生活中的辐射及其控制

摘 要

这是一篇针对电离辐射的科普性文章。先容了电离辐射的观点、剂量的界说以及关于日常生涯与医疗中可能的辐射裸露的一些知识，旨在打消"对正常的辐射裸露的恐慌，同时遍及辐射防护的一些根本知识。

AbstractThis is a popular science article on the subject of ionizing radiation. This article introduces the concept of ionization radiation, the definitions of doses and some common sense about radiation exposure in our daily lives and medical diagnosis. This article is aimed at eliminating the public's panic about normal radiation exposure, with some basic knowledge of radiation protection.

1 辐射是什么

当代生涯中，人们越来越多地打仗到“辐射”这一观点。对付年夜多半人来说，最关怀的问题就是：“辐射对人体有没有危害啊。” 然而，我们注意到，在互联网上传播的不少有关辐射的科普，在讲授之前去往并没有将辐射的观点理清，给读者造成了较年夜的误会或迷惑。是以，在本文中，我们将从辐射的观点解释动身，联合日常生涯中的辐射实例来先容人们若何权衡辐射带来的危险，以解答读者关于辐射对人体是否有危害、有多年夜危害的疑惑。

起首，关于辐射的观点。辐射实在便是字面意义，如辐条一样地向外放射。它自己只是描写一种行动，可以用以描写许多物理进程。譬如热辐射，顾名思义，是描写热量从热源向别传播的一种进程，譬如紫外辐射则是描写紫外线流传的一种进程。但这些通常都不是年夜家生涯中所关怀的可能对人体发生危害的辐射。

在心理毁伤方面，尤其是在医学中，年夜家所关怀的会对人体发生危害的辐射实在便是核物理中异常经典的几类辐射：α辐射、β辐射、γ辐射与中子辐射。这些定名实在也都长短常字面意义了。α 指α粒子，即两个质子两个中子组成的氦原子核。β指电子，因为汗青缘故原由，它可能特指某些情形下的电子，不外我们此处就不做穷究了。γ辐射指高能光子的辐射。中子辐射便是中子的辐射，也是对性命体而言最可骇的一种辐射，不外好新闻这天常生涯中人们险些不会打仗到它。这些辐射是对生物体有害的，称为电离辐射(ionizing radiation)，“辐射防护”一词所针对的便是电离辐射。在生涯中，呈现电离辐射的场所一样平常都应有如图1所示的警示标记。

这时有同窗就会问了，年夜家平凡会很关怀的“手机、电脑、基站、旌旗灯号塔会不会发生辐射对人体有害”，这些辐射是电离辐射吗。起首，它们是低能电磁辐射，而非电离辐射。低能电磁辐射与介质的作用方式和电离辐射与介质的作用方式是完全两回事。此地方说的介质当然也包含人体。那么，低能电磁辐射对人体是否有害呢。今朝没有证据注解它们会对人体康健发生较为明显的伤害。当然，功率密渡过高的电磁情况会对人体发生不良的影响，不外有相关尺度严厉限定。在日常生涯中年夜家照样很难有机遇打仗到如斯强的低能电磁辐射的，由于当前城市内高功率电磁装备，如基站、电视旌旗灯号发射塔等，在建设之前均必要专业机构出具环评申报以确认其对情况影响极低。我国采纳的电磁辐射节制尺度可以参看我国生态情况部与国度质量监视查验检疫总局宣布的《电磁情况节制限值》[1]。是以，年夜家在正常的临盆生涯中并不必要担忧低能电磁辐射的康健风险问题，除非你是射电天文学家，会由于电磁污染破坏了你的观测成果而觉得心梗，或者你对电气装备的电流噪声觉得抓狂。

