背景輻射是否有害健康？

前不久科學公園微信公眾號推送的一篇題為《電離輻射常識》的文章（作者：掙脫枷鎖的囚徒），其中提到背景輻射不會對人體造成危害，引起了一些爭議。有人認為，該文中的說法不妥，背景輻射對人體是其實有害的。

那麼背景輻射對人體到底有沒有危害？

（圖片來源：businessinsider）

首先我們要搞清楚什麼是背景輻射。許多人看到這四個字可能首先想到的是物理學上的概念「宇宙背景輻射」或「宇宙微波背景輻射」。實際上背景輻射 (background radiation) 也稱本底輻射，是輻射安全與防護領域的概念。

我們知道，按照能否使原子與分子發生電離，輻射經常被分為電離輻射和非電離輻射，前者包括α粒子、β粒子、中子等粒子以及電磁波中的γ射線、X射線和波長較短的部分紫外線；後者則主要包括電磁波中的可見光、紅外線、無線電波以及波長較長的紫外線。相比於非電離輻射，電離輻射能量更強，因此對生物體的破壞作用更大。我們提到輻射防護時，通常就是專指電離輻射的防護。

設想房間里有一台X射線機，我們在討論如何對它造成的輻射進行防護時，首先要確定它的輻射到底有多強。但是房間中並不是只有X射線機這一個輻射源，地板的石材中可能含有微量的天然放射性元素，空氣中還有微量的放射性元素氡。因此我們首先需要弄明白除了X射線機之外的所有輻射有多強，才能在這個基礎上具體分析X射線機的輻射對健康的影響以及相應的防護措辭。像這樣在指定的某個輻射源之外所有輻射的總和就是背景輻射。

還有一些時候我們並沒有選擇特定的輻射源，那麼背景輻射就指的是所有電離輻射的總和，特別是經常被用來反映人們在職業暴露（例如操作核反應堆、測試核武器、進行輻射育種、對病人進行放療等）之外所能接觸到的所有輻射。

那麼背景輻射通常都有哪些組成成分？簡單來說，背景輻射可以分為自然背景輻射和人造背景輻射。自然背景輻射的存在與人類活動無關，通常包括以下幾個部分[1]：

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  宇宙射線，即來自外太空的高能粒子。宇宙射線會與大氣層相互作用並受到削弱，因此居住在高海拔地區的人會受到更多來自宇宙射線的輻射，人在乘坐飛機時也會因此額外受到一些宇宙射線的照射[2]。



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  地表環境中的背景輻射。這些輻射來自於各种放射性元素，廣佈於大氣、土壤、岩石和水體中，它們也是背景輻射的主要來源。



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  另外，我們每天的飲食中也含有微量的放射性元素，它們同樣會產生輻射，甚至生物體本身也存在一定量的放射性元素。這些輻射同樣被視為自然背景輻射的一部分。

而人造背景輻射顧名思義，指的是由於人類活動造成的背景輻射。人造背景輻射主要的來源是各種醫療活動，例如X射線成像、CT等醫學影像診斷手段以及放療等治療措施。經濟發達的國家醫學技術也相對比較進步，居民往往有更多地機會接觸這些涉及輻射的診治手段，因此來自醫療活動的輻射在背景輻射中所佔的比例也就越高。例如世界範圍內來自醫療活動的背景輻射通常不超過背景輻射總量的20%[3]，而在美國這個比例竟然高達50%[4].

背景輻射的主要來源（圖片來源：BBC）

背景輻射有多強？我們在評估輻射對生物體的影響時，通常考慮的是輻射的劑量，即一定時間內被人體吸收的輻射總量，常用的單位是西弗 (Sv), 但這個單位太大，使用起來不方便，實際上經常使用毫希(mSv, 1Sv= 1000 mSv). 除了西弗和毫希，雷姆(rem) 和毫雷姆 (mrem) 也經常被用來描述輻射劑量，換算關係為1 rem = 1000 mrem = 0.01 Sv = 10 mSv.  世界各地的背景輻射水平在不同地區略有差別，平均來看，每人每年由於背景輻射受到的輻射劑量大約是3毫希，

我們對於輻射造成的危害雖然有了比較深入的認識，但實驗數據主要來自於急性、大劑量的輻射，而我們在日常生活中更為經常遇到也更加關心的是長期、低劑量的輻射。然而很不幸，低劑量輻射對健康的影響往往很難用實驗去驗證，通常只能用理論模型來估算。目前評估低劑量輻射對健康的影響主要依據的是「線性無閾」(linear no-threshold) 這一理論模型。根據這一理論，輻射沒有安全劑量，再微弱的輻射也會對生物體造成損傷，輻射對健康造成的損害與輻射劑量之間存在簡單的線性關係，因此如果根據實驗數據確認了高劑量輻射的危害，我們可以相應推算出低劑量輻射對健康的影響。

