# α、β和γ辐射

> CIE A-Level 物理学 · 粒子物理学（AS）
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9702-u11-alpha-beta-and-gamma-radiation/

本小节介绍不稳定原子核发射的α、β和γ电离辐射的性质、关键特性与行为。你将学习比较它们的穿透能力、电离能力，以及它们与电场和磁场的相互作用。

**先修:** 原子核基本结构与同位素; 电场中带电粒子受到的力

## 学习目标

- 描述α、β和γ辐射的性质与组成
- 比较每种辐射的电离能力和穿透能力
- 预测每种辐射在电场和磁场中的偏转
- 根据观测性质识别未知辐射

## 各辐射的性质与组成

不稳定原子核会发生放射性衰变以达到更稳定的能量状态，在此过程中会发射电离辐射。在CIE AS物理中，你需要掌握三种主要的辐射类型：

**电离辐射** — 携带足够能量从中性原子中击出电子、产生带电离子的辐射。电离会对生物DNA和材料造成损伤。

*例:* 本文研究的三种辐射都属于电离辐射。

| 辐射 | 组成 | 相对质量 | 相对电荷 |
| --- | --- | --- | --- |
| α | 氦原子核（2质子 + 2中子） | 4 u | +$2e$ |
| β⁻ | 来自原子核的高能电子 | $\frac{1}{1840}$ u | -$1e$ |
| γ | 高能电磁光子 | 0 | 0 |

**例题:** 某放射源发射出一个相对质量为4、电荷为+2e的粒子，识别该辐射的类型。

1. 回顾上表中每种常见辐射的组成和性质。
2. 匹配给定性质：质量为4、电荷为+2e的粒子符合氦原子核的组成，也就是α粒子。
3. 结论：该辐射是α辐射。

*计算器:* forbidden

## 电离能力与穿透能力

电离能力是辐射每传播单位距离电离原子的能力。穿透能力是辐射在被完全吸收前穿过物质的能力。这两种性质成反比关系：电离能力越高，辐射能量损失越快，因此穿透能力越低。

**反比关系** — 电离能力从高到低的顺序为：$\alpha > \beta > \gamma$。穿透能力从高到低的顺序为：$\gamma > \beta > \alpha$。

**例题:** 某辐射能穿过薄纸，但会被5 mm厚的铝板阻挡，识别该辐射。

1. 回顾每种辐射的典型吸收情况：α会被约0.1 mm厚的纸或5 cm厚的空气阻挡。γ只会被几厘米厚的铅或几米厚的混凝土削弱（强度降低）。
2. β辐射的穿透能力居中：它能穿过纸，但会被几毫米厚的铝完全吸收。
3. 结论：该未知辐射是β辐射。

> **考试提示:** CIE几乎总是会考察三种辐射电离能力和穿透能力的比较——记住两者的反比关系，不要记混顺序。

*计算器:* forbidden

## 电场和磁场中的偏转

只有带电粒子会在电场和磁场中受力，因此只有α和β会发生偏转。γ不带电，因此永远不会偏转。偏转的方向和大小取决于粒子的电荷符号和质量。

- α（电荷+$2e$）：向负极板偏转（电场中）或遵循左手定则偏转（磁场中）
- β（电荷-$1e$）：向正极板偏转，偏转方向与α相反
- β的质量约为α的1/8000，因此它的偏转幅度比α大得多
- γ：完全不偏转

**例题:** 一束混合的α、β和γ辐射进入上方带正电、下方带负电的平行板间的匀强电场，描述每种组分的偏转情况。

1. α粒子带正电，因此会被带负电的下极板吸引。它们质量大，因此偏转曲率小。
2. β粒子带负电，因此会被带正电的上极板吸引，偏转方向与α相反。它们质量很小，因此偏转幅度比α大得多。
3. γ射线是不带电的光子，因此不受电场力。它们沿直线传播，不发生偏转。

*计算器:* forbidden

## 常见错误

- **错误做法:** 认为β粒子是从原子电子壳层射出的轨道电子。
  - 原因: β粒子是原子核内中子衰变为质子和电子时产生的，该电子会被立即发射出去。
  - 正确做法: 正确表述：β粒子是衰变过程中从原子核发射出的高能电子。
- **错误做法:** 认为γ辐射的电离能力比α辐射高。
  - 原因: α粒子质量更大、电荷更高，因此每单位距离转移的能量更多，能电离更多原子。
  - 正确做法: 电离能力顺序（从高到低）：α > β > γ。
- **错误做法:** 认为α粒子在电场中的偏转幅度比β大。
  - 原因: 偏转幅度取决于加速度，受力一定时加速度与质量成反比。β质量小得多，因此加速度大得多。
  - 正确做法: β粒子的偏转幅度比α粒子大得多。
- **错误做法:** 混淆穿透能力顺序，记为α > β > γ。
  - 原因: 电离能力越高，辐射能量损失越快，因此会更快被阻挡，穿透能力更低。
  - 正确做法: 穿透能力顺序（从高到低）：γ > β > α。

## 速查表

| 辐射 | 组成 | 电离能力 | 穿透性 | 偏转 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| α | 氦核（2质子 2中子） | 极高 | 被纸 / 5cm空气阻挡 | 向负极小幅偏转 |
| β | 高能电子 | 中等 | 被3mm铝阻挡 | 向正极大幅偏转 |
| γ | 电磁波光子 | 极低 | 被厚铅/混凝土削弱 | 不偏转 |

## 下一步

掌握α、β和γ辐射的性质是CIE A-Level物理中所有后续放射性相关主题的基础。该内容会定期在选择题和结构化笔试题中考察，也是理解放射性衰变过程、半衰期，以及辐射在医疗和工业中的安全应用的基础。掌握每种辐射的核心性质会让你更容易处理核方程和更高级的核物理主题。

- [放射性衰变](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9702-u11-radioactive-decay/)
- [实用电路 (AS)](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9702-u12-overview/)

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