α射線（α 射線）又稱α粒子流。α粒子是高速運動的帶正電的氦原子核，其由兩個中子和兩個質子構成，質量為氫原子的四倍，并因為是帶正電的重粒子，所以，具備質量大、電荷多、電離本領大、穿透能力差等特點。而由α粒子組成的α射線也具備以上特點。而且，α射線的穿透能力還是α、β、γ三種射線中最差的，其在空氣中的射程只有1～2厘米，通常用一張紙就可以擋住α粒子；不過，α射線的電離能力卻是三種射線中最大的，穿過空氣時甚至可以使空氣變為導體。
1898年，歐內斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）發現和鈾的化合物所發出的射線有兩種不同類型，其中一類是極易吸收的，他稱之為α射線。1903年，盧瑟福做了α射線電磁偏轉實驗，實驗發現，加磁場后由射線造成的電離現象果然減小了，證明α射線確是帶正電荷的粒子流。1913年，盧瑟福提出α實際上就是氦離子。
α射線來源于放射性原子核衰變，如鈾、鐳和，其速度高達米/秒，能量由衰變能提供。與此同時，還可通過加速器加速氦離子，獲得各種能量的α射線。α射線應用廣泛，比如應用于醫學，利用發射α粒子的放射性核素與腫瘤選擇性載體分子結合實現靶向癌細胞，進而對腫瘤組織造成殺傷作用。又如應用于電離煙霧探測器，其原理是使用作為α粒子源，電離空氣分子，從而使得一些粒子帶正電，一些粒子帶負電，當電子流被破壞時煙霧警報器就會觸發。
定義
射線，又稱粒子流。射線是重帶電粒子，屬于直接電離輻射，與物質相互作用時，可以忽略輻射損失，只考慮電離損失。它有放射性同位素源和加速器源。放射性核素衰變放出的射線的能量通常在4一9MeV范圍內，除個別放射源產生一種能量的射線，絕大多數放射源會同時放出幾種不同能量的射線。加速器源用加速器加速氮離子，可以方便地獲得各種能量的射線。
α粒子
α粒子是原子核衰變過程中產生的高速運動的帶正電的氦原子核，由兩個質子和兩個中子組成，質量為氫原子的四倍。
中子
中子（Neutron）是一種不帶電的、自旋為1/2的粒子，由一個上夸克和兩個下夸克組成，是組成原子核的基本成分之一，其靜止質量為1.674954×10-27kg。自由中子是不穩定的，它通過衰變為質子，半衰期為10.6分。
質子
質子（proton）是一種穩定的、自旋為1/2的次原子粒子，由兩個上夸克和一個下夸克組成，用p表示。帶正電，電量為1.60217733×10-19庫倫，靜止質量為1.6726231×10-27kg。它是氫最輕同位素原子的原子核，是所有原子核的基本成分之一。
氦原子核
氦原子核是指放射性物質衰變時放射出來的粒子，也稱為α粒子。其由兩個質子和兩個中子組成，質量為氫原子的4倍。
簡史
1898年，歐內斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）發現鈾和鈾的化合物所發出的射線有兩種不同類型：一種是極易吸收的，他稱之為射線；另一種有效強的穿透能力，他稱之為射線。1900年，皮埃爾·居里（Pierre Curie）從游離作用判斷，不同的放射性元素放出的射線在空氣中穿越的距離不一樣。釙放出的走4厘米，鐳放出的走6.7厘米，而且四種不同的鐳鹽，盡管其活性和化學性質不同，發出的射線射程卻都是6.7厘米。與此同時，瑪麗·居里（Marie Curie）則發現游離電流的衰減率并不是常數，隨距離的增大而增大，這與一般射線的規律很不一樣。居里夫人認為：“射線的行為就象彈丸那樣，在前進中因克服阻力而失去動能。”卡文迪許實驗室的斯特拉特（Strutt）猜測，這種“不偏轉”的射線（即射線）可能就是某種帶正電的快速粒子，其質量大到和原子一樣。由于它的質量遠大于電子，所以顯示不出磁場的偏轉作用。
1903年，歐內斯特·盧瑟福做了射線電磁偏轉實驗，實驗發現，加磁場后由射線造成的電離現象果然減小了，證明射線確是帶正電荷的粒子流。隨后，他發表實驗結果，證明了斯特拉特的猜測。1907年，盧瑟福證明射線粒子就是氦離子。1909年，他利用光譜實驗法確定射線的本質。1911年，盧瑟福根據射線大角度散射的實驗結果作出原子有核模型理論。1913年，盧瑟福完整提出這樣的理論：粒子的帶電量為2e，質量為3.84，它實際上就是氦離子。1919年，歐內斯特·盧瑟福觀察到氮原子核俘獲一個粒子后放出一個氫核，同時變成了另一種原子核的結果，這個新生的原子核后來被證實為是氧17原子核，這是人類歷史上第一次實現原子核的人工嬗變。
