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生活中的核与辐射
【 日期:2011-4-21    发布:中国毒理学会 】

朱茂祥
(中国毒理学会,军事医学科学院放射与辐射医学研究所)

  2011年3月11日,日本发生9级超强地震,引发海啸,导致福岛核电站泄漏,受到国际社会广泛和高度关注,再次引起公众对核辐射的恐慌。核辐射源自处于不稳定状态的原子,也称为放射性,是自然界中普通存在的一种物理现象。具有这种不稳定状态的原子的物质我们称之为放射性核素。放射性核素以固有的规律不断释放能量,这一过程称为核衰变。放射性核素的衰变与周围环境的温度、压力和温度等无关,它遵循指数衰减规律,我们将放射性原子核数因衰变而减少到原来的一半所需要的时间称为半衰期。不同核素的半衰期差别很大,例如,铀-238的半衰期为45亿年,而镤-212的半衰期只有3.0×10-7秒。有些物质的原子自地球形成以来一直处于不稳定状态,这些物质称为天然放射性核素。地球形成时的绝大多数放射性核素经过45亿年的历史,基本衰变殆尽,因此目前地球上存在的天然放射性核素已相当少,只有半衰期相当长的放射性核素,如镭、氡、铀、钍等还存在于自然界中。
  核辐射释放的能量通过空气或其它介质后作用另一种物质的过程,称之为辐射。这种能量是多种形式的,例如电磁波、光波、各种射线和粒子等。对放射性物质来说,产生的辐射能够通过初级过程或次级过程引起受照射物质发生电离,因此也称为电离辐射。常见的电离辐射包括α粒子(由2个质子和2个中子组成,相当于一个氦核,带2个正电荷,通常由铀、镭等一些重原子衰变时产生)、β粒子(也叫β射线,是放射性衰变过程中释放的一种高速粒子,带1个负电荷,相当于1个电子的能量)、γ射线(是一种高能光子,原子核发射的一种短波长电磁辐射,一般在放射性衰变过程中随着α、β粒子一同释放出,既不带电荷,也无质量,钾-40和铯-137等是环境中γ射线主要来源)、X射线(是带电粒子与物质交互作用产生的高能光量子,与γ射线有许多类似特性,但产生自原子外部,比γ射线能量低)、中子(高能粒子,不带电荷)等。
  核辐射碰到各种物质时会产生各种效应,包括射线对物质的作用和物质对射线的作用两个相互联系的方面。例如,射线能够使照相底片和核子乳胶感光;使一些物质产生荧光;可穿透一定厚度的物质,在穿透物质过程中,能被物质吸收一部分,或者是散射一部分,还可能使一些物质的分子发生电离;另外,当射线辐照到人、动物和植物体时,会使生物体发生生理变化。射线与物质的相互作用,对核射线来说,是一种能量传递和能量损耗过程,对受照射物质来说,是一种对外来能量的物理性反应和吸收过程。各种辐射由于其本身的性质不同,与物质的相互作用各有特点。这种特点还常与物质的密度和原子序数有关。α粒子通过物质时,主要是通过电离和激发把它的辐射能量转移给物质,其射程很短,一个1兆电子伏(1MeV)的α粒子,在空气中的射程约1.0厘米,在铅金属中只有23微米(μm),由于α粒子在穿过介质后迅速失去能量,很容易被屏蔽,一张薄纸就能阻挡,也不能穿透皮肤,因此α粒子在人体外部不构成危险,然而,一旦进入体内,被组织细胞吸收,将会产生严重的生物学效应。β射线也能引起物质电离和激发,与α射线能量相同的β射线,在同一物质中的射程比α要长得多,如1MeV的β射线,在空气中的射程是10米,固体中最多为1 cm,一般用铝片就能屏蔽,主要是对皮肤可造成损伤。γ射线的穿透力最强,射程最大,1MeV的γ射线在空气中的射程有数十远,用较厚的铅砖才能屏蔽。γ射线作用于物质可产生光电效应、康普顿效应和电子对效应,它不会被物质完全吸收,只会随着物质厚度的增加而逐渐减弱,主要造成人体外照射危害。
