核辐射乱谈

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核辐射乱谈

  1. 1. 核辐射乱谈<br />Tony Deng<br />http://twitter.com/wolfdeng<br />http://friendfeed.com/tonydeng<br />http://delicious.com/wolf.deng<br />http://wolfchina.blogbus.com<br />
  2. 2. 写在前面的话<br />日本大地震引发的核电站爆炸吸引了全世界的的目光。<br />由于有两颗原子弹以及切尔诺贝利核电站事故的阴影在前,人们对核辐射通常谈之色变,对遭受辐射的后果忧心忡忡,甚至产生恐慌。<br />由于此次灾害性事故发生在我们的邻国日本,故此更是格外引起大家的关注<br />
  3. 3. 无所不在的辐射<br />我们生活的世界里有着各种各样的辐射:<br />从穿越星系而来的宇宙射线、<br />核电站的核燃料到家里的大理石地板砖,<br />从医院的X光机到阳光里的紫外线,<br />从手机、微波炉、高压线到电视台广播台的信号塔,<br />辐射无所不在,到处都是可能成为人们畏惧辐射的对象。<br />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?<br />
  4. 4. 我们关心的辐射<br />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<br />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。<br />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:<br />alpha射线(氦核)、<br />beta射线(电子束)<br />gamma射线(高能光子)<br />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;<br />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;<br />而高能宇宙辐射在大气里面也会产生大量的次级辐射。<br />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。<br />
  5. 5. 什么是电离辐射<br />所谓电离辐射,顾名思义是指能够使物质发生电离的辐射。<br />电离辐射通常可分为两类,<br />一类为高频率的电磁波,如X射线、γ射线;<br />另一类为高能粒子束,如α、β 粒子或中子束等。<br />
  6. 6. 人类接受辐射的途径<br />人类接受的辐射有两个途径,称为内照射和外照射。Α、β、γ三种射线由于其特征不同,其穿透物质的能力也不同,他们对人体造成危害的方式不同。<br />α粒子只有进入人体内部才会造成损伤,这就是内照射;<br />γ射线主要从人体外对人体造成损伤,这就是外照射;<br />β射线既造成内照射,又造成外照射。<br />
  7. 7.
  8. 8. 核辐射=危险?<br />我们无时不刻不在受到各种核辐射。<br />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。<br />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<br />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)。<br />
  9. 9. 核电站的恐惧是没有道理的<br />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。<br />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。<br />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<br />
  10. 10. 核辐射对生物体的伤害是怎么造成的呢?<br />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。<br />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。<br />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。<br />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。<br />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。<br />
  11. 11.
  12. 12. 辐射与进化<br />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。<br />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。<br />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。<br />