对本文而言，如非分外阐明，后文所说的“辐射”都专指电离辐射。

电离辐射对生物体发生的侵害是对遗传物资，也便是DNA的侵害。侵害方式主要有两种。一种是直接电离(direct ionization)，每每产生于α辐射、β辐射与部门X射线辐命中，这时入射粒子直接电离DNA分子，破坏其布局。另一种是间接电离(indirect ionization)，通常产生于γ辐射，这时辐射粒子并不克不及直接电离DNA分子，而是作用于细胞中的水分子天生自由基，这些自由基再去破坏DNA分子布局（图2）。

在细胞内，当DNA受到破坏之后，是存在修复机制的。有一种修复卵白(repair protein)平均散布于细胞中，它们可以或许逐渐修复受损的DNA。但修复也是必要光阴的，是以假如辐射过强、连续光阴过长或距离光阴过短等等，修复很可能会失败。这些修复失败的细胞可能死失落或者被肃清失落，也有可能将受损的遗传物资代代通报下去。无法完成复制或死失落的细胞导致了组织的坏死，遗传物资受损而未被修复的细胞连续决裂则有可能导致癌变与遗传效应。

是以，我们看到，辐射对生物体的毁伤效应分为两类。一类称为肯定性效应(deterministic effects)，例如皮肤灼伤、白内障和急性辐射综合征(acute radiation syndrome)等。还有一类称为随机性效应(stochastic effects)，包含癌变和遗传效应。肯定性效应在通俗人的日常生涯中很难遇到，由于它必要接受足够多的辐射才会发生。这种效应也被利用于灭菌与放疗（例如针对癌症的放射治疗，应用辐射杀伤癌细胞）。而平凡年夜家对辐射这一话题最关怀的则是随机性效应发生的伤害，尤其是癌变。

那么，辐射与癌变等心理毁伤毕竟有怎样的关系呢。受到辐射就必定癌变吗。这就必要引入剂量这一观点了。剂量可以用来权衡辐射对人体的危险水平。

2 辐射的剂量

出于辐射计量与辐射防护在很多分歧场景下的必要，物理学家们为辐射的器量引入了吸收剂量等剂量的观点。

吸收剂量(absorbed dose)，是一个纯物理的观点，界说是单元质量的介质中沉积的辐射能量，

，单元是戈瑞(Gray, Gy)。1Gy=1J-kg-1。它直接权衡了人体所受到的辐射影响的强度。对付一个全身裸露于辐射之中的人，危险剂量的阈值是0.5Gy，而折半致死剂量(semi-lethal dose)是5Gy。

因为分歧种类的入射粒子，或者说分歧种类的辐射，对人体的危害才能是分歧的（为什么分歧呢。此问题留给读者下来思虑），人们又引入了当量剂量(equivalent dose)的观点。当量剂量的界说是对某个组织或者器官内受到所受各类类辐射的均匀吸收剂量的加权乞降，

。此中wR是分歧粒子（以下标R指代）的辐射权重因子，DRT是该组织或器官（以下标T指代）内的某种辐射粒子的均匀吸收剂量。表1为分歧辐射粒子的权重因子wR。

显然，权重因子越年夜，注解此种辐射对细胞的危害才能越强。当量剂量的单元是希沃特(Sievert, Sv)。例如，一个组织或器官受到1Gy的α辐射或β辐射，那么它受到辐射确当量剂量便分离是20Sv或1Sv。注意，还有一个观点叫剂量当量，包含四周剂量当量(ambient dose equivalent)与小我剂量当量(personal dose equivalent)，与当量剂量是分歧的。此处我们不先容剂量当量，由于它是放射丈量学中引入的观点，此处暂不涉及。

为了更好描写整小我体受到辐射的影响，人们更进一步地引入了有用剂量(effect dose)的观点。这是由于人体分歧部位受到辐射发生的危害后果是分歧的，好比骨髓受到辐射发生的危害就年夜于膀胱受到辐射发生的危害。有用剂量的值是各部位确当量剂量依照必定的组织权重因子进行加权乞降的成果，

，单元仍旧是希沃特(Sv)。对付全身辐射，权重因子便是1。这些权重因子的值是由国际放射防护委员会ICRP订定的，订定的根据是对全生齿辐射伤害(detriment)的统计成果，而且没有将前文所说切实其实定性效应包含在内。表2给出了部门人体组织的权重因子wT。

