细说β射线

β射线的本质：

β射线：自由电子形成高速运动的电子流e，贯穿能力很强，电离作用弱。

由于电子的质量比质子、中子要轻得多，当β粒子通过一个电场时，如果那是负电子，其路径会向正极的方向扭曲。在通过磁场时，如果磁场的方向是由内向外，其粒子会以逆时针方向扭曲，路径呈弧形。能透过几毫米厚的铝板。

原子核发射出的β射线有两类：β-射线和β+射线。β-射线就是通常的电子，带有一个单位的负电荷，以符号e-表示，负电子是稳定的。β+射线就是正电子，带有一个单位的正电荷，以符号e+表示。

β射线来源：

（1）来自放射性核素：贝塔粒子即β粒子，是指当放射性物质发生β衰变，所释出的高能量电子，其速度可达至光速的99%。在β衰变过程当中，放射性原子核通过发射电子和中微子转变为另一种核，产物中的电子就被称为β粒子。

在正β衰变中，原子核内一个质子转变为一个中子，同时释放一个正电子，在“负β衰变”中，原子核内一个中子转变为一个质子，同时释放一个电子，即β粒子。

（2）来自人造加速器和x射线光管，也能产生β射线--只能产生β-射线。

β射线的用途：

（1）β-射线主用用来韧致辐射产生x射线，CT，DR，牙片机，CBCT，安检仪都是这个原理。产生X射线的最简单方法是用加速后的电子撞击金属靶。

撞击过程中，电子突然减速，其损失的动能会以光子形式放出，形成X光光谱的连续部分，称之为轫致辐射。通过加大加速电压，电子携带的能量增大，则有可能将金属原子的内层电子撞出。于是内层形成空穴，外层电子跃迁回内层填补空穴，同时放出波长在0.1nm左右的光子（相当于3EHz的频率和12.4keV的能量）。由于外层电子跃迁放出的能量是量子化的，所以放出的光子的波长也集中在某些部分，形成了X光谱中的特征线，此称为特性辐射。

高速电子轰击靶时，与靶物质的相互作用过程是很复杂的。一些高速电子进入到靶物质原子核附近，在原子核的强电场作用下，速度的量值和方向都发生变化，一部分动能转化为X光子的能量(hv)辐射出去。这种辐射称为轫致辐射( bremsstrahlung)。一些高速电子进入靶物质原子内部，如果与某个原子的内层电子发生强烈相互作用，就有可能把一部分动能传递给这个电子，使它从原子中脱出，从而使原子内电子层出现一个空位，这个空位就会被更外层的电子跃迁填充，并在跃迁过程中发出一个X光子，而发出的X光子的能量等于两个能级的能量差，这种辐射称为特征(标识)辐射( characteristic radiation)。

（2）其次β-可能直接用来辐照应用，电子辐照加速器就是这个原理，用电子加速器产生的高能电子束照射可使一些物质产生物理、化学和生物学效应，并能有效地杀灭病菌、病毒和害虫。这一技术已被广泛应用于工业生产中的材料改性、新材料制作、环境保护、加工生产、医疗卫生用品灭菌消毒和食品灭菌保鲜等。

用射线来辐照代表着国际加工业的发展方向。电子加速器技术对工业产品或农产品进行辐照加工，主要应用领域如下：

1) 利用电子束辐照快速晶闸管、芯片，可改变优化产品的性能。

2) 降解水产品、蜂制品中残留氯霉素，达到出口国的农药残留卫生标准。

3) 农副产品、食品、海、水产品的保鲜。达到杀菌、杀虫、抑制发芽、延长货架期的目的。

4) 一次性医疗卫生用品的消毒灭菌（医用敷料、纱布、手套、手术用医疗器械等）

5) 中成药、保健品的杀菌利用电子束，能有效杀死中成药、保健品中的各种有害病菌，达到实用卫生要求。

6) 黄玉、珍珠、水晶致色，提高产品品质，增加产品附加值。

7) 高分子材料的降解。利用电子束降解PTFE，获取微米级和纳米级超细粉。

8) 可用于酒类的辐照陈化等。

9) 宠物饲料的杀菌。利用电子束能有效杀死宠物饲料中各种细菌，特别是沙门氏菌。从而达到宠物食用的卫生标准。

10) 各种玩具的杀菌。为了保证各种玩具在生产过程中产生的细菌污染会直接影响到儿童的身体健康，要对它进行电子束杀菌，从而达到卫生要求。

11) 化妆品原料中的有害菌和化妆品在生产中因污染产生的细菌将对皮肤带来潜在危险，而高温灭菌又会破坏化妆品自身的特性，影响其质量，利用电子束灭菌是在常温下进行的，对于不耐高温的化妆品是一种理想的灭菌方法。

