切尔诺贝利核电站断电，辐射究竟有多危险？_风闻

2022年3月9日乌克兰政府官员在社交媒体表示，俄罗斯军队控制的切尔诺贝利核电站供电线路受损，目前核电站已经完全断电。核电站备用柴油发电机可供电48小时，“之后泛核燃料储存设施冷血系统将停止，即将发生辐射泄露。” 国际原子能机构（IAEA）确认，切尔诺贝利乏燃料储存池的冷却水可以在没有电力供应的情况下有效散热，核电站断电对安全没有重大影响，但可能会导致现场操作辐射安全进一步恶化。

辐射究竟对人有多大危害？辐射与生理损伤有怎样的关系？这些常见问题将在本文给出回答。电离辐射，安全防护是第一。

撰文 | 李雨随（洛桑联邦理工学院硕士研究生在读）

摘要

这是一篇针对电离辐射的科普性文章。介绍了电离辐射的概念、剂量的定义以及关于日常生活与医疗中可能的辐射暴露的一些常识，旨在消除公众对正常的辐射暴露的恐慌，同时普及辐射防护的一些基本常识。

Abstract This is a popular science article on the subject of ionizing radiation. This article introduces the concept of ionization radiation, the definitions of doses and some common sense about radiation exposure in our daily lives and medical diagnosis. This article is aimed at eliminating the public’s panic about normal radiation exposure, with some basic knowledge of radiation protection.

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辐射是什么

现代生活中，人们越来越多地接触到“辐射”这一概念。对于大多数人来说，最关心的问题便是：“辐射对人体有没有伤害啊？” 然而，我们注意到，在互联网上流传的不少有关辐射的科普，在讲解之前往往并没有将辐射的概念理清，给读者造成了较大的误解或困惑。因此，在本文中，我们将从辐射的概念解释出发，结合日常生活中的辐射实例来介绍人们如何衡量辐射带来的危险，以解答读者关于辐射对人体是否有伤害、有多大伤害的疑惑。

首先，关于辐射的概念。辐射其实就是字面意义，如辐条一样地向外放射。它本身只是描述一种行为，可以用以描述很多物理过程。譬如热辐射，顾名思义，是描述热量从热源向外传播的一种过程，譬如紫外辐射则是描述紫外线传播的一种过程。但这些通常都不是大家生活中所关心的可能对人体产生伤害的辐射。

在生理损伤方面，尤其是在医学中，大家所关心的会对人体产生伤害的辐射其实就是核物理中非常经典的几类辐射：α辐射、β辐射、γ辐射与中子辐射。这些命名其实也都是非常字面意义了。α指α粒子，即两个质子两个中子构成的氦原子核。β指电子，由于历史原因，它可能特指某些情形下的电子，不过我们此处就不做深究了。γ辐射指高能光子的辐射。中子辐射就是中子的辐射，也是对生命体而言最可怕的一种辐射，不过好消息是日常生活中人们几乎不会接触到它。这些辐射是对生物体有害的，称为电离辐射 (ionizing radiation)，“辐射防护”一词所针对的就是电离辐射。在生活中，出现电离辐射的场合一般都应有如图1所示的警示标志。

图2 电离辐射作用于遗传物质示意图

在细胞内，当DNA受到破坏之后，是存在修复机制的。有一种修复蛋白 (repair protein) 均匀分布于细胞中，它们能够逐渐修复受损的DNA。但修复也是需要时间的，因此如果辐射过强、持续时间过长或间隔时间过短等等，修复很可能会失败。这些修复失败的细胞可能死掉或者被清除掉，也有可能将受损的遗传物质代代传递下去。无法完成复制或死掉的细胞导致了组织的坏死，遗传物质受损而未被修复的细胞持续分裂则有可能导致癌变与遗传效应。

因此，我们看到，辐射对生物体的损伤效应分为两类。一类称为确定性效应 (deterministic effects)，例如皮肤灼伤、白内障和急性辐射综合征 (acute radiation syndrome) 等。还有一类称为随机性效应 (stochastic effects)，包括癌变和遗传效应。确定性效应在普通人的日常生活中很难遇到，因为它需要接受足够多的辐射才会产生。这种效应也被应用于灭菌与放疗（例如针对癌症的放射治疗，利用辐射杀伤癌细胞）。而平常大家对辐射这一话题最关心的则是随机性效应产生的危害，尤其是癌变。

