由于宇宙射線和地球上天然放射性元素的影響，“危”風(fēng)凜凜的“核輻射”在我們?nèi)粘Ｉ顜缀鯚o處不在，工作，生活和學(xué)習(xí)無形中都要接觸輻射源，比如來自地外的宇宙射線、家裝材料中的放射性成分、去醫(yī)院做X光和CT檢查等。生活中的核輻射到底可不可怕?哪些是人體可以忽略的?哪些又是長期接觸很高危的?該如何防護(hù)它們的傷害?
輻射，是一種能量，以電磁波或粒子形式在真空或者物質(zhì)媒介中傳播。自然界中，某些原子本身并不穩(wěn)定，有可能分裂或轉(zhuǎn)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(jié)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(yán)格來說，電離輻射才是核輻射正確的稱呼。
發(fā)現(xiàn)天然放射性的第一人——法國物理學(xué)家貝克勒爾
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(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)放射性的兩年后，居里夫婦發(fā)現(xiàn)另外兩種元素——鐳和釙也有這樣的性質(zhì)，并把物質(zhì)能夠放出某種射線的特性稱為“放射性”。由于在放射學(xué)方面的深入研究和杰出貢獻(xiàn)，貝克勒爾和居里夫婦共同獲得了1903年諾貝爾物理學(xué)獎。
1975年，第十五屆國際計(jì)量大會為紀(jì)念貝克勒爾，將放射性活度(表示放射性強(qiáng)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(fā)生衰變——發(fā)出電離輻射。此前，國際上一直用以居里(Ci)命名的單位。
19世紀(jì)末，居里夫婦發(fā)現(xiàn)了放射性元素鐳，并明確了放射性的定義。
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(nèi)的原子被射線附帶的巨大能量電離，無異于破壞了體內(nèi)各種生物大分子的結(jié)構(gòu)，特別是一些具有重要生理功能的成員，如細(xì)胞膜、復(fù)制中的DNA、重要的代謝酶、關(guān)鍵蛋白質(zhì)等等。
即使在健康狀態(tài)下，人體內(nèi)的各種生理生化反應(yīng)也難免會出現(xiàn)一些瑕疵和小故障，就連DNA序列這樣重要的密碼結(jié)構(gòu)也有缺失、錯排的情況發(fā)生。只是瑕不掩瑜，而且身體有修復(fù)機(jī)制來應(yīng)對，所以不會有實(shí)質(zhì)性危害。而電離輻射會引起故障率的增加，使更多細(xì)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(fù)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(fēng)險增加等后果。由于早年不了解電離輻射的危害和防護(hù)，被放射線長期照射的科學(xué)家不在少數(shù)，居里夫人的逝世正是由于電離輻射 引發(fā)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(xì)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(nèi)照射(進(jìn)入人體的放射性核素在體內(nèi)發(fā)出射線照射人體)。減少接觸、敬而遠(yuǎn)之(距離越遠(yuǎn)輻射越弱，并且衰減速度也越快)和材料屏蔽，是防護(hù)電離輻射的三大路徑。由于不同射線的屬性和殺傷力是有區(qū)別的，防護(hù)對策也各有不同。我們挨個扒出來看看吧。
3種射線的穿透力對比示意圖
α射線：體外無妨 體內(nèi)猖狂
1898年，有“原子物理學(xué)之父”稱號的英國物理學(xué)家盧瑟福在研究放射性元素衰變時，發(fā)現(xiàn)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(zhì)量和體型較大的放射性元素，如鋦、镅、鈾、钚、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(lǐng)是幾種電離輻射中最強(qiáng)的，其能量可達(dá)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(xì)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松攔下。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，“然并卵”，它在到達(dá)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(dān)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(nèi)，比如帶有放射性核素的粉塵、食物和飲水，形成“內(nèi)照射”，殺傷力就大不一樣了。
對于組織器官密布的體內(nèi)，α放射源會像個大燈泡一樣“烘烤”著周圍的細(xì)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(qiáng)的化學(xué)毒性，因此危險性反而是最大的。維基百科英文網(wǎng)資料顯示，內(nèi)照射時，α射線對活體組織造成的有效劑量，相當(dāng)于等量γ射線和X射線的20倍。
電離輻射造成DNA損傷示意圖
β射線：能穿皮膚 “鋁”試不爽
β射線是一種高速電子流，帶負(fù)電，與α射線一同被盧瑟福發(fā)現(xiàn)。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，明顯小于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(jìn)入體內(nèi)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?yàn)閹щ姡?beta;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(nèi)照射時雖然也有不俗的威力，但遠(yuǎn)不及α射線兇猛。
潔具、瓷磚等家裝建材會釋放少量放射性氣體氡，是室內(nèi)電離輻射的主要來源。
X射線和γ射線：欺小怕大
