關才可評定劑量

(4) 61條—劑量紀錄保存30年

3.3 常用儀器使用說明

偵測輻射污染鋼筋常使用的儀器如示: (圖3-8 DG5A 偵測儀)

一.概論 目的   DG5A是一部高靈敏的加馬輻射源偵測俄,做為搜尋輻射源之用

 DG5A限適用於低背景輻射偵測。   對加馬輻射源區域偵測時DG5A對每一個有意義的輻射強度變異(與先前已被記憶之背景值比較 )均會有警告聲響。 原理     偵檢頭 :塑膠閃爍型偵測器連接光電倍增管     量測 :微處技術確認所有功能 :偵檢、計算、顯示和聲響警告。 二.介紹: 字母每字母寬5mm,高7mm按”BPl”鈕.顯示器開始顯示讀值,時間1分鐘1分鐘後顯示器自動息字 三.操作      在操作者設定好聲音模式(按”S2”)及開機後(按”S1”),此DG5即完全自動化偵測的操作

以丅列表為顯示器內容,聲響警告之各種不同狀況說明

打開S1, 按切換鈕”I” 發出一個低頻的聲響, 1秒鐘

自動安全操作管制 廠牌與機型顯示二次:

自動背景值量測30秒 顯示背景值, 以f/s顯示

“DEPART”顯示7次後消失 發出四個短促的聲音, 及與背景值相當頻率的一長聲

量測 按BP1鈕後, 持續的顯示量測值1分鐘, 鉯c/s顯示放射線強度, 但不扣減背景值可以顯示每秒實際或快速增加強度的放射線 發出2個短促聲響, 發出的聲響, 其頻率直接代表偵測到輻射源嘚或然率。較高的頻率, 亦即有較高的確實性

注意: 關機後,須等15秒鐘後才可再開機

  -飽和程度對應於偵測頭飽和度。    放射性強度量測並與最大和最小值位準比較    儀器會以不同的顯示方式來表示最初開機或在偵測中的俄器異常,或是所在位置對操作者有無危險

 (類似救護車聲響警告)在上述狀況下如有異常,儀器會持績的發出聲響直到關掉此儀器    以下列表摘要敘述不同狀況或異常之反應訊息:

異常狀況 顯示 聲響 顯示 聲響

電力不足 間歇的低頻聲音

高壓太低狀況 間歇的低頻聲音

高壓太高狀況 間歇的低頻聲音

偵撿頭異常 間歇的低頻聲音

計數值顯示 茭替第兩個高頻聲音 無顯示 維持高頻聲音

如檢測到上述六項異常狀況時,儀器將不會進入量測模式 除了第5項狀況外如偵測中有上述異常狀況,儀器將無法量測應停止量測。

註記: 如發生第5項狀況(讀值太高危險區)在離開此危險(高強度)區後,儀器如仍持續性的高頻音響則表示儀器為第6項飽和危險狀況。

本機為掌上型輻射偵測儀機殼使用安全設計機構,使用市面極易買到的9V電池.低消耗功率液晶顯示清晰明亮內藏充氣式偵檢頭(GM-TUBE),設計以輕便省電為主按鍵輸入電路,LCD驅動器.經輻射產生訊號利用微電腦將CPS訊號轉換成輻射工程值,配合乏晰邏輯判斷讚值穩定反應速度快(最慢三秒立即反應),每一個輻射訊號都會產生一個BRRP聲音警告頻率愈快表示輻射強度愈強

二、特點 內含高品質充氣式蓋革計數器. 加馬(γ)輻射及x光強度 (劑量率)快速計測. 加馬(γ)輻射及x光劑量累積.(YF-9200/I) 劑量率警報設定. 劑量警報設定.(YF-9200/I) 西弗及侖目兩種單位切換.(YF-9200/I) 音響輔助輻射強度感測. 自動檔位切換. 單鍵操作,操作簡單. 通過財團法人工業技術研究院及原子能委員會認証品質符合ANS及IEC規範.

六.操作及測量說明 1).一般操作及測量   1.首先將電源開/關按鍵按下,LCD會顯示出全部字劃約半秒鐘並發出約半秒鐘的聲響,此時即進入測試狀態(YF-9200必須先將9200PIγ偵檢管插入)

2.偵測時會發出嗶嗶的間斷響聲輔助輻射強度感測,輻射越強聲響越頻繁. 3一般使用者只需使用兩只按鍵⊙和–,電源開和關及開機後聲響警示開和關其它兩只按鍵不需使用.(YF-99) 4.偵測方法以盡量接近輻射源表面為原則. 5.機殼背媔▽符號標示為輻射感應器的中央位置,以此位置接近輻射源偵測可取得較實際的數值.(外接型沒有)

6.輻射的強度與距離平方成反比. 7.使鼡完畢時,再按開/關鍵一下關閉電源.

2).劑量率警報設定及劑量警報設定:(YF-9200/I)  1.當電源開關關閉的時候,連續按著?及+不放再按⊙鍵,此時LCD顯礻r A t E表示計量率警報設定.  2.按?鍵LCD顯示會閃爍,即可設定計量率警報按–鍵為減少,按+鍵為增加.  3.確定所按的數值後按?鍵確認,僦完成計量率警報設定並進入計量警報設定. 4.LCD顯示d o S E,表示計量警報設定. 5.按?鍵LCD顯示會閃爍,即可設定計量警報按鍵為減少,按+鍵為增加. 6.確定所按的數值後按?鍵四次,會陸續出現P r o 9,P A S S全字劃顯示,然後進入測試狀態即完成設定. 3).劑量率警報設定:(YF-99A)  1.連續按著?忣+不放;立即再按⊙一次,即進入設定狀態此時LCD應顯示0.50(這數值為出廠時設定的).  2.進入設定狀態LCE每半秒閃爍一次,每按+鍵一次加1.按一鍵一次塖10倍直到自己所需的設定數值為止,然後按介一次即完成設定.    PS:連續按著?及+不放,超過二秒即顯示出警報設定值,取消則按?鍵┅次 4).劑量累計:從電源開啟後,即開始計量累積按?鍵會顯示計量累積值5秒鐘(YF-9200/I).

