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技術文章

輻射傷害知多少

2010/12/7 10:49:55

       我們生活的世界里有著各種各樣的輻射:從穿越星系而來的宇宙射線、核電站的核燃料到家里的大理石地板磚,從醫院的X光機到陽光里的紫外線,從手機、微波爐、高壓線到電視臺廣播臺的信號塔,輻射無所不在,到處都是可能成為人們畏懼輻射的對象。有些人對“輻射”非常恐懼,你甚至可以買到專門用來屏蔽無線電波的“防輻射孕婦裝”、“防輻射床單”。還有各種諸如“木耳防輻射”、“仙人掌防輻射”、“瓶裝礦泉水防輻射”、“喝酸奶防輻射”等等流言。那么,我們到底對輻射了解多少呢?這些防輻射的裝備真的能防輻射嗎?

  我們關心的輻射,可以粗略地分成兩類,核輻射和電磁輻射。這兩種輻射并不是截然分開,核輻射里面的gamma射線也是光子能量比較高的電磁波[見文末備注]。

  核輻射就是放射性元素產生的輻射,是攜帶很高能量的質子、中子、氦原子核、電子、光子等等。放射性元素會不斷地發生衰變反應,變成另外一種物質并放出輻射,輻射的射線有三種:alpha射線(氦核)、beta射線(電子束)和gamma射線(高能光子);原子質量比較大的放射性元素也會發生裂變反應(核電站或原子彈)放出中子或其他射線;較輕的原子核在一定條件下會發生聚變反應放出中子或者質子射線;而高能宇宙輻射在大氣里面也會產生大量的次級輻射。我們日常生活中不會遇到聚變反應,裂變反應產生的射線一般也只有在核電站里才有,所以比較常見的是放射性元素的衰變射線和宇宙輻射。

  我們無時不刻不在受到各種核輻射。放射性元素衰變的三種射線里面,alpha和beta這兩種射線在空氣里面傳播的距離都比較短,不近距離接觸放射性元素對人體是沒有影響的,“防輻射服”和普通的衣物對于人體外部的這兩類射線都有一定的防護效果。但是實際上我們喝的水,呼吸的空氣,里面都含有少量的放射性元素,比如空氣里面有一定的碳14(beta衰變成氮14)、地下水和土壤里含有微量的氡,等等。所以實際上,我們體內就有相當量的放射性元素,給我們帶來從內到外的核輻射。更不用提提穿透性很強gamma射線,還有從天而降的高能宇宙輻射在大氣里產生的大量次級輻射。所謂的“防輻射服”并不能防范這些輻射,完全隔絕這些輻射是不可能也是不必要的。人們受到的這部分核輻射一般稱為天然輻射或自然輻射(natural background radiation)。

  某些情況下,在工作場所(核電站)或者生活中(發生過核爆或者核污染的城市)會在天然輻射之外接觸到更多的輻射。只要人體受到的輻射量不超過一定的標準,比如說和天然輻射比較小很多,就可以認為是安全的。比如說,核電站里面的核裂變反應是與外界隔絕開的,并沒有太多的輻射泄漏出來,而在核電站內部的工作人員一般會配備輻射劑量表,核電站周圍的輻射也會受到監控,以此來保證工作人員和周圍居民的安全。核電站對周圍核輻射的貢獻比天然輻射小的多,對核電站的恐懼是沒有道理的。

  核輻射對生物體的傷害是怎么造成的呢?生物體內有大量的各種分子,分子內部的化學鍵一般鍵能為二到十個電子伏。核輻射的各種微觀粒子帶有的能量都比化學鍵的鍵能高,因此有一定的可能性破壞人體內分子的化學鍵,造成分子的性質改變。大部分情況下,細胞內的個別分子被破壞失去生理活性之后,或者整個細胞受損死亡后,會很快被人體分解吸收、重新利用,不會造成重大的傷害。核輻射對生物體的傷害在食品生產中用來常溫殺菌,食品經過高強度的射線照射之后可以保證大部分的細菌被滅殺。治療癌癥的放射療法(放療)是另外一種應用,通過對癌變的部位進行高強度的輻射處理,使得癌細胞(也包括正常細胞)大量死亡,達到抑制癌癥的目的。


  在極少數情況下,這種傷害可能會造成細胞內染色體上基因的變化,如果恰巧是生殖細胞的基因被改變了,那么如果能夠產生正常的后代,就有可能獲得一些新的性狀。太空育種、輻射育種就是利用高強度的輻射處理種子,然后從這些受到高強度輻射之后還能夠發芽的種子里面篩選培育,獲得性能比較好的新品種。因為天然輻射而產生的新基因、新品種在生物進化過程中也起到了相當重要的作用,從這個角度來說,維持一個低水平的輻射對于生物種群的進化和發展是有好處的。

  當然,這種傷害也有一定可能會導致正常的體細胞基因發生變化,如果這種變化不能修復并且細胞仍然存活,就有可能出現細胞不受控制地復制的情況,就成了癌細胞了。因此,長時間接受較高強度的核輻射是有導致癌癥的可能性的。但是,如果受到的輻射強度不大的話,就不用去擔心。像前邊說過的,日常受到的核輻射是不可能完全隔絕的,這樣的危險總是難以避免,擔心也沒有用,沒有必要過于恐懼。盡量避免接觸強的核輻射就好了,比如說應該小心放射性超標的大理石地板、避免直接接觸核材料。居里夫人因白血病去世,鄧稼先因直腸癌去世,這可能和他們長時間接觸放射性物質有關系。

  下面的表格列出了一些跟生活相關的輻射數據,除特殊說明外,數據均來自[1],不同來源的數據可能在細節上略有差別,不過大體的數量級應該是一致的。數據用來衡量輻射對生物體組織的傷害(劑量當量),單位是Sv(Sievert,譯作西弗或者希沃特),一Sv等于一焦耳每千克,表格里面單位比較小,實際是毫(千分之一)Sv。從表格里面可以看出,除航空、采礦行業之外,高輻射行業的職工在工作中受到的輻射都比天然輻射小。核電站的工作人員每年受到的輻射是1.12mSv,核電站周圍的居民受到的輻射一般認為比這小得多。了解這些數據,就很容易理解,對于核電站周圍和乘飛機出行中的輻射沒有必要擔心。

來源:科學松鼠會

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