扫描电镜打开样品腔时之前工作产生的射线会泄露导致辐射吗

应助达人

作为电磁辐射的危害，人们对手机、微波炉早有认识。谈到扫描电镜的危害大多时间都涉及到检测x-射线却没有检测出来。其实扫描电镜的电磁辐射远远大于手机，而且这种电磁辐射包围了我们的整个身体。凡是非线性元件工作时都会产生电磁辐射。扫描电镜却是由数不清的非线性元件组成。

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物理学上的辐射指的是能量以波或粒子移动的方式所传播的现象。根据能量高低及电离能力，分为电离辐射或非电离辐射。由于电离辐射能量较高，会破坏细胞内原子结构，有致癌风险。我们这里主要讨论电离辐射。



图1. 电磁波谱中，能量较高的 X 射线和伽马射线属于电离辐射

人体内有数十万亿的细胞，每个细胞又由数万亿个原子组成。电离辐射引致癌症的几率主要取决于辐射剂量。因此，主要讨论不同辐射剂量的差别。请参考下面一组图片：



图2. 瞬间大剂量辐射的医疗反应

这里只是瞬间接受辐射的身体反应，所以剂量明显较大，单位是 mSv（毫西弗）。在下面的图表中，会发现毫西弗已经是比较大的单位了。



图3. 日常生活中的辐射

电离辐射存在于大家日常生活的各个角落。每人每年至少会受到 2.4 mSv（天然本底辐射）的辐射。据图，可以估算出乘坐飞机时的剂量约为 6 uSv/h。(注：1 mSv= 1000 uSv)



图4. 辐射剂量表——从0到致死

瞬间 1 Sv 可以致病，更多剂量则会致死。每人每天都在安全地接受着很小剂量的天然本底辐射。一般来说，同样剂量如果在更短时间内被吸收，则会带来更大伤害；但是，长期的累加剂量则会带来更深远的影响，比如致癌风险。



电子显微镜的工作原理是用高能电子束照射样品，并收集信号从而产生图像，这期间会产生大量 X 射线。因此，电镜是肯定有辐射的。但是，电镜厂商都会采取良好的屏蔽措施，来防止腔室内部的 X 射线泄露。最终穿透屏蔽的辐射剂量少之又少，是在安全范围之内的。



图5. 电子束轰照射样品时会产生 X 射线及其他信号

此外，辐射剂量与距离的二次方成反比，距离稍微远一点，剂量就会大幅下降。

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电镜辐射来源主要源于，电子枪发射的电子束和电子束激发样品表面出来的各种信号。而电子束直径只有纳米到10纳米级别，因此产生的辐射很少很少。同时，电镜电子枪位置有大块铅块吸收辐射，样品仓由很厚的金属材料做成，因此对于电镜整体而言，几乎没有对外的辐射。