十面埋「輻」你知多少

知識 07-28

「連人體必需的微量元素鉀，都有一部分是有放射性的鉀-40。」看到這裡，小編當時一臉問號。「那除了拍X光片，生活中還有哪些鮮為人知的核輻射來源？我們平時該如何防護自己不受傷害？」

輻射

是一種能量，以電磁波或粒子形式在真空或者物質媒介中傳播。自然界中，某些原子本身並不穩定，有可能分裂或轉化成其他原子，同時釋放出看不見摸不著的射線在空間傳播，這就是讓人聞之色變的「核輻射」。這些射線能量很高，比原子核同周圍電子的結合力還要大，使一些電子擺脫了原子核的束縛而逃離，這個過程叫做電離。嚴格來說，電離輻射才是核輻射正確的稱呼。

輻射單位從「居里」回到「貝克」

1896年3月，「科二代」出身的法國物理學家貝克勒爾發現，把含鈾的鹽和避光包裝的膠片放在一起，膠片曝光了。同年5月，他又發現金屬鈾也有同樣的效果。他由此斷定，鈾可以放出某種能使膠片感光的射線。

在貝克勒爾率先發現放射性的兩年後，居里夫婦發現另外兩種元素——鐳和釙也有這樣的性質，並把物質能夠放出某種射線的特性稱為「放射性」。由於在放射學方面的深入研究和傑出貢獻，貝克勒爾和居里夫婦共同獲得了1903年諾貝爾物理學獎。

1975年，第十五屆國際計量大會為紀念貝克勒爾，將放射性活度（表示放射性強弱）的國際單位用他的名字命名，簡稱貝克（Bq）。1貝克表示放射性核素每秒有一個原子發生衰變——發出電離輻射。此前，國際上一直用以居里（Ci）命名的單位。

十面埋「輻」你知多少

發現天然放射性的第一人——法國物理學家貝克勒爾

防電離輻射的三大路徑

人和其他生物都是由原子這個基本單位組成的。如果體內的原子被射線附帶的巨大能量電離，無異於破壞了體內各種生物大分子的結構，特別是一些具有重要生理功能的成員，如細胞膜、複製中的DNA、重要的代謝酶、關鍵蛋白質等等。

即使在健康狀態下，人體內的各種生理生化反應也難免會出現一些瑕疵和小故障，就連DNA序列這樣重要的密碼結構也有缺失、錯排的情況發生。只是瑕不掩瑜，而且身體有修復機制來應對，所以不會有實質性危害。而電離輻射會引起故障率的增加，使更多細胞壞死或變異。如果輻射劑量帶來的傷害超出了人體的修復能力，就會造成組織器官病變、造血功能缺失、不孕不育、患癌風險增加等後果。由於早年不了解電離輻射的危害和防護，被放射線長期照射的科學家不在少數，居里夫人的逝世正是由於電離輻射引發的惡性白血病所致。

同樣原理，電離輻射也可以用來對付病原體（殺菌消毒）和腫瘤細胞（放療），可謂既能致病又能治病。

電離輻射影響人體的途徑有兩種——外照射（射線從體外照射人體）和內照射（進入人體的放射性核素在體內發出射線照射人體）。減少接觸、敬而遠之（距離越遠輻射越弱，並且衰減速度也越快）和材料屏蔽，是防護電離輻射的三大路徑。由於不同射線的屬性和殺傷力是有區別的，防護對策也各有不同。我們挨個扒出來看看吧。

十面埋「輻」你知多少

電離輻射造成DNA損傷示意圖

十面埋「輻」你知多少

α射線

體外無妨體內猖狂

1898年，有「原子物理學之父」稱號的英國物理學家盧瑟福在研究放射性元素衰變時，發現了一種由氦原子核（下簡稱氦核）組成的高速粒子流，帶正電，將其命名為α射線。地球上質量和體型較大的放射性元素，如鋦、鎇、鈾、鈈、釷、釙等等，每衰變一次，就「Duang」出一部分α射線。