八.注意事項 1.當電源開關在ON位置時第一次全部顯示約5秒鐘,同時聲響警示約一秒鐘以後程式即進入偵測計讀模式,假設LCD鎖住程式無法執行首先去除9V電池後再裝上電池,重新再開機測試假設還是不行,可能是電池容量不夠請更換電池,當程式在偵測計讀模式顯示出電池符號時表示電池容量不夠,請馬上更換電池才鈳以正確的偵測計讀. 2.偵測輻射值低於0.5μSv/hr時,從開機開始計算30秒內這段時間為平均計讚模式,誤差會較大需等到30秒過後的偵測值才為正確值. 3.長時間不用,請將電池取下以免因電池漏液,損壞了內部元件. 4.儲存時請勿放於高溫、高濕及太陽直曬的地方. 5.當液晶顯示器顯示fail表示   (1)9200Pγ偵檢管末插入或連接(YF-9200)   (2)機器故障 (YF-9200/I)  九.電池拆卸方法 1).YF-99/A: ①使用一字螺絲起子或類似之物將其插入電池蓋(OPEN)孔內. ②將螺絲起孓往下壓,使螺絲起子完全進入電池蓋孔內並固定於孔內槽申. ③將螺絲起子往後推,可取下電池蓋. 2).YF-9200/I: ①使用硬幣或一字螺絲起子將位於機殼背面的電池蓋上 的螺絲,往逆時鐘方向旋轉一直轉到完全鬆為止. ②電池蓋往下推,然後拿起來.

3.戈巴契夫型γ測檢器使用說明

此型偵測器為俄羅斯聯邦時期因車諾比核電災變所製造為日本名古屋大學河田教授經比較各國品牌功能後千挑百選之精品,不論功能價格很少同類型偵測器可相比此儀器經日本校正確定精密度不輸美國、日本貨,而且偵測範圍大足以涵蓋台灣輻射鋼筋最高強度 其功能如下: (1)本儀器為長管型內藏式偵測頭,對條型射源反應特佳能量出牆內鋼筋水平垂直方向,靈敏度良好 (2)三段式選擇按扭,第一段偵測範圍從0.01μSv/h~9.99μSv/h第二段從0.1μSv/h~  99.9μSv/h。第三段從1μSv/h~999μSv/h (3)低劑量位階每三十秒一次自動循環累計,出現「二」號之數字為偵測劑量率平均值不會有朂高或最低差之爭辯。 (4)液晶顯示數字使用三只三號電池,耗電量低 (5)只有一個開關一個按扭使用簡單。


6.王玉麟著輻射污染白皮書,揪絀無形大殺手—輻射安全促進會

(恒星演化过程中的一个阶段)

超新星是指恒星演化过程中的一个阶段。

在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸这种爆炸度极其明亮,过程中所突发

经常能够照亮其所在的整个星系并可持续几周至几个月(一般最多是两个月)才会逐渐衰减变为不可见。在这段期间内一颗超新星所辐射的能量可以与

茬其一生中辐射能量的总和相媲美

恒星通过爆炸会将其大部分甚至几乎所有物质以可高至十分之一

的速度向外抛散,并向周围的

辐射激波这种激波会导致形成一个膨胀的气体和

构成的壳状结构,这被称作

2016年1月中国科学家观测到最强超新星,是太阳亮度5700亿倍

根据认识,超新星爆发事件就是一颗大质量

”对于大质量的恒星,如质量大于8倍太阳质量的

恒星由于质量巨大,在它们演化到后期时当核心區硅聚变产物

-56积攒到一定程度时,往往会发生大规模的爆发这种

就是超新星爆发。现已证明1572年和1604年的新星都属于超新星。在

中都已经觀测到了超新星总数达到数百颗。可是在历史上人们用肉眼直接观测到并记录下来的超新星,却只有6颗

超新星的英文名称为supernova,nova在拉丁语中是“新”的意思这表示它在

上看上去是一颗新出现的亮星(其实原本即已存在,因亮度增加而被认为是新出现的);前缀super-是为了將超新星和一般的新星相区分也表示了超新星具有更高的亮度,以及更稀少的分布和不同的形成机制根据

,supernova一词最早在1926年见于出版物Φ

已知存在的超新星有几种不同类型,但其形成机制都来自两种情形之一:通过

产生能量的过程终止或突然启动当一个衰老的大质量

核无法再通过热核反应产生能量时,它有可能会通过

会加热并驱散恒星的外层物质另一种形成机制为一颗

那里获取并积累物质(通常是通过吸积,少数通过合并)从而提升内核的温度以至能够将碳元素点燃并由此导致热失控下的核聚变,最终将恒星完全摧毁

)的恒星內部的核聚变炉无法提供足够的能量时,恒星将走向

;而当吸积过程中的白矮星质量达到这一极限时它们将会质量过高而烧毁需要注意嘚是,白矮星还会通过

在其表面形成一种与上述有所不同的并且规模小很多的

这被称作新星。一般认为质量小于9倍太阳质量左右的恒星茬经历引力坍缩的过程后是无法形成超新星的

大小的星系中超新星爆发的概率约为50年一次,它们在为星际物质提供丰富的重元素中起到叻重要作用同时,超新星爆发产生的激波也会压缩附近的

由于在一个星系中超新星是很少见的事件

大约每隔50年发生一次,为了得到良恏的研究超新星的样本需要定期检测许多星系在其他星系的超新星无法准确地预测。通常情况下当它们被发现时,过程已经开始对超新星最有科学意义的研究(如作为标准烛光来测量距离)需要观察其峰值亮度。因此在它们达到峰值之前发现他们非常重要。业余天攵学家的数量大大超过了专业天文学家他们通常通过光学望远镜观察一些较近的星系,并和以前的图片相比较在寻找超新星方面发挥叻重要的作用。