來源
衰變
放射性原子核在衰變過程中放出高速粒子流就是射線，許多放射性核素能自發輻射射線，如鈾、鐳和钚，其速度高達米/秒，能量由衰變能提供。衰變一般表示為，在衰變過程中，母核失去個單位的正電荷，因此衰變成電荷比母核少個電荷單位的原子核。而子核在周期表上的位置將向前移位，其質量數應減小。對于不同原子核的衰變過程，釋放出的粒子能量不同，但是對于某一種原子核，在任何時候，其衰變過程中釋放出的粒子能量都相同。
α衰變的反應機制
衰變生的粒子來自原子核，在核內粒子受到核力吸引（負勢能），但在核外，粒子將受到庫侖力的排斥。這樣，在核表面就形成一個勢壘。從經典物理考慮，能量低于勢壘的粒子既不能從核內跑出，也不能從核外射入，它們都將被勢壘彈回。
加速器
加速器源用加速器加速氦離子，可以方便地獲得各種能量的射線。
三元裂變
在相對罕見（幾百分之一）的三元裂變核裂變過程中，會產生特別高能的粒子。在此過程中，事件會產生三個帶電粒子，而不是正常的兩個，其中最小的帶電粒子很可能（90%的概率）是粒子，這種粒子被稱為“長程粒子”，因為它們的能量為16MeV，其能量遠高于衰變產生的能量。
太陽的核反應
質子的聚變過程是太陽的產能機制，指的是質子（氫原子核）聚變成氦原子核的過程，也就是說太陽的核反應可以產生粒子。
宇宙射線
宇宙射線是高能粒子源，初級宇宙射線主要由質子和粒子組成。銀河系宇宙射線來源于銀河系內超新星的爆發，其由約87%的質子和約12%的粒子等組成，能量多在0.1GeV-100GeV之間變化，能量高，通量較低。太陽高能粒子（SEP）來源于太陽自身核聚變過程中向太陽系釋放出的高能粒子，其由約90%的質子、9%的電子和1%重離子核組成，能量多在1-1000MeV之間變化，能量低，但通量高。
特性
基本特性
射線穿透力弱，是α、β、γ三種射線中最差的，且容易被吸收，在空氣中的射程只有1～2厘米，通常用一張紙就可以擋住粒子。但射線的電離能力卻是三種射線中最大的，穿過空氣時可以使空氣變為導體。射線與物質相互作用時，可以忽略輻射損失只考慮電離損失。射線在物質中的射程比較短，測量和防護都比較容易。射線單位徑跡長度上的能量損失很高，屬于高傳能線密度（linear 能量 transfer，LET）輻射，射線的生物效應比電子、射線的生物效應要顯著得多。
相互作用
射線在介質中運行時，由于它與原子核外電子的庫侖作用，使電子獲取能量，當此能量大到足以克服核的束縛時，電子將脫離原子殼層而成為自由電子，即產生電離作用。電離過程中產生的電子，其中有些具有足夠大的動能，并可繼續產生電離的電子稱為電子，此繼發電離稱為次級電離。
在發生電離的過程中產生的電子和失去電子的原子（稱為陽離子）組成離子對，電離輻射在氣體中每形成一個離子對所消耗的平均能量為。，其中是帶電粒子初始動能，表示完全在氣體中耗盡時所形成的平均離子對數。射線在空氣中的值約等于35.5eV。
散射
射線在介質中運行時，可能與原子核發生作用，它可能與原子核由于庫侖作用而改變運動方向（稱作歐內斯特·盧瑟福散射）。還可能進入原子核而發生核反應，即產生出一新核并釋放一個或幾個粒子，如210Po放出的射線擊9Be靶可發生核反應。
軔致輻射
射線和物質相互作用中可產生軔致輻射，這是當帶電粒子接近原子核時，速度驟然減低（發生非彈性碰撞）時產生的一種能量損失（輻射能量損失）。
射線在物質中運行時，不斷損失能量，當能量耗盡時就停留下來。它在運行時穿行的最大距離稱為射線在該物質中的射程（R）。射線的射程可由下式表示:
其中，為射線在15℃、1.013kPa大氣壓空氣中的射程，單位為cm，Ro=0.318EX3/2。
危害與防護
危害
射線只要不進入體內，對人體是不會有大的影響的。但如果放射性物質經吸入、食入或由傷口等途徑進入到人體，由于其釋出的具有強的電離能力，會對鄰近的組織或器官產生較大內照射，從而導致器官損傷。
