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十面埋“辐”你知多少!

发布时间:2017-03-10 来源:转自《环境与生活》杂志

十面埋“辐”你知多少






辐射
是一种能量,以电磁波或粒子形式在真空或者物质媒介中传播。自然界中,某些原子本身并不稳定,有可能分裂或转化成其他原子,同时释放出看不见摸不着的射线在空间传播,这就是让人闻之色变的“核辐射”。这些射线能量很高,比原子核同周围电子的结合力还要大,使一些电子摆脱了原子核的束缚而逃离,这个过程叫做电离。严格来说,电离辐射才是核辐射正确的称呼。

辐射单位从“居里”回到“贝克”
1896年3月,“科二代”出身的法国物理学家贝克勒尔发现,把含铀的盐和避光包装的胶片放在一起,胶片曝光了。同年5月,他又发现金属铀也有同样的效果。他由此断定,铀可以放出某种能使胶片感光的射线。

在贝克勒尔率先发现放射性的两年后,居里夫妇发现另外两种元素——镭和钋也有这样的性质,并把物质能够放出某种射线的特性称为“放射性”。由于在放射学方面的深入研究和杰出贡献,贝克勒尔和居里夫妇共同获得了1903年诺贝尔物理学奖。

1975年,第十五届国际计量大会为纪念贝克勒尔,将放射性活度(表示放射性强弱)的国际单位用他的名字命名,简称贝克(Bq)。1贝克表示放射性核素每秒有一个原子发生衰变——发出电离辐射。此前,国际上一直用以居里(Ci)命名的单位。

发现天然放射性的第一人——法国物理学家贝克勒尔

防电离辐射的三大路径
人和其他生物都是由原子这个基本单位组成的。如果体内的原子被射线附带的巨大能量电离,无异于破坏了体内各种生物大分子的结构,特别是一些具有重要生理功能的成员,如细胞膜、复制中的DNA、重要的代谢酶、关键蛋白质等等。

即使在健康状态下,人体内的各种生理生化反应也难免会出现一些瑕疵和小故障,就连DNA序列这样重要的密码结构也有缺失、错排的情况发生。只是瑕不掩瑜,而且身体有修复机制来应对,所以不会有实质性危害。而电离辐射会引起故障率的增加,使更多细胞坏死或变异。如果辐射剂量带来的伤害超出了人体的修复能力,就会造成组织器官病变、造血功能缺失、不孕不育、患癌风险增加等后果。由于早年不了解电离辐射的危害和防护,被放射线长期照射的科学家不在少数,居里夫人的逝世正是由于电离辐射  引发的恶性白血病所致。

同样原理,电离辐射也可以用来对付病原体(杀菌消毒)和肿瘤细胞(放疗),可谓既能致病又能治病。

金星棋牌 电离辐射影响人体的途径有两种——外照射(射线从体外照射人体)和内照射(进入人体的放射性核素在体内发出射线照射人体)。减少接触、敬而远之(距离越远辐射越弱,并且衰减速度也越快)和材料屏蔽,是防护电离辐射的三大路径。由于不同射线的属性和杀伤力是有区别的,防护对策也各有不同。我们挨个扒出来看看吧。


电离辐射造成DNA损伤示意图

α射线
体外无妨  体内猖狂
1898年,有“原子物理学之父”称号的英国物理学家卢瑟福在研究放射性元素衰变时,发现了一种由氦原子核(下简称氦核)组成的高速粒子流,带正电,将其命名为α射线。地球上质量和体型较大的放射性元素,如锔、镅、铀、钚、钍、钋等等,每衰变一次,就“Duang”出一部分α射线。

α射线的电离本领是几种电离辐射中最强的,其能量可达5兆电子伏(1兆电子伏=1000千电子伏),而只需10电子伏的能量就能使原子电离,因此对活体细胞和组织的杀伤力极大。好在α射线在传播过程中损耗很快,在空气中只能传播几厘米,是穿透力最差的电离辐射,一张纸片和人的表层皮肤就能把它轻松拦下。宇宙射线中倒是有一部分“射程”较长的α射线,能够穿透人体组织甚至薄金属板,“然并卵”,它在到达地表之前早已被地球的大气层和磁场消灭殆尽,只有身处太空的宇航员才需要提防它们。