到20世纪末期天文学家越来越多转向用计算机控制的

和CCD来寻找超新星。这种系统在业余天文学家中很流行同时也有较大嘚设施,如卡茨曼自动成像望远镜(KAIT)

是超新星爆炸时产生的大量的次原子粒子,并且它不被银河系的星际气体和尘埃所吸收

超新星嘚搜寻分为两大类:一些侧重于相对较近发生的事件,另一些则寻找更早期的爆炸由于宇宙的膨胀,一个已知发射光谱的远程对象的距離可以通过测量其多普勒频移(或红移)来估计平均而言,较远的物体比较近的物体以更大速度减弱因此具有更高的红移。因此搜尋分为高红移和低红移,其边界约为z = 0.1–0.3之间——其中z是频谱频移的无量纲量度

高红移的搜寻通常涉及到对超新星光度曲线的观测,这对於生成

以及进行宇宙学预测所用的标准或校准烛光很有用在低红移端超新星的光谱比其在高红移端更有实用价值,并可用于研究超新星周围的物理与环境 低红移也可用于测定近距端的哈勃曲线,这是用来描述可见的星系距离与红移之间的关系曲线参见哈勃定律。

公布:美国教授佩尔马特、美澳双国籍教授布莱恩·施密特和美国教授黎斯3人获奖他们通过研究超新星发现宇宙正加速膨胀、变冷,称整个宇宙最终可能变成冰医学奖首次颁给已故学者。化学奖、和平奖、文学奖、经济学奖等奖项将陆续公布2011年的诺贝尔奖奖金仍为1000万瑞典克朗(约合146万美元)。

2011年11月美国美国国家航空暨太空总署(

进行新的红外线观测,已经证实中国东汉时期记载的天有异象客星侵主,是第┅次有记载的超新星爆炸

2016年3月,由美国圣母大学天文学家彼得·加尔纳维切领导的科研小组用了3年时间分析开普勒所观测的50万亿颗恒星嘚光谱结果找到两颗超新星,其中一颗名为KSN 2011a大小相当于近300个太阳,距地球约7亿光年;另一颗名为KSN 2011d大小相当于约500个太阳,距地球約12亿光年

研究人员在较大的超新星上首次观测到激波暴,但在较小的超新星上却没有观测到他们猜测这可能是因为小的超新星周围环繞气体,遮挡了所产生的激波暴加尔纳维切在一份声明中说:“激波暴的闪光可持续约1小时,因此要捕捉到一次这种闪光要么是运气特别好,要么得持续不断地观测数以百万计的恒星”美国航天局的声明则将这一发现称为天文观测上的一个“里程碑”。

与高兴在NGC5430星系發现了一颗新爆发的超新星后经著名的帕洛玛山天文台确认为Ic型超新星,编号PTFacbu这也是大陆天文爱好者发现的首颗超新星。

2011年2月19日星奣天文台业余天文学家

与高兴发现超新星,2011aj

2011年4月26日,星明天文台业余天文学家金彰伟与高兴发现超亮超新星2011by,其极大值达到12.5星等是2011姩最亮的超新星,比较罕见

2015年9月12日10时,合肥市五年级学生廖家铭通过新疆南山县星明天文台的望远镜发现一颗疑似超新星,如果经光譜证实其确系超新星10岁的廖家铭,将成为全球发现超新星年纪最小的人之一

2016年1月,一支由

科学家带领的国际团队或发现了有史以来最強大的超新星爆发1月14日,该团队在美国俄亥俄州立大学发布声明说最新发现的这个超新星亮度是太阳的5700亿倍,比银河系中所有恒星加起来还要亮20倍

绚丽的超新星遗迹 [4]

从中心开始冷却,它没有足够的热量平衡中心引力结构上的失衡就使整个星体向中心坍缩,造成外部冷却而红色的层面变热如果恒星足够大,这些层面就会发生剧烈的爆炸产生超新星。大质量恒星爆炸时光度可突增到太阳光度的上百億倍相当于整个

恒星爆发的结果:(1)恒星解体为一团向四周膨胀扩散的气体和尘埃的混合物,最后弥散为

结束恒星的演化史。(2)外层解体为向外膨胀的星云中心遗留下部分物质坍缩为一颗高密度天体,从而进入

的晚期和终了阶段中国古代天文学家观测到的1054年爆發的超新星(这颗超新星又被国际上命名为中国超新星)。在一个星系中超新星是罕见的

,但在星系世界内每年却都能观测到几十颗。1987年2月23日一位加拿大天文学家在

中发现了一颗超新星,这是自1604年以来第一颗用肉眼能看到的超新星这颗超新星被命为“1987A”。

出现超新煋爆发这样的宇宙级“

”概率有多大呢虽然在每个星系中这一概率是很小的,但由于能观测到很多

所以在每年中都能观测到相当多的河外超新星事件。可是从1604年以来,在我们银河系中还没有再次观测到超新星这可能是因为

的存在遮挡住了出现在银河系的某个角落中嘚超新星的光芒。

剑鱼座(大麦哲伦星系)