12) 商品养护（防霉）。各种商品经电子束辐照后可起到防霉作用，从而达到对商品的养护。

和一般的用伽玛射线来进行辐照加工不同，利用加速器进行辐照的优点与特点是：

1) 快速辐照。辐照加工时间短，例如对一箱产品杀菌，耗时仅1分钟；而用伽玛源辐照可能要数十分钟。

2) 吸收剂量均匀。采用动态的传送装置，产品吸收剂量的不均匀度<5%。一次性大批量加工也可以小批量加工，加工方式灵活而且加工速度快。

3) 无任何毒性和残留，不添加任何化学试剂，不影响产品原有成分和品质。

4) 可事先对产品密封包装，在辐照时不拆产品包装箱。能快速、安全通过。无二次污染。

5) 无环境污染。关机后无射线。安全可靠！而用伽玛源存在源的浪费和废源的处理问题。

6) 降解水产品、蜂产品中残留氯霉素。

7) 投资低，产出高。钴源的国际价格是2美元/居里，100万居里的钴源是200万美元合计人民币1600万元，而同等发射功率的15KW的加速器其价格在1000万人民币左右。

应用电子束直线加速器建立以处理食品、饮料、药材、医用器械等的辐照中心，对于提高食品质量，保证食品安全，扩大出口，具有重大意义，将会对我国特别是辐照中心周边地区带来良好的经济和社会效益，电子束直线加速器将会在一定领域逐渐替代以钴源为放射源的辐照装置。

国内外市场需求预测

加速器产品当前市场量预测可年产3~5台，产值1500万元~2500万元，随着市场开发，数年后可年产10台以上；

作为幅照加工中心，4KW加速器用于100kGy剂量的高分子材料加工，其加工能力约100kg/ h；用于10kGy消毒灭菌加工，加工能力约1吨/h；用于214Gy食品保鲜，加工能力约5吨/h。市场竞争力很强。

投资规模及设备需求 生产加速器形成产业规模的生产能力需投资1000万元~1500万元。 建立加速器辐照中心约需投资800~1000万元，其加工能力超过100万居里的钴－60源。

所需主要原材料普通材料生产工艺流程：

生产加速器的工艺流程主要是整机总装、总调。加速器部件主要由外协加工解决。

辐照中心生产工艺流程：把产品置于全自动流水线上,连续辐照即可。

（3）前面讲的β-都是有加速器或者x光管产生。β-放射性核素，可以做成核子仪，用来测厚。测厚仪使用的放射源常为β射线源和γ射线源，一般测量纸张厚度使用β-粒子能量较低的147Pm；测量塑料薄膜用204TI或85Kr 源；而测量金属薄膜选用β粒子能量较高的 90Sr 源，其活度在 0.37 GBq（10 mCi）～18.5 GBq（500mCi）。

（4）β+这个主要用用途是核医学科，正电子发射断层扫描（PET）是一种核成像技术（也称为分子成像），可以显示体内代谢过程。PET成像的基础是该技术检测由正电子发射放射性核素（也称为放射性药物，放射性核素或放射性示踪剂）间接发射的γ射线对。将示踪剂注入生物活性分子的静脉中，通常是用于细胞能量的糖。PET系统灵敏的探测器捕获身体内部的伽马射线辐射，并使用软件绘制三角测量排放源，创建体内示踪剂浓度的三维计算机断层扫描图像。

放射性示踪剂的短半衰期

大多数PET示踪剂同位素的一个缺点是它们具有非常短的半衰期，这需要使用PET扫描仪附近的现场回旋加速器来创建。一些主要示踪剂的有效半衰期包括碳-11（约20分钟），氮-13（约10分钟），氧-15（约2分钟），氟-18（约110分钟），镓 - 68（约67分钟）和铷-82（约1.27分钟）。

氟-18的半衰期足够长，以至于放射性示踪剂可以在非现场商业生产并运送到成像中心以便立即使用。大多数核心肌灌注检查（寻找心脏病引起的心肌缺血或梗塞）使用铷-82（Rb-82）。这是在商业上可获得的发生器中生产的，其中活性示踪剂可以在扫描室中按需生产。发生器含有锶-82，它会衰变成正电子发射的Rb-82。这些发生器的使用使PET灌注成像成为可行且对于没有回旋加速器的成像中心更经济。

β射线防护注意事项：

β 粒子的穿透能力比同样能量的 α 粒子的约强 100 倍，能量超过 70keV 的 β 粒子即可穿透皮肤角质层（俗称死皮）。常用 β 放射源，除个别 核素外，β 粒子的能量一般大于 70keV，故应考虑 β 外照射的防护。β 放射性核素衰变时，常伴有 γ 辐射或其他形式的光子，只有少数核素(如 3H、14C、32P、35S、45Ca、90Sr、90Y 等)例外。β 粒子穿过周围物质时产生轫致辐射，其穿透能力比 β 粒子强得多，因此应用 β 放射源 时不能忽视对光子的防护，即使纯 β 辐射体，也要注意减少轫致辐射的影响。

屏蔽 β 粒子应选用低原子序数的材料，以减少轫致辐射，外面再用高原子序数的材料屏蔽轫致辐射和其他光子。常用塑料、有机玻璃、铝板等轻质材料屏蔽 β 粒子。放射源辐射 β粒子能量越低，则密封窗厚度越薄，通常小于 10mg/cm2，有的只有 30μg/cm2。在使用过程中要特别注 意保护，防止源窗被磨损、腐蚀、震裂或划破。应定期检查 β 源的周围有无放射性污染，防止污染转移。β 源要严加保管，贮存 β 源的容器应 能防轫致辐射。废源不能随便扔掉，不能丢失，应按规定使用和处理。