輻射傷害知多少

作者：沐右

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花崗巖地板磚，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。


核輻射=危險？

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（關于核電站的討論：小薊?夏靜好的《核電站安全嗎？》）。

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。


核輻射有一定的可能性對細胞里的DNA等分子造成傷害（原圖來自windows2universe網站）

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。

每年受到的各種輻射： 有效輻射強度(mSv)
天然輻射/自然輻射
（natural background radiation）: 2.4
醫療檢查： 0.4（隨醫療保健水平不同在0.04-1.0之間，2008年數據為0.6[2]）
大氣核試驗： 0.005 （高峰值0.15 出現在1963年）
切爾諾貝利事件： 0.002 （北半球平均值，1986年高達0.04，事故附近地區比較高）
核能利用（核電站）： 0.0002
高輻射行業職工每人每年受到的輻射:  
核燃料處理： 1.8
應用核輻射的工業： 0.5
核能利用（核電站工作人員）： 1.12 （隨技術的進步減小[4]）
國防： 0.2
醫用輻射： 0.3
教育科研： 0.1
航空（飛行員和空姐）： 3.0 （另一個來源的數據:1.0-3.4 [3]）
采礦（不包括煤礦）： 2.7
煤礦： 0.7
礦物處理加工： 1.0
其他：  
每次X光檢查的輻射： 1.2（根據[1]計算）
隨部位、觀察對象不同而不同： 四肢和關節，<0.01； 胸透，0.02；鋇餐，3 [見表末注]
坐飛機一小時的輻射： 0.00425（根據[3]計算）
核電站周圍： 0.001-0.02 [5]

注：關于X光檢查輻射的數據，1.2mSv的數據是由[1]里面第七頁表2世界每千人年X光檢查次數和由此產生的年人均劑量計算而來，并不能完全說明每次X光檢查的劑量。根據另外的數據來源（《從大亞灣核事件說起》文中的[5]），新加坡善達社區醫院關于X光檢查的說明文件里面第二頁的表格，每次檢查的輻射劑量隨部位不同而不同，一般的檢查輻射劑量較小，比如四肢和關節部位為小于0.01mSv，胸透為0.02mSv；而某些特殊檢查劑量較大，比如鋇餐為3mSv。一般的X光檢查相對于每年的天然輻射劑量并不顯著，沒有必要害怕。再者，X光檢查是醫療需要的檢查，是醫護人員發現病癥、治療病癥的必須手段，請遵醫囑。

（未完待續）

備注：光、電磁波和光子
振蕩的電場和磁場在空間中以波的形式傳播就形成了電磁波，gamma射線、X光、紫外光、可見光、紅外光、微波、無線電波和長波無線電，這些都是電磁波。電磁波具有波粒二象性，光子就是量子化的電磁波，是電磁波能量的最小單位。在電磁波和物質相互作用時，物質只能吸收或者放出整個的光子。波長越長，頻率越低，光子的能量就越小。可見光的光子能量在1.8電子伏（700納米的紅色光）到3.1電子伏（400納米的藍色光）之間。

參考：
1. 聯合國原子輻射效應科學委員會，Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation to the General Assembly，http://www.unscear.org/unscear/en/publications/2000_1.html
2. 聯合國原子輻射效應科學委員會，Sources of ionization radiation, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/2008_1.html
3. J. C. Saez Vergara and R. Dominguez-Mompell Roman, The implementation of cosmic radiation monitoring in routine flight operation of IBERIA Airline of Spain: 1 Y of experience of in-flight permanent monitoring，Radiation Protection Dosimetry 136, 291 (2009).
4. Byoung-il Lee et al., Radiation dose distribution for workers in South Korean nuclear power plants, Radiation Protection Dosimetry 140, 202 (2010).
5. 《核輻射》，中國輻射探測網，