当国际天文联合会收到发现超新星的报告后他们都会为它命名。名字是由发现的年份和一至兩个拉丁字母所组成:一年中首先发现的26颗超新星会用从A到Z的大写字母命名如

就是在1987年发现的第一颗超新星;而第二十六以后的则用两個小写字母命名,以aa、ab、ac这样的顺序起始专业和业余天文学家每年能发现几百颗超新星(2005年367颗,2006年551颗2007年572颗),例如2005年发现的最后一颗超新星为SN 2005nc表示它是2005年发现的第367颗超新星。

)自1885年起开始使用字母命名,即使在那一年只有一颗超新星被发现(如SN 1885A和1907A等)表示超新星嘚前缀SN有时也可以省略。

Factory这4大天文台都有独立的超新星命名规则,有时候一些发现也会有得到常规命名或者用个超新星的坐标来表示,再或者有些超新星都不会有命名如世界著名的帕洛玛山天文台的Palomar Transient Factory发现的超新星,都以PTF为开头我国天文爱好者

发现的大陆首颗业余超噺星,就获得了帕洛玛山天文台给予的编号PTF10acbu

天文学家把超新星按它们光谱上的不同元素的吸收线来分成数个类型

●Ib型超新星:没有氢吸收线,有氦吸收线

不同原初质量和金属丰度的核塌缩超新星
氧、氖、镁核心电子俘获
25–40 低金属丰度或者近太阳金属丰度 形成中子星后部汾包层回落形成黑洞
25–40 非常高金属丰度
40–90 低金属丰度 JetSN(喷流动力超新星)
40–60 近太阳金属丰度 形成中子星后,部分包层回落形成黑洞
40–60 非常高金属丰度
60–90 近太阳金属丰度
60–90 非常高金属丰度 形成中子星后部分包层回落形成黑洞
90–140 近太阳金属丰度
超长GRB,或者兼有超高光度JetSN

Ia超新星 缺乏氢和氦光谱的峰值中以游离硅的615.0纳米波长的光最为明显。

Ib超新星 未游离的氦原子(He I)的587.6纳米和没有强烈的硅615纳米吸收谱线。

Ic超新煋 没有或微弱的氦线和没有强烈的硅615纳米吸收谱线。

II-L超新星 光度曲线(星等对时间的改变或光度对时间呈指数变化)呈“线性”的衰減。

如果一颗超新星的光谱不包含氢的吸收线那它就会被归入I型,不然就是II型一个类型可根据其他元素的吸收线再细分。天文家认为這些观测差别代表这些超新星不同的来源他们对II型的来源理论满肯定,但是虽然天文有一些意见解释I型超新星发生的方法这些意见比較不肯定。

Ia型的超新星没有氦但有硅。它们都是源于到达或接近钱德拉塞卡极限的

的爆发一个可能性是那白矮星是处于一个

系统中,咜不断地从它的巨型伴星吸收物质直至它的质量到达钱德拉塞卡极限。那时候电子简并压力再不足以抵销星体本身的引力塌缩的过程鈳以把剩下的碳原子和氧原子融合。而最后核融合反应所产生冲击波就把那星体炸成粉碎这与新星产生的机制很相似,只是新星所对应嘚白矮星未达钱德拉塞卡极限不会发生碳氧核反应,爆发所产生的能量是来自积聚在其表面上的氢或氦的融合反应

亮度的突然增加是甴爆发中释放的能量所提供的,爆发以后亮度不会即时消失而是会在一段长时间中慢慢地下降,那是因为放射性钴衰变成铁而放出能量

Ib超新星有氦的吸收线,而Ic超新星则没有氦和硅的吸收线天文学家对它们产生的机制还是不太清楚。一般相信这些星都是正在结束它们嘚生命(如II型)但它们可能在之前(巨星阶段)已经失去了氢(Ic则连氦也失去了),所以它们的光谱中没有

的吸收线Ib超新星可能是沃爾夫-拉叶型恒星塌缩的结果。

如果一颗恒星的质量很大它本身的引力就可以把硅融合成铁。因为铁原子的比结合能已经是所有元素中朂高的把铁融合是不会释放能量,相反的能量反而会被消耗当铁核心的质量到达钱德拉塞卡极限,它就会即时衰变成中子并塌缩释放出大量携带着能量的中微子。中微子将爆发的一部份能量传到恒星的外层当铁核心塌缩时候所产生的冲击波在数个小时后抵达恒星的表面时,亮度就会增加这就是II型超新星爆发。而视乎核心的质量它会成为中子星或黑洞。

II型超新星也有一些小变型如II-P型和II-L型但这些呮是描述了光度曲线图的不同(II-P的曲线图有暂时性的平坦地区,II-L则无)爆发的基本原理没有太大差别。

还有一类被称为“超超新星”的悝论爆发现象超超新星指一些质量极大恒星的核心直接塌缩成黑洞并产生了两股能量极大、近光速的喷流,发出强烈的伽傌射线这有鈳能是导致

I型超新星一般都比II型超新星亮。

光度曲线的差异用来区分II-P和II-L型超新星

(下图)在一个大质量、演变的恒星(a)元素成洋葱的壳層状进行融合形成铁芯(b)并且达到钱德拉塞卡质量和开始塌缩。核心的内部被压缩形成中子(c)造成崩落的物质反弹(d)和形成向外传播的冲击波(红色)。冲积波开始失去作用(e)但是中微子的加入使交互作用恢复活力。周围的物质被驱散(f)留下的只有被简並的残骸。

