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  • 辐射的危害(上--核辐射)

  • 2019-12-20 点击:
  • 辐射-物理学上的定义为:热,光,声,电磁波等物质向四周传播的一种状态。辐射本身是中性词,但是某些物质的辐射可能会来到危害。科学家指出,我们生活的世界里本身就存在着各种各样的辐射:从穿越星系而来的宇宙射线、核电站的核燃料到家里的花岗岩地板砖,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。

    应该讲,随着科技的发展,基于辐射的各种现代化技术还给我们极大的便利,各种电子产品、手机、家电等等,通过这些设备及技术,许多在以前非常难以办到的事情现在却变得非常轻松,甚至你只需简单的动一下手指头,您所需要的东西都能通过各种电子产品办到。然而这些产品本身却存在着各种各样的辐射,这些辐射对我们的身体健康会不会带来伤害?许多人都难以说清。要真正了解辐射,我们首先要认识它。

    我们关心的辐射,大体上可以粗略地分成两类,核辐射(电离辐射)和电磁辐射(非电离辐射)。这两种辐射并不是截然分开,比如核辐射里面的gamma射线也是光子能量比较高的电磁波。

    物理名词释义:光、电磁波和光子

    l  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。

    我们首先来了解核辐射:核辐射就是指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,这些物质具有非常强的电离作用,所以核辐射又可以理解为电离辐射。

    常见的放射性的元素列表

    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:α射线(氦核)、β射线(电子束)和γ射线(高能光子);α射线和β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,但是这两种射线的电离作用非常强,而且容易在食物、植物、土壤、岩石、金属等多种材料里累积长期存在,所以对人体的危害也是相当大的。而γ射线虽然没有电离作用,但是它的穿透力非常强,所以更需要严格控制。

    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。

    科学家指出,其实我们生活世界里充满各种各种核辐射,比如我们喝的水、呼吸的空气等里面都含有极少量的放射性元素,空气里面有一定的碳14β射线成氮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。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)。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。

    自然辐射远处不在

    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,核电站里面的核裂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,所以对核电站的恐惧是完全没有必要的。

    了解了什么是核辐射,我们再来了解一下核辐射对生物体的伤害是怎么造成的: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。

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    核辐射有一定的可能性对细胞里的DNA等分子造成伤害

    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,数据均来自联合国原子辐射效应科学委员会,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SvSievert,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 mSv

    医疗检查:

    0.4 mSv

    随医疗保健水平不同在0.04-1.0之间

    大气核试验:

    0.005 mSv(高峰值0.15 出现在1963年)

    切尔诺贝利事件:

    0.002 mSv(北半球平均值)

    1986年高达0.04 mSv,事故附近地区比较高

    核能利用(核电站):

    0.0002 mSv

    高辐射行业职工每人每年受到的辐射:

    核燃料处理:

    1.8 mSv

    应用核辐射的工业:

    0.5 mSv

    核能利用(核电站工作人员):

    1.12 mSv

    国防:

    0.2 mSv

    医用辐射:

    0.3 mSv

    教育科研:

    0.1 mSv

    航空(飞行员和空姐):

    3.0 mSv

    采矿(不包括煤矿):

    2.7 mSv

    煤矿:

    0.7 mSv

    矿物处理加工:

    1.0 mSv

    其他:

    每次X光检查的辐射:

    1.2 mSv

    随部位、观察对象不同而不同: 四肢和关节,<0.01 mSv; 胸透,0.02 mSv;钡餐,3 mSv

    坐飞机一小时的辐射:

    0.00425 mSv

    核电站周围:

    0.001-0.02 mSv

    注:关于X光检查辐射的数据,1.2mSv的数据是由联合国原子辐射效应科学委员会根据全世界每千人年X光检查次数和由此产生的年人均剂量计算而来,并不能完全说明每次X光检查的剂量。另外,新加坡善达社区医院关于X光检查的说明文件里面注明,每次检查的辐射剂量随部位不同而不同,一般的检查辐射剂量较小,比如四肢和关节部位为小于0.01mSv,胸透为0.02mSv;而某些特殊检查剂量较大,比如钡餐为3mSv。一般的X光检查相对于每年的天然辐射剂量并不显著,没有必要害怕。再者,X光检查是医疗需要的检查,是医护人员发现病症、治疗病症的必须手段,必须遵照医嘱。

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