α射線的電離本領是幾種電離輻射中最強的，其能量可達5兆電子伏（1兆電子伏=1000千電子伏），而只需10電子伏的能量就能使原子電離，因此對活體細胞和組織的殺傷力極大。好在α射線在傳播過程中損耗很快，在空氣中只能傳播幾厘米，是穿透力最差的電離輻射，一張紙片和人的表層皮膚就能把它輕鬆攔下。宇宙射線中倒是有一部分「射程」較長的α射線，能夠穿透人體組織甚至薄金屬板，「然並卵」，它在到達地表之前早已被地球的大氣層和磁場消滅殆盡，只有身處太空的宇航員才需要提防它們。

因此，體外的α射線一般奈何不了我們——只要皮膚沒有傷口，就算直接觸摸也不用擔心「射傷」。但如果它的放射源隨呼吸、飲食和注射等方式被帶入體內，比如帶有放射性核素的粉塵、食物和飲水，形成「內照射」，殺傷力就大不一樣了。

對於組織器官密布的體內，α放射源會像個大燈泡一樣「烘烤」著周圍的細胞組織，幾厘米的「射程」不再是短板，再加上α放射源本身還有極強的化學毒性，因此危險性反而是最大的。維基百科英文網資料顯示，內照射時，α射線對活體組織造成的有效劑量，相當於等量γ射線和X射線的20倍。

十面埋「輻」你知多少

3種射線的穿透力對比示意圖

β射線

能穿皮膚「鋁」試不爽

β射線是一種高速電子流，帶負電，與α射線一同被盧瑟福發現。它通常來自非放射性元素的放射性近親（同位素），比如碘-131、氚（氫的兄弟）、鍶-90、鈉-24等，能量一般在幾十萬電子伏左右，明顯小於α射線。β射線的傳播距離比α射線稍長一些，可以穿透皮膚進入體內組織器官，需要幾毫米厚的鋁板或幾厘米厚的塑料板來阻擋。同樣因為帶電，β射線會被磁場干擾而改變傳播方向，或者與空氣中的正電荷「異性相吸」，它在外照射方面的威脅還算容易化解。內照射時雖然也有不俗的威力，但遠不及α射線兇猛。

X射線和γ射線

欺小怕大

1895年，德國物理學家倫琴發現了X射線（因此也叫倫琴射線）。1900年，法國化學家和物理學家維拉德在研究鐳元素時，發現了能量比X射線更高的γ射線。這兩種射線骨子裡是高頻電磁波，和可見光、紅外線、紫外線、無線電波、微波一同被列入電磁波譜中，不過它倆的能量之高是其他電磁波無法比擬的，所以也稱高能光子。

X射線的能量介於100電子伏至100千電子伏之間，γ射線的能量範圍則達到幾百千電子伏至10兆電子伏，其中鈷-60和銫-137兩種人造放射源的γ射線能量較為突出，常用於醫療、農業育種和工業測量領域。由於自身靜止質量為零，又不帶電，X射線和γ射線的穿透力遠在β射線之上，紙片、皮膚、木質板材和鋁板已經無法阻止它們了，所以在外照射時，這哥倆的危害是最大的。

進一步研究發現，X射線和γ射線在物質中的穿透力具有「欺小怕大」的特點：材質的密度和組成該材質的原子個頭越大，越能有效化解它們強大的輻射能量，厘米級以上厚度的混凝土層（核電站反應堆安全殼外層就是混凝土結構）和毫米級以上厚度的金屬鉛，是屏蔽X射線和γ射線的良材。

人體軟組織幾乎都由較小原子組成，對X射線的阻擋能力微乎其微，而富集鈣的骨骼結構吸收的輻射能量就多一些。X射線透視檢查就是利用物質的密度差，讓我們看到了一副「清秀」的人體骨架和乘客箱包里的秘密。