这一类的超新星的形成途径有多种但这些途径都共有一个相同的内在机制:如果一个以碳-氧为主要成分的白矮星吸积了足够哆的物质并达到了约为1.38倍

(对于一个不发生自转的恒星而言),它将无法再通过电子简并压力来平衡自身的引力从而会发生坍缩不过,當今天体物理学界普遍认为在一般情形下这个极限是无法达到的:在坍缩发生之前随着白矮星内核温度和密度的不断上升在白矮星质量達到极限的1%时就会引爆碳燃烧过程。在几秒钟之内白矮星的相当一部分物质会发生核聚变从中释放足够的能量(1-2×10焦耳)而引起超新星爆发。一束向外扩散的激波会由此产生并可达到千米/秒的速度其大约相当于光速的3%。同时恒星的光度会有非常显著的增加

可达-19.3等(相當于比太阳亮五十亿倍),并且这一光度几乎不会变化

研究此类超新星形成的模型之一是一个密近

。双星中质量较大的一颗恒星在演化過程中会更早地离开主星序并膨胀为一颗红巨星随着双星的共同轨道的逐渐收缩,红巨星最终将其绝大多数外层物质向外喷射直到它內部不能继续进行核聚变。此时它演化为一颗主要由碳和氧构成的白矮星其后系统中的另一颗恒星也将演化为红巨星,并且这颗红巨星嘚质量会被临近的白矮星吸积使后者质量不断增长。在轨道足够接近的情形下白矮星也有可能从包括主序星在内的其他类型的伴星吸積质量。

Ia型超新星爆发形成的另一种模型是两颗白矮星的合并届时合并后的质量将有可能超过钱德拉塞卡极限,但此类情形较前者发生幾率较低

Ia型超新星具有特征性的光度曲线,在爆炸发生后它的光度是时间的函数它所发出的光辐射来自内部从镍-56经钴-56到铁-56的放射性衰變所释放的能量。现在一般认为那些由单一质量吸积形成的Ia型超新星的光度曲线普遍都具有一个相同的光度峰值这使得它们可被辅助用莋天文学上的标准烛光,从而用于测量距它们宿主星系的距离不过,最近的观测表明它们的光度曲线的平均宽度也会发生一定的演化這意味着Ia型超新星的固有光度也会发生变化,尽管这种变化在一个较大的红移尺度上才表现得较为显著

这两类超新星的形成机制很可能類似于大质量恒星内部核反应燃料耗尽而形成II型超新星的过程;但有所不同的是,形成Ib或Ic型超新星的恒星由于强烈的恒星风或与其伴星的楿互作用而失去了由氢元素构成的外层Ib型超新星被认为是大质量的沃尔夫-拉叶星坍缩后的产物。另外还有一些证据认为少量的Ic型超新星昰伽玛射线暴的产生原因但也有观点认为任何氢元素外层被剥离的Ib或Ic型超新星在爆炸的几何条件允许的情形下都有可能生成伽玛射线暴。

质量不小于九倍太阳质量的大质量恒星具有相当复杂的演化风格在恒星内核中的氢元素不断地通过核聚变产生氦元素,其中释放的能量会产生向外的辐射压从而保证了内核的流体静力学平衡而避免恒星自身巨大的引力导致的坍缩。

而当恒星内核的氢元素消耗殆尽而无法再产生足够的辐射压来平衡引力时内核的坍缩开始,这期间会使内核的温度和压力急剧升高并能够将

元素点燃由此恒星内核的氦元素开始聚变为碳元素,并能够产生相当的辐射压来中止坍缩这使得内核膨胀并稍微冷却,此时的内核具有一个氢聚变的外层和一个更高溫高压的氦聚变的中心(其他元素如镁、硫、钙也会产生并在某些情形下在后续反应中燃烧。)

上述的过程会反复几次每一次的内核坍缩都会由下一个更重的元素的聚变过程而中止,并不断地产生更高的温度和压力星体由此变成了像洋葱一样的层状结构,越靠近外层嘚元素越容易发生聚变反应每一层都依靠着其内部下一层的聚变反应所产生的热能和辐射压力来中止坍缩,直到这一层的聚变燃料消耗殆尽;并且每一层都比其外部一层的温度更高、燃烧更快——从硅到镍的燃烧过程只需要一天或几天左右的时间

在这样过程的后期,不斷增加的重元素参与了核聚变而生成的相关元素原子的结合能也在不断增加,从而导致聚变反应释放的能量不断减少并且在更高的能量下内核会发生

以及电子俘获过程,这都会导致内核的能量降低并一般会加速核聚变反应以保持平衡这种重元素的不断合成在镍-56处终止,这一聚变反应中不再有能量释放(但能够通过放射性衰变产生铁-56) 这样的结果导致了这个镍-铁成分的内核无法再产生任何能够平衡星体洎身引力的向外的辐射压而唯一能够起到一定平衡作用的是内核的电子简并压力。如果恒星的质量足够大则这个内核的质量最终将有鈳能超过钱德拉塞卡极限,这样电子简并压力也不足以平衡

最终在星体自身强大的引力作用下,内核最内层的原本将

彼此分开的力也无法支撑星体由此开始毁灭性的坍缩,并且此时已没有任何聚变反应能够阻止坍缩的发生

超新星内核的坍缩速度可以达到每秒七万千米(约合0.23倍光速),这个当原始恒星的质量低于大约20倍太阳质量(取决于爆炸的强度以及爆炸后回落的物质总量)坍缩后的剩余产物是一顆中子星;对于高于这个质量的恒星,剩余质量由于超过奥本海默-沃尔科夫极限会继续坍缩为一个黑洞(这种坍缩有可能是伽玛射线暴的產生原因之一并且伴随着大量伽玛射线的放出在理论上也有可能产生再一次的超新星爆发),理论上出现这种情形的上限大约为40-50倍太阳質量

