核辐射

我们生活的世界里有着各种各样的辐射：从穿越星系而来的宇宙射线、核电站的核燃料到家里的大理石地板砖，从医院的X光机到阳光里的紫外线，从手机、微波炉、高压线到电视台广播台的信号塔，辐射无所不在，到处都是可能成为人们畏惧辐射的对象。有些人对“辐射”非常恐惧，你甚至可以买到专门用来屏蔽无线电波的“防辐射孕妇装”、“防辐射床单”。还有各种诸如“木耳防辐射”、“仙人掌防辐射”、“瓶装矿泉水防辐射”、“喝酸奶防辐射”等等流言。那么，我们到底对辐射了解多少呢？这些防辐射的装备真的能防辐射吗？ 我们关心的辐射，可以粗略地分成两类，核辐射和电磁辐射。这两种辐射并不是截然分开，核辐射里面的gamma射线也是光子能量比较高的电磁波[见文末备注]。 核辐射就是放射性元素产生的辐射，是携带很高能量的质子、中子、氦原子核、电子、光子等等。放射性元素会不断地发生衰变反应，变成另外一种物质并放出辐射，辐射的射线有三种：alpha射线（氦核）、beta射线（电子束）和gamma射线（高能光子）；原子质量比较大的放射性元素也会发生裂变反应（核电站或原子弹）放出中子或其他射线；较轻的原子核在一定条件下会发生聚变反应放出中子或者质子射线；而高能宇宙辐射在大气里面也会产生大量的次级辐射。我们日常生活中不会遇到聚变反应，裂变反应产生的射线一般也只有在核电站里才有，所以比较常见的是放射性元素的衰变射线和宇宙辐射。 核辐射=危险？ 我们无时不刻不在受到各种核辐射。放射性元素衰变的三种射线里面，alpha和beta这两种射线在空气里面传播的距离都比较短，不近距离接触放射性元素对人体是没有影响的，“防辐射服”和普通的衣物对于人体外部的这两类射线都有一定的防护效果。但是实际上我们喝的水，呼吸的空气，里面都含有少量的放射性元素，比如空气里面有一定的碳14（beta衰变成氮14）、地下水和土壤里含有微量的氡，等等。所以实际上，我们体内就有相当量的放射性元素，给我们带来从内到外的核辐射。更不用提提穿透性很强gamma射线，还有从天而降的高能宇宙辐射在大气里产生的大量次级辐射。所谓的“防辐射服”并不能防范这些辐射，完全隔绝这些辐射是不可能也是不必要的。人们受到的这部分核辐射一般称为天然辐射或自然辐射（natural background radiation）。 某些情况下，在工作场所（核电站）或者生活中（发生过核爆或者核污染的城市）会在天然辐射之外接触到更多的辐射。只要人体受到的辐射量不超过一定的标准，比如说和天然辐射比较小很多，就可以认为是安全的。比如说，核电站里面的核聚变反应是与外界隔绝开的，并没有太多的辐射泄漏出来，而在核电站内部的工作人员一般会配备辐射剂量表，核电站周围的辐射也会受到监控，以此来保证工作人员和周围居民的安全。核电站对周围核辐射的贡献比天然辐射小的多，对核电站的恐惧是没有道理的（关于核电站的讨论： 小蓟•夏静好 的《 核电站安全吗？ 》）。 核辐射对生物体的伤害是怎么造成的呢？生物体内有大量的各种分子，分子内部的化学键一般键能为二到十个电子伏。核辐射的各种微观粒子带有的能量都比化学键的键能高，因此有一定的可能性破坏人体内分子的化学键，造成分子的性质改变。大部分情况下，细胞内的个别分子被破坏失去生理活性之后，或者整个细胞受损死亡后，会很快被人体分解吸收、重新利用，不会造成重大的伤害。核辐射对生物体的伤害在食品生产中用来常温杀菌，食品经过高强度的射线照射之后可以保证大部分的细菌被灭杀。治疗癌症的放射疗法（放疗）是另外一种应用，通过对癌变的部位进行高强度的辐射处理，使得癌细胞（也包括正常细胞）大量死亡，达到抑制癌症的目的。 