因此,体外的α射线一般奈何不了我们——只要皮肤没有伤口,就算直接触摸也不用担心 “射伤”。但如果它的放射源随呼吸、饮食和注射等方式被带入体内,比如带有放射性核素的粉尘、食物和饮水,形成“内照射”,杀伤力就大不一样了。

对于组织器官密布的体内,α放射源会像个大灯泡一样“烘烤”着周围的细胞组织,几厘米的“射程”不再是短板,再加上α放射源本身还有极强的化学毒性,因此危险性反而是最大的。维基百科英文网资料显示,内照射时,α射线对活体组织造成的有效剂量,相当于等量γ射线和X射线的20倍。


3种射线的穿透力对比示意图

β射线
能穿皮肤 “铝”试不爽

β射线是一种高速电子流,带负电,与α射线一同被卢瑟福发现。它通常来自非放射性元素的放射性近亲(同位素),比如碘-131、氚(氢的兄弟)、锶-90、钠-24等,能量一般在几十万电子伏左右,明显小于α射线。β射线的传播距离比α射线稍长一些,可以穿透皮肤进入体内组织器官,需要几毫米厚的铝板或几厘米厚的塑料板来阻挡。同样因为带电,β射线会被磁场干扰而改变传播方向,或者与空气中的正电荷“异性相吸”,它在外照射方面的威胁还算容易化解。内照射时虽然也有不俗的威力,但远不及α射线凶猛。



X射线和γ射线
欺小怕大
1895年,德国物理学家伦琴发现了X射线(因此也叫伦琴射线)。1900年,法国化学家和物理学家维拉德在研究镭元素时,发现了能量比X射线更高的γ射线。这两种射线骨子里是高频电磁波,和可见光、红外线、紫外线、无线电波、微波一同被列入电磁波谱中,不过它俩的能量之高是其他电磁波无法比拟的,所以也称高能光子。

X射线的能量介于100电子伏至100千电子伏之间,γ射线的能量范围则达到几百千电子伏至10兆电子伏,其中钴-60和铯-137两种人造放射源的γ射线能量较为突出,常用于医疗、农业育种和工业测量领域。由于自身静止质量为零,又不带电,X射线和γ射线的穿透力远在β射线之上,纸片、皮肤、木质板材和铝板已经无法阻止它们了,所以在外照射时,这哥俩的危害是最大的。

进一步研究发现,X射线和γ射线在物质中的穿透力具有“欺小怕大”的特点:材质的密度和组成该材质的原子个头越大,越能有效化解它们强大的辐射能量,厘米级以上厚度的混凝土层(核电站反应堆安全壳外层就是混凝土结构)和毫米级以上厚度的金属铅,是屏蔽X射线和γ射线的良材。

人体软组织几乎都由较小原子组成,对X射线的阻挡能力微乎其微,而富集钙的骨骼结构吸收的辐射能量就多一些。X射线透视检查就是利用物质的密度差,让我们看到了一副“清秀”的人体骨架和乘客箱包里的秘密。


X射线和γ射线穿透力极强,需要用致密和原子体积较大的材质来阻挡,金属铅是最具性价比的选择。

中子射线
擅长玩弄魔法

顾名思义,就是高速运动的中子流。中子是原子核中的组成单元之一,不带电。在核电站里,它是触发反应堆核裂变反应的“开关”。比起上面几位兄弟,中子射线还能把本来没有放射性的元素变成放射性元素——中子活化。体内原本乖巧无害的钠元素被“灌下”一个中子之后,就成了具有放射性的钠-24,带来二次辐射。要屏蔽它,需要用水、石蜡、硼砂等富含氢元素或硼元素的物质来为它减速。不过幸运的是,中子射线露脸的场合要比其他射线少得多,来自宇宙中的中子射线微乎其微,地球上能自发释放出中子射线的放射性元素也只占很小一部分,对人体无关痛痒,只有核武器和严重核事故等极端情况,才会造成足以引起重视的中子辐射。


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