食品辐照的射线三兄弟

我们的老祖宗一直相信“眼见为实”，但与我们能看到的太阳光不同，食品辐照利用的γ射线、电子束和X射线是我们肉眼看不见的存在。

既然不可见，这些射线又是如何发现的呢？让我们回到100多年前。

19世纪下半叶，机械业如造船、纺织和冶金等在英国兴起，随后逐渐传播至整个欧洲大陆，这标志着工业资本主义的到来，也为19世纪末20世纪初成为一个发明的时代打下了科学技术的基础。1879年，爱迪生成功研制碳丝灯泡；1903年，莱特兄弟制成了飞机；1906年，钨丝灯泡面世，电灯开始走入人类的生活，给夜晚带来光明；放射性射线的发现也是在这个时代。

X射线的发现

X射线是最早被发现的。资料上记载，1895年11月的一个傍晚，德国科学家威尔姆·康拉德·伦琴教授在实验室忙碌，黑暗的房间内，他正进行放电管的“阴极射线”研究。为了完全杜绝外界光线影响，防止产生的可见光漏出管外，他还用黑色硬纸给实验用的放电管做了个不漏光的封套。奇怪的是，放电管附近密封包装内的照相底片仍有“跑光”现象。更为惊奇的是，当伦琴伸出手掌阻挡在放电管与荧光屏之间时，荧光屏上竟然清晰地出现他自己手骨和手的轮廓。经过反复验证，他证明这是一种尚未为人所知、穿透力特别强的新射线。伦琴采用表示未知数的“X”来命名这种新射线。当时很多科学家主张命名为伦琴射线，伦琴自己坚决反对，但是“伦琴射线”的叫法在德语国家仍被广泛使用。伦琴也因为这一发现获得了1901年的诺贝尔物理学奖。

X射线的发现让科学家们很自然地思考：是否还有其他我们肉眼看不见的射线呢？

γ射线的发现

很快，1896年2月，法国物理学家亨利·贝可勒尔发现铀盐经日光照射后，能发射一种类似X射线的射线，也能穿过黑纸、玻璃等，同样可以使密封包装的照相底片感光。起初，他认为这种射线是日光照射的结果，但后来证明它与日光无关。接着，他又通过对各种铀盐的观测，得出了“铀是一种能发射出射线的元素”的结论，首次发现了放射性元素的存在。贝可勒尔发现的天然放射性现象也称为“贝可勒尔现象”。放射性元素是不稳定的激发态，当从激发态直接退激或者级联退激到基态稳定元素时，放出γ射线。1903年，居里夫妇和贝可勒尔因对放射性的研究而共同获得诺贝尔物理学奖。

食品辐照用的γ射线就是由放射性元素发出的。食品辐照装置钴源所用的钴-60，并不是从自然界中直接获得的，而是在特定的核反应条件下生产出来的。用中子照射普通金属钴（钴-59），钴原子核便可“吃”下1个中子，转化为钴-60。钴-60的原子核很不稳定，因此能够不断地释放出γ射线。简单来说就是，钴通过核反应产生了钴-60，而钴-60的衰变又释放出γ射线。

说到钴元素，不得不提一下它的英文名称——“cobalt”，它来自德文的“kolbold”，意思是“地下的魔鬼”。1789年，法国化学家拉瓦锡将它列为元素之一并命名。钴元素被称为地下的魔鬼，并不是因为放射性，自然界中的普通金属钴（钴-59）是没有放射性的。自然界中，钴以一种蓝色的矿物形式（即辉钻矿，其主要成分是CoAsS）存在。我国闻名世界的“唐三彩”就是用它调制瓷釉的。16—18世纪，人们开采这种矿石用来制造美丽的蓝色玻璃，但经常因矿井崩塌而夺去许多人的性命，工人们误认为是矿石作祟。这才是钴元素名称的由来。

电子束的发现

电子束的构成元素——电子是在19世纪末发现的。当时，伦琴同期的许多科学家都在研究阴极射线。与伦琴一样，大多科学家用的都是充气X射线管。1897年，英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆森使用了一个与大家不同的射线管，他把阴极射线管内的残留气体抽到很少，发现阴极射线可在电场作用下发生偏转，由此确定阴极射线就是带负电的粒子，并且发现这种粒子比最轻的原子都要轻一千倍，这是最早发现的基本粒子，也就是我们后来说的“电子”。于是，人类意识到原子并不是组成物质的最小单位，探索原子结构的序幕由此拉开，能够生产一定能量电子束的电子加速器也在此基础上产生。

核辐射——会伤人，也能杀虫灭菌

科学家发现的这三种射线，其实都是与太阳光这种可见光一样的电磁波。夏天的时候，很多女士都擦防晒霜，预防的就是紫外线对皮肤的伤害。在太阳光中紫外线的波长算短的，能量比其他颜色的可见光强，可以给人带来伤害。但紫外线给人带来的伤害只要涂一层薄薄的防晒霜就可以避免。

比紫外线波长更短的X射线和γ射线的穿透力更强，能量也更高。看不见的射线是非常厉害的，当它的强度超过一定程度时，能杀死细胞、损害身体，但一开始发现这些射线时研究者们并不知道它们会伤人。贝可勒尔自己就吃过“苦头”：一天，他出去演讲，顺手把一管镭盐装在了口袋里。过了几天后，在曾靠近镭管的皮肤上就出现了红斑，原来是镭的射线灼伤了他的皮肤。皮埃尔·居里为了探索放射性元素的秘密，曾拿自己的一个手指做实验。受放射性射线照射的手指，起初发红，随后就出现了溃疡与死肉，经过几个月才痊愈。这也是居里夫人常讲的小故事。

这种伤害就是核辐射危害，因为产生危害的射线可以引起物质电离，因此也称为电离辐射危害。在目前核技术应用产业的生产中，引起核辐射危害的主要是α、β、γ三种射线。α射线外照射穿透能力很弱，只要用一张纸就能挡住，但如果吸入体内形成内照射则危害大；β射线是电子流，与α射线一样，影响距离比较近，用一般的金属就可以阻挡，但是β射线容易被表层组织吸收，引起组织表层的辐射损伤，照射后皮肤烧伤明显；γ射线的穿透力很强，能穿透人体和建筑物，危害距离远。除此以外，还有与γ射线相似的X射线。少量的辐射照射不会危及人类的健康，过量的辐射照射对人体会产生伤害，使人致病、致癌、致死。受照射时间越长，受到的辐射剂量就越大，危害也越大。

当科学家发现射线会伤人后，就开始思考射线是否也能杀死害虫和细菌。很快，明克（Minck）就于1896年证实X射线对原生虫有致死作用；1921年，斯彻瓦特日（Schwatz）使用X射线杀死肉中的旋毛虫并获得美国专利；1930年，乌斯特（Wüst）用X射线照射密封金属罐中的食品对其进行灭菌并获得法国专利。至此，人们对射线可以用到食品上以杀灭食品中的虫和细菌有了基本认识。

从有了基本认识到实际应用射线灭菌还需要很多努力和探索。

首先要解决的问题是利用射线又不能让射线伤人。射线有穿透性且人们肉眼不可见，可能在不知不觉中人就被照射。因此使用有效的屏障把射线和人隔离开是必须的，就如三峡工程大坝束缚长江洪水一样，γ射线、电子束、X射线这三个调皮的兄弟，也必须要有安全的屏障把它们束缚在它们自己的家里，不能出门。下面我们就去看看三兄弟的家——辐照装置。