放射线的类型

虽然放射线的种类繁多，放射源又有天然放射源和人工放射源之分，但从本质上来讲，其实就是光子辐射（电磁辐射）和粒子辐射两大类，放射线类型，见图1-1-1。

图1-1-1　放射线分类

1．光子辐射　包括由各类放射性核素产生的γ射线和由加速器等设备产生的X线，他们实际上是波长很短、频率非常高的电磁波辐射。

2．粒子辐射　包括各类放射性核素产生的α粒子（中子）、β粒子（电子）和由加速器等设备产生的电子束、质子束、中子束及其他重粒子束等各种粒子射线束。

60Co和192Ir是放射性核素，发射出的是γ射线；千伏级X线治疗机和各类加速器是人工射线装置，其中，千伏级X线治疗机放射出的是X线；质子加速器放射出的是带电粒子——质子；而目前临床上应用最为广泛的医用电子直线加速器既能产生光子束——X线，也能发出粒子束——电子射线。

可见，同一种放射源，并不一定只能发射一种射线，有的放射性核素既可以发射γ射线，同时又发射α粒子和β粒子。但同一个放射源发射的不同的射线，往往具有不同的强度或能量，因而具有不同的放射特性。正是利用各种射线具有不同放射特性的特点，才为放射诊断技术和放射治疗技术提供了多种可能的选择，可以满足临床的不同需求。

在图1-1-1中，带电粒子（正电离子和负电离子）可以引起物质的直接电离，因此，称之为“直接致电离辐射”；而光子（X线和γ射线）和中性粒子不是直接引起物质电离，故称之为“间接致电离辐射”。下文将分别介绍光子辐射和粒子辐射这两类射线。

（一）光子辐射（X线和γ射线）

根据电磁场理论我们知道，无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X线、γ射线等都是电磁波，也称为电磁辐射，在真空中的传播速度都是每秒30万千米。之所以具有不同的外在表现和特点，是因为它们的“波长”和“频率”各不相同。电磁波谱各个频段的名称、波长和频率，见图1-1-2。由于整个波谱的范围太广，两边没有尽头，所以，该图只是按大概范围绘制的示意图，以便使我们对整个电磁波谱建立起一个整体概念和清晰的印象，从而真正弄明白到底什么是X线，什么是γ射线。

图1-1-2　电磁波谱

由电磁波谱图可以发现，可见光和我们在日常生活及科学技术的各个领域中所经常接触到的各种辐射，都能在电磁波谱图中找到它们的位置。X线和γ射线就是波长最短或者说频率最高的电磁波，X线的波长大概是10-9～10-6cm，γ射线的波长是10-15～10-9cm。其实，各频段之间并没有严格的界限，因此，X线和γ射线之间也没有明显的界限，只是γ射线比X线的波长更短一些而已。

根据电磁场理论我们还知道，电磁辐射具有“波粒二重性”，就是说，电磁辐射既有“波”的特性，又有“粒子”特性。但是，这种双重特性并不是所有的电磁辐射都完全一样，而是按照波长的不同而有很大的差异。一般来说，波长越长，“波”的特性越强；波长越短，“粒子”特性越强。因此，无线电波、微波等向外辐射时，“粒子”特性非常微弱，一般是用波动理论进行描述，所以，通常叫做电磁波。对红外线、可见光、紫外线而言，“波”的特性依次减弱，“粒子”特性依次增强，即红外线的“波”的特性略强，“粒子”特性较弱；紫外线则是“波”的特性较弱，“粒子”特性略强；而可见光的“波粒二重性”最为典型；到了电磁波谱的另一端，X线和γ射线主要以“粒子”特性表现，几乎显不出“波”的特性，因此，可以把X线和γ射线看成是“粒子”，但这种粒子具有自己的特殊性质，为了有所区别，人们把这种“粒子”叫做“光子”。在科学技术的各个领域，尤其是在放射治疗医学领域，人们往往把“光子”的概念等同于X线或γ射线就是这个道理。

那么，X线和γ射线有哪些特点呢？

首先，X线和γ射线具有穿透物质的能力。对特定能量的X线或γ射线而言，物质的密度越小，穿透能力越强，反之，物质的密度越大，穿透能力越弱。现代医学影像设备中的X线机、CT机等就是根据这一原理而设计制造的。

另一方面，不同的物质对X线和γ射线具有不同的穿透能力，通常是物质的原子序数越高，X线或γ射线的穿透能力越弱，根据这一特点，我们可以选用穿透能力弱的材料对X线和γ射线进行控制与防护。由于铅能有效地阻止X线和γ射线穿过，而且性能稳定，经济实惠，因此，作为最实用而有效的防护材料，铅及其合金（低熔点铅等）被广泛应用在各类“射线”装置与放射防护场所。

“电离辐射”是X线和γ射线的另一个重要特点，而且能量越高，辐射深度越深，“电离”性能越强。医用电子直线加速器、60Co治疗机、近距离后装治疗机等现代肿瘤放射治疗设备就是按照X线和γ射线的这一特性而设计生产并逐渐发展起来的。

从这里可以看出，X线和γ射线的发现和发展，对现代医学的发展尤其是对现代医学影像检查学和放射治疗技术领域而言，都作出了不可或缺的贡献。

（二）粒子辐射（电子、质子、中子等）

由图1-1-1可见，粒子辐射包括带电粒子辐射和中性粒子辐射。带电粒子又分为带正电的粒子和带负电的粒子，可分别叫做正电粒子和负电粒子；从粒子辐射的质量上区分，又有轻粒子和重粒子两大类。例如，电子和质子是带电粒子，其中，电子是负电粒子，质子是正电粒子，而中子是中性粒子。从粒子的质量上来看，电子是轻粒子，质子和中子是较重的离子，而碳、氧、氮等粒子是重粒子。一个质子和一个电子的电荷量相等，都是1．60×10-19　C（库仑）；而一个质子的质量是1．67×10-27kg（千克），是一个电子质量的1836倍，两者的质量差别巨大。而碳离子等重离子的质量更大。

显然，不同的粒子辐射，需要通过不同的射线装置或射线设备来产生，不同的设备所输出的粒子辐射具有各不相同的放射特性，正是利用这些各具特色的放射特性，我们才可以开发制造出能够输出各种粒子束的放射治疗设备，以满足临床放射治疗的不同需求。