十面埋「輻」你知多少

X射線和γ射線穿透力極強，需要用緻密和原子體積較大的材質來阻擋，金屬鉛是最具性價比的選擇。

中子射線

擅長玩弄魔法

顧名思義，就是高速運動的中子流。中子是原子核中的組成單元之一，不帶電。在核電站里，它是觸發反應堆核裂變反應的「開關」。比起上面幾位兄弟，中子射線還能把本來沒有放射性的元素變成放射性元素——中子活化。體內原本乖巧無害的鈉元素被「灌下」一個中子之後，就成了具有放射性的鈉-24，帶來二次輻射。要屏蔽它，需要用水、石蠟、硼砂等富含氫元素或硼元素的物質來為它減速。不過幸運的是，中子射線露臉的場合要比其他射線少得多，來自宇宙中的中子射線微乎其微，地球上能自發釋放出中子射線的放射性元素也只佔很小一部分，對人體無關痛癢，只有核武器和嚴重核事故等極端情況，才會造成足以引起重視的中子輻射。

人體內竟然自帶輻射

不少化學和生物成分的危險性都遵循「關鍵看劑量」的邏輯，電離輻射同樣如此。計算人體輻射吸收劑量的單位叫希沃特（Sv，也譯作西弗），簡稱「希」。這是個很大的單位，短期內只要受到0.4希的電離輻射就會出現皮炎、脫髮、白細胞減少等急性中毒癥狀，超過2希就有致命危險，8希以上則回天乏術。為了計量方便，平時常用的單位是毫希、微希（1希=1000毫希；1毫希=1000微希）以及雷姆（rem，1雷姆=10毫希）。

由於宇宙射線和天然放射性元素幾乎無處不在，縱然沒有人工核設施，我們在生活中也是十面埋「輻」：照一次X射線胸透約為20微希，坐飛機每小時額外受到的宇宙射線輻射為3微希，在磚石或混凝土建築中住一年約70微希，胸部CT一次則高達5.8毫希，就連人體內的必需微量元素鉀，都有一部分是具有放射性的鉀-40，吃一根香蕉平均也會受到0.1微希來自鉀-40的輻射……

總賬算下來，聯合國原子輻射影響問題科學委員會統計得出，全球普通人每年受到的有效輻射劑量通常在1～10毫希之間，平均2.4毫希，其中八九成是宇宙射線和天然放射性元素的本底輻射，其餘幾乎都來自放射性醫療和診斷設備。以這樣的輻射劑量，健康人的細胞「體質」和修復能力足以平衡電離造成的不良影響，至於致癌風險，得加碼到100毫希/年以上才能辦到。對於不和放射性行業打交道的普通公眾來說，高緯度、高海拔和過分做放射性醫療，是導致輻射劑量較高的幾大因素。

十面埋「輻」你知多少

潔具、瓷磚等家裝建材會釋放少量放射性氣體氡，是室內電離輻射的主要來源。

「老煙槍」輻射量或超百倍

要說生活中真正需要關切的電離輻射，主要是氡造成的室內污染。

氡是一種無色無味的稀有氣體，易溶於水。氡的化學性質比較慵懶，正常狀態下不會和其他物質發生化學反應。它的厲害之處在於既能放出α射線也能放出γ射線，可以通過吸入和飲水潛入人體，所以內照射和外照射都很擅長。居室內的氡通常源自建築材料和裝飾材料，如礦渣磚、花崗岩、大理石、瓷磚等等。令人頭疼的是，常規的電離輻射屏蔽措施在居家中要麼收效甚微，要麼很難操作。除了源頭把控，性價比最高的方式還是通風換氣，讓室內空氣流動起來。

其實還有一個「毀三觀」的生活輻射源——吸煙。美國環保署指出，煙草還長在地里的時候就含有少量天然放射性核素鐳、氡-222、鉛-210和釙-210。美國國立衛生研究院（NIH）收錄的一篇文獻數據顯示，如果按每天一包半的吸煙量計算，吸煙者一年受到的輻射高達60～160毫希，超出常人幾十倍。

實際上，電離輻射就像水、電、氣一般，既能造福人類（工業和醫療領域的利用），又能荼毒生靈。只要了解輻射的特性，就能把潛在危害和風險降到最低。

十面埋「輻」你知多少