核辐射有一定的可能性对细胞里的DNA等分子造成伤害（原图来自 windows2universe 网站） 在极少数情况下，这种伤害可能会造成细胞内染色体上基因的变化，如果恰巧是生殖细胞的基因被改变了，那么如果能够产生正常的后代，就有可能获得一些新的性状。太空育种、辐射育种就是利用高强度的辐射处理种子，然后从这些受到高强度辐射之后还能够发芽的种子里面筛选培育，获得性能比较好的新品种。因为天然辐射而产生的新基因、新品种在生物进化过程中也起到了相当重要的作用，从这个角度来说，维持一个低水平的辐射对于生物种群的进化和发展是有好处的。 当然，这种伤害也有一定可能会导致正常的体细胞基因发生变化，如果这种变化不能修复并且细胞仍然存活，就有可能出现细胞不受控制地复制的情况，就成了癌细胞了。因此，长时间接受较高强度的核辐射是有导致癌症的可能性的。但是，如果受到的辐射强度不大的话，就不用去担心。像前边说过的，日常受到的核辐射是不可能完全隔绝的，这样的危险总是难以避免，担心也没有用，没有必要过于恐惧。尽量避免接触强的核辐射就好了，比如说应该小心放射性超标的大理石地板、避免直接接触核材料。居里夫人因白血病去世，邓稼先因直肠癌去世，这可能和他们长时间接触放射性物质有关系。 下面的表格列出了一些跟生活相关的辐射数据，除特殊说明外，数据均来自[1]，不同来源的数据可能在细节上略有差别，不过大体的数量级应该是一致的。数据用来衡量辐射对生物体组织的伤害（剂量当量），单位是Sv（Sievert，译作西弗或者希沃特），一Sv等于一焦耳每千克，表格里面单位比较小，实际是毫（千分之一）Sv。从表格里面可以看出，除航空、采矿行业之外，高辐射行业的职工在工作中受到的辐射都比天然辐射小。核电站的工作人员每年受到的辐射是1.12mSv，核电站周围的居民受到的辐射一般认为比这小得多。了解这些数据，就很容易理解，对于核电站周围和乘飞机出行中的辐射没有必要担心。 每年受到的各种辐射： 有效辐射强度(mSv) 天然辐射/自然辐射 （natural background radiation）: 2.4 医疗检查： 0.4（随医疗保健水平不同在0.04-1.0之间，2008年数据为0.6[2]） 大气核试验： 0.005 （高峰值0.15 出现在1963年） 切尔诺贝利事件： 0.002 （北半球平均值，1986年高达0.04，事故附近地区比较高） 核能利用（核电站）： 0.0002 高辐射行业职工每人每年受到的辐射:   核燃料处理： 1.8 应用核辐射的工业： 0.5 核能利用（核电站工作人员）： 1.12 （随技术的进步减小[4]） 国防： 0.2 医用辐射： 0.3 教育科研： 0.1 航空（飞行员和空姐）： 3.0 （另一个来源的数据:1.0-3.4 [3]） 采矿（不包括煤矿）： 2.7 煤矿： 0.7 矿物处理加工： 1.0 其他：   每次X光检查的辐射： 1.2 （根据[1]计算，随诊断部位和方法的不同而不同） 坐飞机一小时的辐射： 0.00425（根据[3]计算） 核电站周围： 0.001-0.02 [5] （未完待续） 备注：光、电磁波和光子 振荡的电场和磁场在空间中以波的形式传播就形成了电磁波，gamma射线、X光、紫外光、可见光、红外光、微波、无线电波和长波无线电，这些都是电磁波。电磁波具有波粒二象性，光子就是量子化的电磁波，是电磁波能量的最小单位。在电磁波和物质相互作用时，物质只能吸收或者放出整个的光子。波长越长，频率越低，光子的能量就越小。可见光的光子能量在1.8电子伏（700纳米的红色光）到3.1电子伏（400纳米的蓝色光）之间。 参考： 1. 联合国原子辐射效应科学委员会， 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