那么，辐射与癌变等生理损伤究竟有怎样的关系呢？受到辐射就一定癌变吗？这就需要引入剂量这一概念了。剂量可以用来衡量辐射对人体的危险程度。

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辐射的剂量

出于辐射计量与辐射防护在许多不同场景下的需要，物理学家们为辐射的度量引入了吸收剂量等剂量的概念。

吸收剂量 (absorbed dose)，是一个纯物理的概念，定义是单位质量的介质中沉积的辐射能量，单位是戈瑞 (Gray, Gy) 。1Gy=1J·kg-1。它直接衡量了人体所受到的辐射影响的强度。对于一个全身暴露于辐射之中的人，危险剂量的阈值是0.5Gy，而半数致死剂量 (semi-lethal dose) 是5Gy。

由于不同种类的入射粒子，或者说不同种类的辐射，对人体的伤害能力是不同的（为什么不同呢？此问题留给读者下来思考），人们又引入了当量剂量 (equivalent dose) 的概念。当量剂量的定义是对某个组织或者器官内受到所受各种类辐射的平均吸收剂量的加权求和。其中wR是不同粒子（以下标R指代）的辐射权重因子，DRT是该组织或器官（以下标T指代）内的某种辐射粒子的平均吸收剂量。表1为不同辐射粒子的权重因子wR。

显然，权重因子越大，表明此种辐射对细胞的伤害能力越强。当量剂量的单位是希沃特 (Sievert, Sv)。例如，一个组织或器官受到1Gy的α辐射或β辐射，那么它受到辐射的当量剂量便分别是20Sv或1Sv。注意，还有一个概念叫剂量当量，包括周围剂量当量 (ambient dose equivalent) 与个人剂量当量 (personal dose equivalent)，与当量剂量是不同的。此处我们不介绍剂量当量，因为它是放射测量学中引入的概念，此处暂不涉及。

为了更好描述整个人体受到辐射的影响，人们更进一步地引入了有效剂量 (effect dose) 的概念。这是因为人体不同部位受到辐射产生的伤害效果是不同的，比如骨髓受到辐射产生的伤害就大于膀胱受到辐射产生的伤害。有效剂量的值是各部位的当量剂量按照一定的组织权重因子进行加权求和的结果，单位仍然是希沃特 (Sv)。对于全身辐射，权重因子就是1。这些权重因子的值是由国际放射防护委员会ICRP制定的，制定的依据是对全人口辐射危害 (detriment) 的统计结果，并且没有将前文所说的确定性效应包括在内。表2给出了部分人体组织的权重因子wT。

对于普通的拍片，其剂量都很微弱。例如拍胸片，一次胸片所受到的辐射在0.1mSv以下。每两周拍一次的话，一年下来的量和天然辐射本底相当。大家也不是没事儿就去拍一张，因此，需要作此检查时也不必感到害怕。而PET成像与CT等断层扫描技术的辐射量是较大的，在10~15mSv之间，因此如非必要，建议每次检查至少间隔四五年。

另外，需要注意的是，核磁共振或磁共振成像 (MRI) 并不是利用放射性物质成像，因此没有辐射。

放疗并不包括在公众防护意义的医疗辐射暴露的讨论之中。

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辐射影响生活的其他方面

除了大家关心较多的日常生活中的辐射风险之外，辐射在其他很多方面都扮演着重要的角色。

在食品工业中，辐射处理，即使用射线辐照食品，被广泛应用。在绝大多数欧美国家与我国，食品工业的辐射处理都是被许可甚至有商业应用的。食品的辐射处理主要是为了杀灭寄生虫、灭菌、保鲜。经过规范辐射处理的食品是完全安全的。

除去食品，利用辐射进行消毒灭菌处理也广泛应用于其他工业产品，例如医学上使用的防护用品。在新冠疫情期间，使用辐射处理防护服等医疗用品，比传统化学方法具有更快的速度，有力地支持了抗疫工作。

而天然辐射量本底中的一项重要来源，宇宙线辐射，则是妨碍人类太空旅行的一个重要因素。对国际空间站的宇航员的统计表明，在国际空间站逗留六个月所受到的辐射量约为80~160mSv。国际空间站虽然处在大气层外，但它还处于地磁场的保护之下，并且舱体也有辐射防护措施。当人类向更深空进发，将生活的领域扩展至地球之外，宇宙线辐射的威胁将更大，辐射防护将是一个重要的课题。

参考文献

[1] GB 8702—2014, 环境保护部, 国家质量监督检验检疫总局. 电磁环境控制限制[S]. 2014.

[2] The Swiss Federal Council. Radiological Protection Ordinance[Z]. 2017: 118-119.

[3] GB 18871-200, 国家质量监督检验检疫总局. 电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S]. 2002.

[4] HARRISON J D, BALONOV M, BOCHUD F, et al. ICRP Publication 147: Use of Dose Quantities in Radiological Protection. Annals of the ICRP 50(1)[R]. Ottawa: ICRP, 2021.

本文经授权转载自微信公众号“物理与工程”，原题目为《生活中的辐射及其控制》。

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