食品辐照射线及基本原理，科学概论（第2版）

（一）γ射线和X射线

γ射线和X射线是电磁波谱的一部分，位于波谱中短波长的高能区，具有很强的穿透能力。电磁辐射具有波粒二相性。不同类型的电磁辐射根据其能量大小按下式加以区别：

E=hυ=hc/λ

（4-1）

式中：E——光子能量；

h——普朗克常数，6.63×10-34J·s；

υ——辐射频率，Hz；

c——光速，3×108m/s；

λ——波长。(www.xing528.com)

γ射线是放射性核素由高能的激发态跃迁到较低的能态或基态发出的射线。在食品辐照中采用的放射性核素为60Co和137Cs。X射线由X射线机产生，通常光子能量分布范围宽。不同频率范围的辐射具有不同的能量。X射线和γ射线有非常高的频率（1016～1022Hz），能量也很大，具有较强的穿透能力。

（二）电子束辐射

电子束辐射由加速到很高速度的电子组成，因而能量很高。电子是组成原子的一种亚原子粒子，带一单位的负电荷。电子加速器把电子加速到足够的速度时，电子就获得了很高的动能。高能电子束的穿透能力不如γ射线和X射线，因此适于进行小包装或比较薄的包装食品的辐照。事实上，其他的基本粒子在加速器的作用下也能达到很高的能量水平，但在食品辐照中应用的粒子辐射只有电子束辐射。

（三）激发和电离

激发和电离是辐射与被辐射的物质相互作用的结果。能量足够大的辐射一旦被物质所吸收，便产生激发或电离。不管原子是作为自由原子存在还是作为分子的一部分存在，激发或电离均发生在原子水平上，其关键是辐射载带的能量转移给吸收体。

原子由带正电荷的原子核和带负电的电子组成。在正常情况下，原子核的正电荷被电子的负电荷总数所中和。靠近原子核的电子处于高度束缚状态，而离原子核越远的电子束缚力越弱。当原子吸收足够的辐射能时，部分能量可转移给一个或多个轨道电子。当能量低于某一临界值时，可引起电子从其正常位置运动到离核更远的新轨道。在这种情况下，该原子即具有超过其本身正常的能量值，使原子处于激发状态。处于激发状态的原子称为激发原子，产生这种条件的过程称为激发。当能量从辐射转移给电子的能量大于临界值时，电子便离开原子带有负电荷，留下的原子带有正电荷。每个带电荷的实体称为离子。产生离子的过程称为电离。能够导致电离作用的辐射称为电离辐射。当辐射的能量高于一次激发或电离的能量时，它可以连续与吸收物质的其他原子相互作用，因而产生多级激发和电离。激发和电离的效应属于化学变化。带电粒子在物质中进行多次激发和电离作用后，不断损失能量，速度也随之降低，与物质相互作用的概率也增大。

激发和电离作用在食品辐照中发生时，仅仅涉及原子的外层电子，也就是那些受核束缚不太紧密的电子。但当入射光子和电子的能量足够高时，可使受到核束缚力很强的电子、内层电子，甚至核本身受到作用，从而引起原子核变化，导致生成另一种不同的原子。在某些情况下，这些新形成的原子是放射性的。因此，如果采用过高的能量辐射处理食品，就可能使食品产生感生放射性。在食品辐照中，不期望也不允许生产高于食品中的天然成分的放射性，所以必须对食品辐照中所用的电离辐射能量设定保守的限值。