对于超过50倍太阳质量的恒星,一般认为它们会跳过超新星爆发的过程而直接坍缩为黑洞不过这个极限由于模型的复杂性计算起来楿当困难。但据最近的观测显示质量极高(140-250倍太阳质量)并且所含重元素(相对氦元素而言)比例较低的恒星有可能形成不稳定对超新煋而不会留下黑洞遗迹。这类相当罕见的超新星的形成机制可能并不相同(而可能部分类似于Ia型超新星爆发)从而很可能不需要铁核的存在。这类超新星的典型代表是II型超新星SN 2006gy据估计它具有150倍太阳质量,对它的观测表明如此巨大质量恒星的爆炸与先前的理论预测有着基礎性的差异

过程会导致内核的温度和密度发生急剧增长。内核的这一能量损失过程终止于向外简并压力与向内引力的彼此平衡在光致蛻变的作用下,

将铁原子分解为氦原子核并释放中子同时吸收能量;而质子和电子则通过电子俘获过程(不可逆β衰变)合并,产生中子和逃逸的中微子。

在一颗典型的II型超新星中,新生成的中子核的初始温度可达一千亿开尔文这是太阳核心温度的六千倍。如此高的热量大部分都需要被释放以形成一颗稳定的中子星,而这一过程能够通过进一步的中微子释放来完成这些“热”中微子构成了涵盖所有菋的中微子-反中微子对,并且在数量上是通过电子俘获形成的中微子的好几倍大约10焦耳的引力能量——约占星体剩余质量的10%——会转化荿持续时间约10秒的中微子暴,这是这场事件的主要产物 中微子暴会带走内核的能量并加速坍缩过程,而某些中微子则还有可能被恒星的外层物质吸收为其后的超新星爆发提供能量。

内核最终会坍缩为一个直径约为30千米的球体而它的密度则与一个原子核的密度相当,其後坍缩会因核子间的强相互作用以及中子简并压力突然终止向内坍缩的物质的运动由于突然被停止,物质会发生一定程度的反弹由此會激发出向外传播的激波。计算机模拟的结果指出这种向外扩散的激波并不是导致超新星爆发的直接原因;实际上在内核的外层区域由于偅元素的解体导致的能量消耗激波存在的时间只有毫秒量级 。这就需要存在一种尚未了解的过程能够使内核的外层区域重新获得大约10焦耳的能量,从而形成可见的爆发当前的相关研究主要集中在对于作为这一过程基础的中微子重新升温、自旋和磁场效应的组合研究。

甴于氢光谱中的巴耳末吸收线的存在II型超新星的光度曲线特征明显:与I型超新星的光度曲线相比,II型超新星的光度曲线平均每天降低0.008等较前者要低很多。按照光度曲线的特征II型超新星可分为两个子类,一类在光度曲线上有一个平坦的高原区(II-P型)另一类的光度曲线則只存在线性衰减(II-L型)。如此II-L型超新星的总体衰减率为每天0.012等高于II-P型超新星的每天0.0075等。对于II-L型超新星而言产生这种差别的原因是在原始恒星中的大部分氢元素外层都被抛射出了。

II-P型超新星的光度曲线中的高原区是由于其外层不透明度的变化爆炸中产生的激波电离了外层中的氢原子,阻止了内部爆炸产生的光子透过外层逸出从而显著提高了外层的不透明度。当外层的氢离子冷却后重新组合成原子外层区域的透明度又会回升。

在II型超新星光谱的诸多反常特性中IIn型超新星有可能诞生于喷射物与恒星周围物质的相互作用,而IIb型超新星則有可能是大质量恒星在其伴星的

作用下失去了大多数(但不是全部)的氢元素外层随着IIb型超新星喷射物的膨胀,余下的氢元素外层很赽会变得透光从而能够展露出里面的内层结构

长久以来一个围绕着超新星研究的谜团是,如何解释爆炸后产生的剩余致密物质相对内核會有一个如此高的速度 (已经观测到作为中子星的

具有很高的速度,理论上黑洞也会有很高的速度但当前还很难通过孤立的观测来证實。)不管怎样能够推动物质产生如此速度的作用力应该相当可观,因为它能够使一个质量大于太阳的物体产生500千米/秒甚至以上的速度有些解释认为,这种推动力包含了星体坍缩时的对流和中子星形成时产生的喷流

这张由X射线和可见光的合成图描述了从

核心区域发出嘚电磁辐射。从中心附近的脉冲星所释放的粒子速度可接近光速这颗中子星的速度约为375千米/秒,具体而言这种内核上方产生的大尺度對流能够造成局部的

变化,从而在坍缩期间导致不均衡分布的核反应经反弹后产生爆炸。而喷流解释则认为中心的中子星对气体的吸積作用会形成

,并产生高度方向性的喷流从而将物质以很高的速度喷射出去,同时产生横向的激波彻底摧毁星体这些喷流可能是导致超新星爆发的重要因素。(一个类似的模型也被用来解释长伽玛射线暴的产生)

不过随着时间的推移这种爆炸会变得更为对称。通过对初始状态的出射光的偏振进行测量这种不对称性就可以被探测到。

由于Ib、Ic以及多种II型超新星具有类似的机制模型它们被统称为核坍缩超新星。而Ia型超新星与核坍缩超新星的基本区别在于在光度曲线峰值附近所释放的辐射的能量来源核坍缩超新星的原始恒星都具有延伸嘚外层,并且这种外层达到一定透明度所需的膨胀量较小光度曲线峰值处的光辐射所需的大部分能量都来自于加热并喷射外层物质的激波。

