核輻射傷害知多少

本文來自《果殼網》 原文連結

沐右 物理博士

我們生活的世界裡有著各種各樣的輻射：從穿越星系而來的宇宙射線、核電站的核燃料到家裡的大理石地板磚，從醫院的X光機到陽光裡的紫外線，從手機、微波爐、高壓線到電視臺廣播臺的信號塔，輻射無所不在，到處都是可能成為人們畏懼輻射的對象。有些人對「輻射」非常恐懼，你甚至可以買到專門用來屏蔽無線電波的「防輻射孕婦裝」、「防輻射床單」。還有各種諸如「木耳防輻射」、「仙人掌防輻射」、「瓶裝礦泉水防輻射」、「喝酸奶防輻射」等等流言。那麼，我們到底對輻射了解多少呢？這些防輻射的裝備真的能防輻射嗎？

我們關心的輻射，可以粗略地分成兩類，核輻射和電磁輻射。這兩種輻射並不是截然分開，核輻射裡面的gamma射線也是光子能量比較高的電磁波[見文末備註]。

核輻射就是放射性元素產生的輻射，是攜帶很高能量的質子、中子、氦原子核、電子、光子等等。放射性元素會不斷地發生衰變反應，變成另外一種物質並放出輻射，輻射的射線有三種：alpha射線（氦核）、beta射線（電子束）和gamma射線（高能光子）；原子質量比較大的放射性元素也會發生裂變反應（核電站或原子彈）放出中子或其他射線；較輕的原子核在一定條件下會發生聚變反應放出中子或者質子射線；而高能宇宙輻射在大氣裡面也會產生大量的次級輻射。我們日常生活中不會遇到聚變反應，裂變反應產生的射線一般也只有在核電站裡才有，所以比較常見的是放射性元素的衰變射線和宇宙輻射。

核輻射=危險？

我們無時不刻不在受到各種核輻射。放射性元素衰變的三種射線裡面，alpha和beta這兩種射線在空氣裡面傳播的距離都比較短，不近距離接觸放射性元素對人體是沒有影響的，「防輻射服」和普通的衣物對於人體外部的這兩類射線都有一定的防護效果。但是實際上我們喝的水，呼吸的空氣，裡面都含有少量的放射性元素，比如空氣裡面有一定的碳14（beta衰變成氮14）、地下水和土壤裡含有微量的氡，等等。所以實際上，我們體內就有相當量的放射性元素，給我們帶來從內到外的核輻射。更不用提提穿透性很強gamma射線，還有從天而降的高能宇宙輻射在大氣裡產生的大量次級輻射。所謂的「防輻射服」並不能防範這些輻射，完全隔絕這些輻射是不可能也是不必要的。人們受到的這部分核輻射一般稱為天然輻射或自然輻射（natural background radiation）。

某些情況下，在工作場所（核電站）或者生活中（發生過核爆或者核汙染的城市）會在天然輻射之外接觸到更多的輻射。只要人體受到的輻射量不超過一定的標準，比如說和天然輻射比較小很多，就可以認為是安全的。比如說，核電站裡面的核裂變反應是與外界隔絕開的，並沒有太多的輻射洩漏出來，而在核電站內部的工作人員一般會配備輻射劑量表，核電站周圍的輻射也會受到監控，以此來保證工作人員和周圍居民的安全。核電站對周圍核輻射的貢獻比天然輻射小的多，對核電站的恐懼是沒有道理的。

核輻射對生物體的傷害是怎麼造成的呢？生物體內有大量的各種分子，分子內部的化學鍵一般鍵能為二到十個電子伏。核輻射的各種微觀粒子帶有的能量都比化學鍵的鍵能高，因此有一定的可能性破壞人體內分子的化學鍵，造成分子的性質改變。大部分情況下，細胞內的個別分子被破壞失去生理活性之後，或者整個細胞受損死亡後，會很快被人體分解吸收、重新利用，不會造成重大的傷害。核輻射對生物體的傷害在食品生產中用來常溫殺菌，食品經過高強度的射線照射之後可以保證大部分的細菌被滅殺。治療癌症的放射療法（放療）是另外一種應用，通過對癌變的部位進行高強度的輻射處理，使得癌細胞（也包括正常細胞）大量死亡，達到抑制癌症的目的。

核輻射有一定的可能性對細胞裡的DNA等分子造成傷害（原圖來自windows2universe網站）

在極少數情況下，這種傷害可能會造成細胞內染色體上基因的變化，如果恰巧是生殖細胞的基因被改變了，那麼如果能夠產生正常的後代，就有可能獲得一些新的性狀。太空育種、輻射育種就是利用高強度的輻射處理種子，然後從這些受到高強度輻射之後還能夠發芽的種子裡面篩選培育，獲得性能比較好的新品種。因為天然輻射而產生的新基因、新品種在生物進化過程中也起到了相當重要的作用，從這個角度來說，維持一個低水平的輻射對於生物種群的進化和發展是有好處的。

當然，這種傷害也有一定可能會導致正常的體細胞基因發生變化，如果這種變化不能修復並且細胞仍然存活，就有可能出現細胞不受控制地複製的情況，就成了癌細胞了。因此，長時間接受較高強度的核輻射是有導致癌症的可能性的。但是，如果受到的輻射強度不大的話，就不用去擔心。像前邊說過的，日常受到的核輻射是不可能完全隔絕的，這樣的危險總是難以避免，擔心也沒有用，沒有必要過於恐懼。儘量避免接觸強的核輻射就好了，比如說應該小心放射性超標的大理石地板、避免直接接觸核材料。居裡夫人因白血病去世，鄧稼先因直腸癌去世，這可能和他們長時間接觸放射性物質有關係。

下面的表格列出了一些跟生活相關的輻射數據，除特殊說明外，數據均來自[1]，不同來源的數據可能在細節上略有差別，不過大體的數量級應該是一致的。數據用來衡量輻射對生物體組織的傷害（劑量當量），單位是Sv（Sievert，譯作西弗或者希沃特），一Sv等於一焦耳每千克，表格裡面單位比較小，實際是毫（千分之一）Sv。從表格裡面可以看出，除航空、採礦行業之外，高輻射行業的職工在工作中受到的輻射都比天然輻射小。核電站的工作人員每年受到的輻射是1.12mSv，核電站周圍的居民受到的輻射一般認為比這小得多。了解這些數據，就很容易理解，對於核電站周圍和乘飛機出行中的輻射沒有必要擔心。

備註：光、電磁波和光子

振蕩的電場和磁場在空間中以波的形式傳播就形成了電磁波，gamma射線、X光、紫外光、可見光、紅外光、微波、無線電波和長波無線電，這些都是電磁波。電磁波具有波粒二象性，光子就是量子化的電磁波，是電磁波能量的最小單位。在電磁波和物質相互作用時，物質只能吸收或者放出整個的光子。波長越長，頻率越低，光子的能量就越小。可見光的光子能量在1.8電子伏（700納米的紅色光）到3.1電子伏（400納米的藍色光）之間。

（作者系科學松鼠會成員，凝聚態理論方向的在讀博士生)

（本文轉載自科學松鼠會）