1895年，德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線(因此也叫倫琴射線)。1900年，法國化學(xué)家和物理學(xué)家維拉德在研究鐳元素時，發(fā)現(xiàn)了能量比X射線更高的γ射線。這兩種射線骨子里是高頻電磁波，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射線的能量介于100電子伏至100千電子伏之間，γ射線的能量范圍則達(dá)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，常用于醫(yī)療、農(nóng)業(yè)育種和工業(yè)測量領(lǐng)域。由于自身靜止質(zhì)量為零，又不帶電，X射線和γ射線的穿透力遠(yuǎn)在β射線之上，紙片、皮膚、木質(zhì)板材和鋁板已經(jīng)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(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，X射線和γ射線在物質(zhì)中的穿透力具有“欺小怕大”的特點(diǎn)：材質(zhì)的密度和組成該材質(zhì)的原子個頭越大，越能有效化解它們強(qiáng)大的輻射能量，厘米級以上厚度的混凝土層(核電站反應(yīng)堆安全殼外層就是混凝土結(jié)構(gòu))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(jié)構(gòu)吸收的輻射能量就多一些。X射線透視檢查就是利用物質(zhì)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。X射線和γ射線穿透力極強(qiáng)，需要用致密和原子體積較大的材質(zhì)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(yùn)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(fā)反應(yīng)堆核裂變反應(yīng)的“開關(guān)”。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(nèi)原本乖巧無害的鈉元素被“灌下”一個中子之后，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(zhì)來為它減速。不過幸運(yùn)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(fā)釋放出中子射線的放射性元素也只占很小一部分，對人體無關(guān)痛癢，只有核武器和嚴(yán)重核事故等極端情況，才會造成足以引起重視的中子輻射。
1896年1月23日，X射線發(fā)現(xiàn)者、德國物理學(xué)家倫琴以妻子的手為對象拍下了人類史上第一張X光片，圖中的“異物”是一枚戒指。
人體內(nèi)竟然自帶輻射
不少化學(xué)和生物成分的危險性都遵循“關(guān)鍵看劑量”的邏輯，電離輻射同樣如此。計(jì)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(nèi)受到0.4希的電離輻射就可能會出現(xiàn)皮炎、脫發(fā)、白細(xì)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(shù)。為了計(jì)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)。
由于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(shè)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(jī)每小時額外受到的宇宙射線輻射為3微希，在磚石或混凝土建筑中住一年約70微希，胸部CT一次約5.8毫希，就連人體內(nèi)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(lián)合國原子輻射影響問題科學(xué)委員會統(tǒng)計(jì)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，其余幾乎都來自放射性醫(yī)療和診斷設(shè)備。以這樣的輻射劑量，健康人的細(xì)胞“體質(zhì)”和修復(fù)能力足以平衡電離造成的不良影響，至于致癌風(fēng)險，得加碼到100毫希/年以上才能辦到。對于不和放射性行業(yè)打交道的普通公眾來說，高緯度、高海拔和過分做放射性醫(yī)療，是導(dǎo)致輻射劑量較高的幾大因素。
氡幾乎是日常生活中的頭號電離輻射源，圖為美國人均年輻射吸收量及來源組成。
“老煙槍”輻射量或超百倍
要說生活中真正需要關(guān)切的電離輻射，主要是氡造成的室內(nèi)污染。
氡是一種無色無味的稀有氣體，易溶于水。氡的化學(xué)性質(zhì)比較慵懶，正常狀態(tài)下不會和其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。它的厲害之處在于既能放出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(nèi)照射和外照射都很擅長。居室內(nèi)的氡通常源自建筑材料和裝飾材料，如礦渣磚、花崗巖、大理石、瓷磚等等。令人頭疼的是，常規(guī)的電離輻射屏蔽措施在居家中要么收效甚微，要么很難操作。除了源頭把控，性價比最高的方式還是通風(fēng)換氣，讓室內(nèi)空氣流動起來。
其實(shí)還有一個“毀三觀”的生活輻射源——吸煙。美國環(huán)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(wèi)生研究院(NIH)收錄的一篇文獻(xiàn)數(shù)據(jù)顯示，如果按每天一包半的吸煙量計(jì)算，吸煙者一年受到的輻射高達(dá)60～160毫希，超出常人幾十倍。
實(shí)際上，電離輻射就像水、電、氣一般，既能造福人類(工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)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(fēng)險降到最低。