  13. 13. 日常生活中的辐射<br />引发电离辐射的放射性物质是人类居住环境的组成部分,日常生活中的电离辐射<br />41%来自石头、泥土及建筑材料中的放射性气体;<br />28%来自岩石、土壤中的放射性物质;<br />15%来自X射线等医疗辐射;9%来自食物和饮料中的天然放射性核素;<br />6%来自宇宙射线;<br />1%来自高空飞行等。<br />天然辐射源所致平均辐射剂量就世界范围来看,每人每年大约为2.4mSv。<br />而我们所关心的“电离辐射危害”指的是人们在利用射线和核能时受到超过一定剂量的电离辐射而造成的健康影响。<br />
  14. 14.
  15. 15. 电离辐射对身体影响<br />电离辐射对生物体的效应是通过电离辐射的能量作用于生物大分子和水,使得后者发生分子不稳定、分子重排、产生自由基并造成损伤。<br />在这其中受影响最大的就是 DNA分子。受损的DNA可以经体内酶系统修复,但也可能发生错误修复,这是电离辐射可能诱发癌症的原因之一。<br />分子电离、自由基产生、化学键断裂使得亚细胞结构破坏,表现为细胞代谢、结构、功能的改变。<br />相同辐射剂量作用下,不同细胞出现的损伤程度不同。一般来说,淋巴组织、骨髓、小肠上皮和性腺对辐射最为敏感;其次是角膜、晶状体、内皮细胞等;肌肉、骨骼、软骨和结缔组织对辐射最不敏感。<br />
  16. 16. 电离辐射造成的危害<br />从时限上来说,大量电离辐射造成的危害可分为早期效应和延迟效应。<br />早期效应<br />早期效应发生在暴露后几星期内,如急性放射综合征( acute radiation syndrome,ARS),表现为反复发生并逐渐加重的恶心、呕吐、腹泻,同时伴随疲乏、发热、食欲下降、抽搐甚至昏迷,严重者在几个月内死亡。<br />多数 ARS患者会有骨髓损伤,由于免疫和造血功能下降,发生严重的致病菌感染和内出血。<br />ARS还包括严重的皮肤灼伤,表现为皮肤发痒,刺痛,红斑或水肿。皮肤损害可迁延数周或数月,有时会危及生命。<br />延迟效应<br />延迟效应则包括辐射白血病,辐射致癌,放射性白内障,遗传损伤等。<br />其中辐射致癌与辐射致遗传病又称为电离辐射的随机性效应。<br />随机性效应的发生几率与辐射剂量成正比,但严重程度与辐射剂量无关。<br />根据受辐射细胞的种类,又可将电离辐射的效应分为躯体效应和遗传效应,前者作用于体细胞,后者作用于生殖细胞。辐射造成的皮肤损伤、骨髓损伤、乳腺疾患和甲状腺疾患,以及辐射致癌均可归于躯体效应;而辐射造成不育、胚胎死亡或胎儿畸形、遗传病等则归于遗传效应。<br />
  17. 17. 【注:有效剂量数值小,年当量剂量数值大,是因为前者是后者乘以各器官组织的权重系数得到的平均值,而不是说只要某器官接受了超过5mSv的照射,就一定超过了“每年1mSv,特殊情况下,如果5个连续年不超过1mSv,则某一单一年份可提高到5mSv”的限值。】<br />
  18. 18. CT与核辐射<br />2007年David J. Brenner在新英格兰医学杂志发表综述称,每单次CT扫描将使成人受到15mSv,新生儿受到30mSv的辐射,而一次CT检查常需进行2-3次扫描,这个剂量大约相当于一组25000名日本核弹爆炸后幸存者所受到的照射量(小于50mSv)。而这组平均接受了40mSv的核弹爆炸幸存者的研究中,癌症的总体发生率明显提高了;另外,他援引了一项对象为400000名核工业放射工作者的医学研究,这些工作者暴露于平均20mSv的电离辐射中(相当于一次CT扫描所接受的辐射剂量),结果发现随着暴露剂量的提高,死于肿瘤的风险也提高了。故此David J. Brenner认为CT扫描(辐射剂量大约在30-90mSv)会增加肿瘤风险的流行病学证据是“直接”的,随着CT扫描在临床使用越来越广泛(美国每年有6200万人次进行CT检查),它所带来的辐射伤害不可忽视——美国每年1.5-2%的肿瘤可能由于CT检查所致。<br />
  19. 19. 对CT的危害的质疑<br />不过在专业领域,对此文的质疑之声并不少。质疑意见大概有以下几点:<br />首先,目前并无CT检查会增加肿瘤发病风险的直接报告,一切结论均是从其他类型辐射推断而来,说服力不足;<br />其次,低剂量电离辐射致癌的“线性无阈值模型”在使用上还有争议;根据动物实验、放疗经验及其他流行病学调查,辐射剂量低于100mSv时并未观察到肿瘤发生率增高的迹象;<br />更有人指出,美国自1980年以来估计共有5.5亿人次接受了CT检查,1990年前这个数字是7500万,那么有如此多在1990年后接受了CT检查的人,该有更多人罹患肿瘤才是,可是事实上这些数字惊人的“癌症患者”并没出现。低剂量电离辐射究竟对人体健康有多大影响现在仍处于激烈争吵中。<br />
  20. 20. 建议<br />对于公众而言,正确的做法是在专业人士们吵出个一致意见之前保持冷静,不要无端恐慌,也不要掉以轻心。对大到核燃料泄漏级别的电离辐射做好防护,严密关注事态动向;对小到日常医疗照射剂量的电离辐射提高警惕,避免无意义的暴露。了解相关知识、相信科学会使我们的生活更加安全。<br />
  21. 21. 谢谢观赏<br />谢谢观赏<br />

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