而与之不同的是Ia型超新星的原始恒星是致密的,并且要比太阳小得多(但质量仍然大得多)因此这种致密星体如要变得透明需要進行大幅的膨胀(以及冷却)。爆炸产生的热在星体膨胀的过程中被消耗从而无法促使光子产生。事实上Ia型超新星所辐射的能量完全來自爆炸中产生的放射性

的衰变,这主要包括镍-56(

6.1天)和它的衰变产物钴-56(半衰期77天)从放射性衰变中辐射的伽玛射线会被喷射出的物質吸收,这些物质因此被加热到白炽状态

在核坍缩超新星中,随着喷射出的物质逐渐膨胀并冷却放射性衰变最终也会成为光辐射的主偠能量来源。一颗明亮的Ia型超新星能够释放出0.5至1倍太阳质量的镍-56但核坍缩超新星所释放的镍-56通常只有0.1倍太阳质量左右。

超新星是生成比氧重的元素的关键来源这些元素中,铁-56以及比它轻的元素的生成来自核聚变而比铁重的元素都来自超新星爆炸时进行的核合成。尽管存在争议超新星确实是最有可能的进行r-过程的候选场所,r-过程是核合成在高温以及高中子密度时进行的一种快速形式反应中有大量高喥不稳定的原子核产生,这些原子核都含有过剩数量的中子这些状态不稳定,经过快速的β衰变而达到更稳定的状态。

r-过程有可能发生茬II型超新星的爆发中有半数左右丰度的比铁重的元素都会在其中产生,其中包括钚、铀、锎等元素与之能相提并论的其他产生重元素嘚过程只有在衰老的红巨星内发生的s-过程,但这一过程进行起来要慢得多而且不能产生比铅更重的元素。

大麦哲伦星云内位于成群的气體和尘埃中的超新星遗迹N 63A超新星爆发后的遗迹包括一个中央的致密星体和因激波而快速向外扩散的物质这些物质在快速膨胀的状态下扫過周围的星际物质,这种状态能够持续长达两个世纪其后它们将经历一个绝热膨胀的过程,进而再用一万年左右的时间逐渐冷却并与周圍的星际物质混合

根据天文学中的标准理论,大爆炸产生了氢和氦可能还有少量锂;而其他所有元素都是在恒星和超新星中合成的。超新星爆发令它周围的星际物质充满了金属(对于天文学家来说金属就是比氦重的所有元素,与化学中的概念不同)这些合成的金属豐富了形成恒星的分子云的元素构成,所以每一代的恒星(及行星系)的组成成分都有所不同由纯氢、氦组成到充满金属的组成。

超新煋是宇宙间将恒星核聚变中生成的较重元素重新分布的主要机制不同元素的所有的分量对于一颗恒星的生命,以至围绕它的行星的存在性都有很大的影响膨胀中的超新星遗迹的动能能够压缩凝聚附近的分子云,从而启动一颗恒星的形成如果气体云无法释掉过多的能量,增大的湍流压也能阻止恒星形成

在太阳系附近的一颗超新星爆发中,借助其中半衰期较短的放射性同位素的衰变产物所提供的证据能夠了解四十五亿年前太阳系的元素组成这些证据甚至显示太阳系的形成也有可能是由这颗超新星爆发而启动的。由超新星产生的重元素經过了和天文数字一样长的时间后这些化学成分最终使地球上生命的诞生成为可能。

如果一颗超新星爆发的位置非常接近地球以至于它能够对地球的生物圈产生明显的影响这样的超新星被称为近地超新星,它们到地球的距离粗略为一百光年以内超新星对类地行星所产苼的负面影响的主要原因是伽玛射线:对地球而言,伽玛射线能够在高空什么是大气辐射层中引起化学反应将氮分子转化为氮氧化物,並破坏臭氧层使地球表面暴露于对生物有害的太阳辐射与宇宙射线之下据认为一颗近地超新星引起的伽玛射线暴有可能是造成奥陶纪-志留纪灭绝事件的原因,这造成了当时地球近60%的海洋生物的消失

有关近地超新星爆发的预测通常集中在有可能形成II型超新星的大质量恒星仩,而在距太阳几百光年的范围内确实有几颗主要恒星有可能在短至一千年的时间内成为超新星;一个典型的例子是参宿四它是一颗距哋球427光年的红超巨星。不过值得注意的是一般认为这些预测中的超新星对地球几乎不会产生任何影响。它距地球的距离需要小于8秒差距(合26光年)这类预测的结果主要与对什么是大气辐射层建立的模型有关,而它所用到的辐射通量来自对大麦哲伦星云内II型超新星SN 1987A的测量徝当前对在地球周围10秒差距范围内超新星爆发的几率的预测所得的的结果差别很大,从每一亿年一次到每一百亿年一次不等

如果Ia型超噺星的爆发距地球足够近,它们被认为是潜在的极大危险这是由于它们都形成于普通的黯淡的白矮星,从而一颗Ia型超新星有可能在人们始料未及的情形下在一个未被认真研究过的恒星系统中爆发有理论认为Ia型超新星影响地球的范围是1000秒差距以内(合3300光年)。

1996年伊利诺伊夶学香槟分校的天文学家在理论上推测有可能能够从地层中的金属同位素来探测地球过去受到超新星影响的痕迹。随即经慕尼黑工业大學的研究人员报告在太平洋的深海岩层中探测到了因近地超新星造成的铁-60的富集。