必要阐明的是，对分歧种类辐射与分歧组织或器官的吸收剂量进行乞降以计算当量剂量与有用剂量的办法，是基于线性无阈假说(linear no-threshold model)的。该假说也是今朝天下列国进行"大众辐射治理所采纳的根据。在此假说下，辐射带来的康健风险与剂量成正比，每100mSv的有用剂量会增长1%的癌症风险。然而，在低剂量辐射的研讨中，这一假说是存在争议的。例如，位于伊朗的拉姆萨尔(Ramsar)有着全天下最高的自然辐射量本底（这一观点将在后文先容），高于天下均匀值数十倍，每人每年均匀辐射量可以到达260mSv。然而，今朝在本地并没有察看到统计明显的高癌症发病率。乃至有概念以为，接受必定的低剂量辐射是对康健有益的。今朝相关讨论仍在学界进行。

如今，有了剂量的器量，我们就能来探究辐射对人体的伤害了。人们无时无刻不受着辐射。一段光阴内，当辐射剂量在必定程度之下时，我们无需为此担心。当辐射剂量跨越必定程度，就会对人体发生明显的危害，我们必要加以防护。

3 生涯中的辐射

辐射离我们并不迢遥，由于每小我在日常生涯中时时刻刻都受着辐射。这些辐射是弗成避免的，主要来自于天然界。它们主要包含宇宙线辐射、陆地辐射(terrestrial radiation)、吸入或食用的带放射性物资这几年夜天然起源。这些辐射组成了针对年夜众的辐射防护范畴的所谓自然辐射量本底(natural radiation background)。近当代以来，人类社会进行的多次核实验与产生的核事故同样组成了日常辐射的起源，所幸监测显示这部门辐射的影响在逐年削弱。

关于年夜众日常所接受的辐射量的统计，我们可以引用结合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)的统计数据。一样平常而言，自然辐射本底造成的年夜众的年均匀剂量为2.4mSv。这部门便是生涯在地球上必然会接受的辐射。

在这2.4mSv的年均匀辐射量本底中，氡气的辐射是最明显的。氡气是一种自然存在于空气中的气体，属于吸入的带放射性物资。一小我均匀每年受到的氡气辐射剂量约为1.26mSv。这一数值在分歧地域差别很年夜，与衡宇的透风前提、建筑资料也有关系，其典型值在0.2~10mSv之间变化。氡气主要是α辐射。α射线的穿透才能很弱，打到人体身上，根本上还没穿透皮肤外面那层死皮就没了。可是，氡气会被人体吸入，直接达到肺部，发生内照耀(internal exposure)，严重的可以导致肺癌。

宇宙线辐射起源于太阳、超新星爆发与一些临时未明的系外起源。宇宙线辐射是很强的，但因为地磁场与年夜气层的掩护，来到地表的辐射已经年夜年夜削弱。一个在地球上生涯的人每年受到的宇宙线辐射约为0.39mSv，这个数值在分歧纬度、海拔略有分歧。值得一提的是，远程飞行会增长宇宙线辐射量。譬如一趟十小时的洲际航班所受辐射的典型值是0.03mSv。

陆地辐射主要起源于地层中的钾-40、铀-238及其衰变产品、钍-232及其衰变产品。这些放射性核素广泛存在于天然界中。每年每人均匀受到该起源辐射0.48mSv。而吸入的空气和日常的食品中含有的放射性核素也会带来辐射剂量的进献。这部门的年辐射量约为0.29mSv。

有趣的是，在其他一些零碎的辐射起源中，包含了人体自身的辐射。由于人体内是含有碳-14和钾-40的，它们会放射出β射线与γ射线。一小我每年受到本身的辐射年夜约在0.4mSv级别。同样的，每小我也都邑对其他人发生微量的辐射，由于人体内发生的β射线虽然很难穿透人的身材，穿透才能强的γ射线却并不会在人体内耗费殆尽，它们会继续向外放射。