  辐射在我们生活的地球上无处不在。除来自宇宙的各种放射性射线外,在空气中(氡)、地球表面(岩石和土壤)、建筑物地板和墙壁、食物和水、以及我们身体的各种组织器官内都存在放射性物质。我们所受到的自然界中存在的所有这些放射性物质的照射,包括宇宙射线的照射,统称为天然照射,也叫本底照射。自有地球以来,天然照射就一直存在,人类正是在这种辐射环境中生存、进步和发展。在不同地区生活的人们,所受到的天然照射的水平可能不同,有些地区天然照射水平较高,有些则较低,平均来说,全球每人每年受到本底核辐射剂量平均约为2.4毫希沃特(希沃特核辐射的剂量单位,1希沃特相当于1公斤物体受到1个焦耳的能量,等于1000毫希沃特),主要包括宇宙射线(0.38毫希沃特,最高地区可达2.0毫希沃特)、陆地辐射源(其中外照射0.46毫希沃特,最高可达4.3毫希沃特;内照射氡除外0.23毫希沃特,最高可达0.6毫希沃特)和体内放射性物质(主要是氡及其衰变物的内照射,其中吸入氡约1.2毫希沃特,最高可达10毫希沃特;食入氡约0.005毫希沃特,最高可达0.1毫希沃特)。
  除此之外,人类的很多活动也会导致额外的辐射,例如,带夜光表每年有0.02毫希沃特;乘飞机旅行2000公里约0.01毫希沃特;每天抽20支烟,每年有0.5~1毫希沃特;一次X光检查约0.1毫希沃特等等。
  特别值得注意的是居室装修不当、过度燃煤和长期佩戴金银首饰等可能带来的不必要辐射。居室用的花岗岩及其它板石材料含有一定量的氡,特别是通风不良时,可造成居室内放射性污染加重。石材是3层以上高层建筑室内环境核辐射的主要来源,装修用的石(板)材要有选择地使用。石材系指直接取自岩石,或经掺进配料加工而成的一组建筑材料,例如花岗石、大理石、板石、砂岩、玄武岩、辉绿岩、水泥、建筑用沙,以及人造石材、陶瓷砖(含人造的)和洁具及混凝土等,其中尤以花岗石、陶瓷砖(包括青砖、红砖、各种渣砖)放射性较高,而大理石、辉绿岩的放射性则较低。燃煤中常含有少量的放射性物质,如铀、钍、镭、钋-210和铅-210等,尽管这些物质含量稀少,但如长期聚集,其放射性物质亦会随空气及烘烤的食物进入人体,造成机体的慢性损害。平时生活使用燃煤,要注意通风排气,并尽量不要食用煤碳直接烘烤的食物(必须使用燃煤碳烘烤食物时也要注意屏蔽,不要将食物与煤烟直接接触)。一般来讲,除纯金(24K)首饰以外,其他的首饰在制作过程中都要掺入少量钢、铬、镍等材质,特别是一些异常光彩夺目的或廉价合成首饰制品,其材质成分更加复杂。美国报道对上千件首饰进行过检测,结果近百件含有放射性物质,如果长期佩戴,这些放射性核素将可能有害人体健康,严重时有可能诱发皮肤病或皮癌。因此常戴的首饰制品,最好进行含放射性物质测定。此外,室内的摆件和佩件,如宝石、化石、奇石、骨艺品、陶瓷艺器、石雕和木雕等古玩,有些也存在少量的放射性。以“夜明珠”为例,有些是经重晶石中部分钡置换镭加工而成,有强的放射性;有些是由萤石经紫外线或铀照射加工而成,存在不同程度的放射性;还有些是由某些含磷的物质加工而成,一般具放射性。因此,在使用前最好通过放射性检测。

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