除了在可见光区观测到的

外通过专门用来观测来自呔空的X射线的

”,人类发现了不少天上的X射线源其中有30个以上是X射线超新星遗迹。1572年出现的隆庆

即第古新星就留下了X射线遗迹。超新煋冲击波使得星际介质温度高达几百万开并辐射出强烈的

这是一颗典型的Ⅰ型超新星。

可以发现仅由最稀薄气体构成的超新星遗迹比洳,是

这一超新星遗迹后来在光学波段也发现了它的极暗弱的对应体。

的产生也有一定的关系星际介质中的粒子运动速度一般都在每秒几十千米范围内,但是也有某些特殊情况——有的粒子运动速度可以接近光速这就是宇宙线。宇宙线是由一些物质粒子如电子、质子等组成的在本质上完全不同于电磁波。一般说来由于地球什么是大气辐射对宇宙线的吸收作用,有探测宇宙线必须到什么是大气辐射層之外如果搭乘气球上升到50千米的高空,就可以用底片拍摄宇宙线的踪迹只有极少数能量极高的宇宙线可以到达地球表面。但是当高能宇宙线与地球什么是大气辐射发生作用时,会引发一种闪光效应同时产生二级宇宙线,在地球表面探测二级宇宙线是相对容易的

實验表明,一些能量较低的宇宙线受到

的影响比如,太阳活动有一个11年左右的周期而观测到的低能宇宙线也随着这个周期而有所变化。另外当太阳活动增强时,会使得地球周围的磁场增强从而使在地球上观测到的宇宙线活动减弱。相反地宇宙线流量的最大值往往絀现在

等活动最小的时刻。观测也表明绝大部分宇宙线是来自遥远的宇宙深处的超新星爆发。

因为宇宙线常常会因为星际磁场的作用而妀变运动方向我们很难判断它的辐射源在哪里。但宇宙线在与星际介质发生作用时会辐射出г射线;而г射线是

,运动方向不再受磁场嘚影响美国宇航局曾发射了专门观测宇宙г射线的人造卫星。观测结果表明,宇宙г射线的分布与发现的超新星的分布有很好的相关性。這就在很大程度上支持了宇宙线来自超新星爆发的观点

超新星事件和新星事件还有一个本质性的区别,即新星的爆发只发生在恒星的表媔而超新星爆发发生在恒星的深层,因此超新星爆发的规模要大的多超新星爆发时散落到空间的物质,对新的星际介质乃至新的恒星嘚形成有着重要的贡献但这些物质来自死亡恒星的外壳。

超新星处于许多不同天文学研究分支的交汇处超新星作为许多种恒星生命的朂后归宿,可用于检验当前的恒星演化理论在爆炸瞬间以及在爆炸后观测到的现象涉及各种物理机制,例如

及激波同星周物质的作用等而爆炸的遗迹如中子星或黑洞、膨胀气体云起到加热

方面扮演着重要角色。大爆炸只产生了

红巨星阶段的核聚变产生了各种中等质量え素(重于碳但轻于铁)。而重于铁的元素几乎都是在超新星爆炸时合成的它们以很高的速度被抛向

。此外超新星还是星系化学演化嘚主要“代言人”。在早期星系演化中超新星起了重要的反馈作用。星系物质丢失以及恒星形成等可能与超新星密切相关

由于非常亮,超新星也被用来确定距离将距离同超新星母星系的膨胀速度结合起来就可以确定

以及宇宙的年龄。在这方面Ia型超新星已被证明是强囿力的距离指示器。最初是通过标准烛光的假定后来是利用光变曲线形状等参数来标定化峰值光度。作为室女团以外最好的距离指示器其校准后的峰值光度弥散仅为8%,并且能延伸到V> 30000km/s的距离处Ia超新星的哈勃图(更确切地说是星等-红移关系)现在成为研究宇宙膨胀历史的朂强有力的工具:其线性部分用于确定哈勃常数;弯曲部分可以研究膨胀的演化,如加速甚至构成宇宙的不同物质及能量组分。利用Ia超噺星可用作“标准烛光”的性质还可研究其母星系的本动高红移Ia 超新星的光变曲线还可用于检验

可以预计由于宇宙膨胀而引起的

效应将會表现在高红移超新星光变曲线上。观测数据表明红移z处的Ia 超新星光变曲线宽度为z= 0处的(1+z)倍这为膨胀宇宙理论提供了又一个有力的支歭。某些II型超新星也可用于确定距离II-P型超新星在平台阶段抛射物的膨胀速度与它们的热光度存在相关,这也用来进行距离测定经上述楿关改正后,原来II-P型超新星V波段的-1星等的弥散可降到-0.3 星等的水平这提供了另一种测独立于SN Ia的测定距离的手段。此外II型超新星的射電发射也似乎具有可定量的性质,如6cm的光变曲线峰与爆炸后6cm峰出现的时间存在相关这也可用来进行距离估计。

很多沃尔夫-拉叶星例如

、WR 104、以及五合星团中的成员星,都被认为是在“近”未来中成为超新星的候选恒星

距离地球最近的超新星候选者是飞马座IK(HR 8210),它距地浗只有150光年它是一个由一颗主序星和一颗白矮星组成的密近双星系统,两者相距仅为三千一百万千米据估计其中白矮星的质量约为太陽的1.15倍,大约在几百万年后白矮星将通过吸积增长到足够的质量从而演化为一颗Ia型超新星。

  • 1. .环球网[引用日期]
  • 2. .中国经济网[引用日期]
  • .腾讯网[引用日期]
  • 4. .新浪探索趣图[引用日期]
  • 5. .中国知网[引用日期]

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