防護
時間防護：盡量減少受到輻射的時間；
距離防護：盡量遠離輻射源，距離放射源越遠，人體吸收射線的劑量越小，受到的傷害越輕；
屏蔽防護：在放射源與人之間設置能夠阻擋射線的物體，比如鉛板等；
監測防護：加強監測，防止意外事故的發生。
應用
探測器
粒子可應用于電離煙霧探測器。電離煙霧探測器使用镅作為粒子源，來自镅源的粒子電離空氣分子，從而使得一些粒子帶正電，一些粒子帶負電。電離煙霧探測器內部的兩個帶電板產生帶正電和帶負電的離子流。當煙霧破壞離子的恒定流動時，煙霧警報器就會觸發。
醫學
射線在醫學領域應用前景廣闊，可以應用于放射性靶向治療藥物，比如TAT藥物、鐳-223、擴散發射體放射療法（DART）等。
α標靶治療
粒子憑借高線性能量傳遞、短組織射程和較強的相對生物學效應，在放射性免疫和腫瘤治療方面有著廣闊的應用前景。靶向治療（Targeted alpha therapy，TAT）是一種利用發射粒子的放射性核素與腫瘤選擇性載體分子結合實現靶向癌細胞，進而對腫瘤組織造成殺傷作用的醫療方法，是放射金屬組學在癌癥治療領域的重要應用方向。
鐳-223
鐳-223是新型粒子放射性靶向治療藥物，可應用于前列腺癌患者發生的骨轉移，改善患者生活質量，減輕疼痛。其原理是通過模擬鈣靶向結合在病理骨生成部位，通過發射高能粒子，切斷腫瘤細胞雙鏈脫氧核糖核酸并改善骨轉移灶的骨微環境，且粒子射程短，對周圍正常組織造成的損害有限。
鐳-224
鐳-224是一種放射性原子，在稱為擴散發射體放射療法（DART）的癌癥治療設備中用作輻射源。每個鐳224原子都會經歷衰變過程，產生6個子原子。在此過程中，會發射出4個粒子。粒子的射程可達100微米，不足以覆蓋許多腫瘤的寬度。然而，鐳224的子原子可以在組織中擴散達2-3毫米，從而形成一個“殺傷區域”，如果放置得當，其輻射足以摧毀整個腫瘤。其半衰期很短，僅為3.6天，可以快速產生臨床效果，同時避免因過度暴露而造成輻射損傷的風險。同時，半衰期足夠長，可以處理種子并將其運送到全球任何地點的癌癥治療中心。實體瘤的靶向α療法涉及將發射α粒子的放射性核素附著到腫瘤靶向分子（例如抗體）上，該分子可以通過靜脈注射給癌癥患者。
類似理論
反α粒子
2011年，國際STAR合作的成員使用美國能源部布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機檢測到氦核的反物質伙伴，也稱為反粒子。該實驗使用金離子以接近光速的速度移動并正面碰撞以產生反粒子。
β射線
射線是高速運動的電子流，帶負電荷，質量很小，貫穿本領比α粒子強，電離能力比α粒子弱。β射線在空氣中的射程，因其能量不同而有較大差異，一般為幾米。通常用一般的金屬板或有一定厚度的有機玻璃板就可以較好地阻擋β射線對人的照射。
γ射線
射線是波長很短的高能電磁波，它不帶電，不具有直接電離的能力，但可以通過和物質的相互作用，間接引起電離效應。該射線具有很強的穿透能力，不同放射性核素發射的射線能量不同、射程不同，通常為幾百米，要想有效阻擋射線，一般需要采用厚的混凝土墻或重金屬（如鐵、鉛）板塊。
參考資料 >
Americium in Ionization Smoke Detectors.EPA.2024-03-19
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[核能]α射線、β射線和γ射線有些什么特點?.國家核安全局.2024-03-19
核聚變能源又開始流行起來.上海市科學學研究所《世界科學》.2024-03-22
宇宙射線和它的孩兒們.中國科學院地球研究所.2024-03-22
輻射劑量學概論(一).山東省醫學科學院放射醫學研究所.2024-03-27
常見的五類輻射.廣東省核工業地質局.2024-03-22
聚焦前沿進展，看鐳-223為骨轉移CRPC患者帶來的多重獲益.中華醫學會核醫學分會.2024-03-22
Antihelium-4: Physicists nab new record for heaviest antimatter.phys.2024-03-23