辐射伤害知多少上

　　我们生活的世界里有着各种各样的辐射：从穿越星系而来的宇宙射线、核电站的核燃料到家里的大理石地板砖，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，到处都是可能成为人们畏惧辐射的对象。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？
　　我们关心的辐射，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〔见文末备注〕。
　　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。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：alpha射线（氦核）、beta射线（电子束）和gamma射线（高能光子）；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。
　　核辐射危险？
　　我们无时不刻不在受到各种核辐射。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。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。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（naturalbackgroundradiation）。
　　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，核电站里面的核聚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，对核电站的恐惧是没有道理的（关于核电站的讨论：小蓟夏静好的《核电站安全吗？》）。
　　核辐射对生物体的伤害是怎么造成的呢？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。
　　核辐射有一定的可能性对细胞里的DNA等分子造成伤害（原图来自windows2universe网站）
　　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〔1〕，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Sv（Sievert，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
　　（naturalbackgroundradiation）：2。4
　　医疗检查：0。4（随医疗保健水平不同在0。041。0之间，2008年数据为0。6〔2〕）
　　大气核试验：0。005（高峰值0。15出现在1963年）
　　切尔诺贝利事件：0。002（北半球平均值，1986年高达0。04，事故附近地区比较高）
　　核能利用（核电站）：0。0002
　　高辐射行业职工每人每年受到的辐射：
　　核燃料处理：1。8
　　应用核辐射的工业：0。5
　　核能利用（核电站工作人员）：1。12（随技术的进步减小〔4〕）
　　国防：0。2
　　医用辐射：0。3
　　教育科研：0。1
　　航空（飞行员和空姐）：3。0（另一个来源的数据：1。03。4〔3〕）
　　采矿（不包括煤矿）：2。7
　　煤矿：0。7
　　矿物处理加工：1。0
　　其他：
　　每次X光检查的辐射：1。2（根据〔1〕计算，随诊断部位和方法的不同而不同）
　　坐飞机一小时的辐射：0。00425（根据〔3〕计算）
　　核电站周围：0。0010。02〔5〕
　　（未完待续）
　　备注：光、电磁波和光子
　　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。
　　参考：
　　1。联合国原子辐射效应科学委员会，ReportoftheUnitedNationsScientificCommitteeontheEffectsofAtomicRadiationtotheGeneralAssembly，http：www。unscear。orgunscearenpublications20001。html
　　2。联合国原子辐射效应科学委员会，Sourcesofionizationradiation，http：www。unscear。orgunscearenpublications20081。html
　　3。J。C。SaezVergaraandR。DominguezMompellRoman，TheimplementationofcosmicradiationmonitoringinroutineflightoperationofIBERIAAirlineofSpain：1Yofexperienceofinflightpermanentmonitoring，RadiationProtectionDosimetry136，291（2009）。
　　4。ByoungilLeeetal。，RadiationdosedistributionforworkersinSouthKoreannuclearpowerplants，RadiationProtectionDosimetry140，202（2010）。
　　5。《核辐射》，中国辐射探测网，http：www。raydetect。comarticle080525115757。html
　　感谢水龙吟、fwjmath、Sheldon、AlbertJiao、Lewind和Ent对本文的帮助，在成文过程中在新浪微博上受到了方舟子的启发，在这里表示感谢。
　　（本文来自科学松鼠会）