這一理論是否真的符合實際情況，歷來存在爭議，一些研究人員認為，由於生物在漫長的進化過程中發展出了應對輻射損傷的機制，因此低劑量輻射造成的損害並沒有那麼嚴重，甚至有人認為低劑量的輻射反而對健康有益。近年來雖然有新的實驗證據支持線性無閾理論，相關的爭論恐怕還將繼續下去。不過雖然存在爭議，從輻射防護角度看，線性無閾理論仍然不失為一個好的理論模型。

然而在實際操作中，完全消除輻射是不可能的，而且很多時候我們還需要利用輻射為生產生活服務。因此在實際操作中通常遵循的原則是「在合理達到的範圍內儘可能低」( As Low As Reasonably Achievable，簡稱ALARA). 所以當我們討論輻射是否有害時，通常指的是這種輻射造成的損害是否顯著，或者是否可以接受。

從這個角度來看，背景輻射對健康是否有害可以說是一個沒有意義的問題。因為背景輻射任何時候都存在於我們身邊，很難消除。我們不可能真正用實驗去觀測背景輻射對健康造成的影響，因為無法找到不存在任何背景輻射的情況作為對照，我們也幾乎不可能針對背景輻射制定具有可操作性的防護措施。所以我們在討論輻射的危害以及防護時，總是指的是以背景輻射為基準，額外的輻射劑量對人體的影響，各國政府機構給出的輻射劑量安全閾值也指的是在背景輻射之外額外的輻射劑量。

從輻射劑量的比較來看，背景輻射也確實是微不足道的。剛才提到，每人每年由於背景輻射受到的輻射劑量大約是3毫希，而一次全身CT造成的輻射劑量就高達10毫希，做一次乳房攝影術的輻射劑量也有0.4毫希。而國際原子能機構規定，由於職業原因吸收的輻射劑量，每年在背景輻射基礎上額外不超過20毫希都是可以接受的。從這些數字的比較來看，說背景輻射對人體沒有危害並無太大不妥。

在世界上確實有個別地方，特殊的地質原因造成了極強的自然背景輻射，居民每年從背景輻射吸收的輻射劑量不僅顯著高於世界平均值，有時甚至超過了國際原子能機構規定的20毫希職業暴露輻射劑量上限，例如伊朗的拉姆薩爾和我國廣東的陽江都是這種情況。然而目前的研究並未能發現如此高的背景輻射對當地居民的健康有明顯的負面影響，一個可能的原因是當地居民早已適應了這種高背景輻射[6, 7]。因此，即便對於這些特殊的地區，「背景輻射無害」這一說法仍然可以說是成立的。

最後簡單說說氡的問題，氡是一種天然存在的放射性元素，由它造成的輻射是背景輻射的主要來源，可以佔到背景輻射的一半左右。由於氡是氣體，被人體吸入後不僅自身可以在體內產生輻射，衰變產物也會停留在人體內繼續產生輻射，因此比固態的放射性物質更加令人頭疼。室內由於通風相對於室外較差，氡氣容易聚積，造成的危害更加嚴重。

目前的研究已經表明氡是吸煙之外最主要的導致肺癌的因素，因此各國政府機構一般都會規定室內氡氣濃度的上限，設法對這一放射性污染物加以控制。例如美國環保署建議，如果室內氡氣濃度超過每升2 pCi (pCi 是一個表示放射性強度的單位)，就應該採取措施降低氡的濃度[8]。但即便如此，我們也不能徹底消除氡氣造成的輻射。美國環保署就指出，室內氡的濃度降至每升 2 pCi以下是極為困難的，接觸這個濃度的氡氣仍然可以導致每一千個不吸煙的人中有4個人罹患肺癌[8]，而且室外空氣中仍然會有氡氣存在。因此，對於氡含量較高的室內環境，我們能做的只是盡量將氡的輻射降至背景水平。

參考文獻

[1] http://www.nrc.gov/about-nrc/radiation/around-us/sources/nat-bg-sources.html

[2] http://www.ans.org/pi/resources/dosechart/

[3] http://www.world-nuclear.org/uploadedFiles/org/Features/Radiation/4_Background_Radiation(1).pdf

[4] http://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/glossary/exposure.html

[5] http://www.nrc.gov/about-nrc/radiation/around-us/sources/man-made-sources.html

[6] M. Ghiassi-nejad, S. M. J. Mortazavi, J. R. Cameron, A. Niroomand-rad, P. A. Karam, 「Very high background radiation areas of Ramsar, Iran: preliminary biological studies」, Health Physics, 2002, 82, 87

[7] Zufan Tao, Yongru Zha, Suminoiri Akiba, Quanfu Sun, Jianming Zou, Jia Li, Yusheng Liu, Hiroo Kato, Tsutomu Sugahara, Luxin Wei, 「Cancer Mortality in the High Background Radiation Areas of Yangjiang, China during the Period between 1979 and 1995」, Journal of Radiation Research, 2000, 41 Suppl. 31

[8]https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-02/documents/2012_a_citizens_guide_to_radon.pdf

文/魏昕宇（科學公園主編）

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