依据前文提到的线性无阈假说，辐射剂量越高康健风险越高，是以人们在本底之上订定了法定的年照耀剂量限值。这是一个推定的平安上限。在我国，依据国度尺度GB 18871—2002划定，对通俗人，是每年有用剂量1mSv，而对因为事情必要会历久打仗放射源的专业人士，是每年有用剂量20mSv[3]。只要不跨越这个限值，都不消担忧康健风险。

在当代社会，还有一类辐射对人们的日常生涯异常紧张，也受到人们很高的存眷，那便是医疗中的辐射裸露。当代医学借助放射学的原理实现了多种多样的造影成像技术，在极年夜晋升了诊疗程度的同时，也给患者带来了辐射伤害方面的挂念。接受放射科的反省，会给我们的身材带来侵害吗。经由过程有用剂量，我们可以权衡这些反省项目标康健风险。表3给出了部门医学成像项目标辐射剂量。

对付通俗的拍片，其剂量都很微弱。例如拍胸片，一次胸片所受到的辐射在0.1mSv以下。每两周拍一次的话，一年下来的量和自然辐射本底相称。年夜家也不是没事儿就去拍一张，是以，必要作此反省时也不必觉得畏惧。而PET成像与CT等断层扫描技术的辐射量是较年夜的，在10~15mSv之间，是以如非需要，建议每次反省至少距离四五年。

另外，必要注意的是，核磁共振或磁共振成像(MRI)并不是应用放射性物资成像，是以没有辐射。

放疗并不包含在"防护意义的医疗辐射裸露的讨论之中。

4 辐射影响生涯的其他方面

除了年夜家关怀较多的日常生涯中的辐射风险之外，辐射在其他许多方面都饰演侧重要的脚色。

在食物工业中，辐射处置，纵然用射线辐照食物，被普遍利用。在绝年夜多半欧美国度与我国，食物工业的辐射处置都是被许可乃至有贸易利用的。食物的辐射处置主要是为了杀灭寄生虫、灭菌、保鲜。颠末规范辐射处置的食物是完全平安的。

撤除食物，应用辐射进行消毒灭菌处置也普遍利用于其他工业产物，例如医学上使用的防护用品。在新冠疫情时代，使用辐射处置防护服等医疗用品，比传统化学办法具有更快的速率，有力地支撑了抗疫事情。

而自然辐射量本底中的一项紧张起源，宇宙线辐射，则是妨害人类太空观光的一个紧张因素。对国际空间站的宇航员的统计注解，在国际空间站勾留六个月所受到的辐射量约为80~160mSv。国际空间站固然处在年夜气层外，但它还处于地磁场的掩护之下，而且舱体也有辐射防护步伐。当人类向更深空进发，将生涯的范畴扩大至地球之外，宇宙线辐射的威逼将更年夜，辐射防护将是一个紧张的课题。

参考文献

[1]GB 8702—2014, 情况掩护部, 国度质量监视查验检疫总局. 电磁情况节制限定[S]. 2014.

[2]The Swiss Federal Council. Radiological Protection Ordinance[Z]. 2017: 118-119.

[3]GB 18871-200, 国度质量监视查验检疫总局. 电离辐射防护与辐射源平安根本尺度[S]. 2002.

[4]HARRISON J D, BALONOV M, BOCHUD F, et al. ICRP Publication 147: Use of Dose Quantities in Radiological Protection. Annals of the ICRP 50(1)[R]. Ottawa: ICRP, 2021.

作者简介: 李雨随，女，洛桑联邦理工学院硕士研讨生在读，研讨偏向为繁杂体系统计物理，yusui.li@epfl.ch。

引文格局:李雨随. 生涯中的辐射及其节制[J]. 物理与工程，2022，32（2）：收集首发.

Cite this article:LI Y S. Radiation in life and its restrictions[J]. Physics and Engineering, 2022， 32（2）：Online First. (in Chinese)

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