辐射伤害知多少？

看到一篇对辐射问题比较专业的一篇科普文章，分享给大家。
我们生活的世界里有着各种各样的辐射：从穿越星系而来的宇宙射线、核电站的核燃料到家里的大理石地板砖，从医院的X光机到阳光里的紫外线，从手机、微波炉、高压线到电视台广播台的信号塔，辐射无所不在，到处都是可能成为人们畏惧辐射的对象。有些人对“辐射”非常恐惧，你甚至可以买到专门用来屏蔽无线电波的“防辐射孕妇装”、“防辐射床单”。还有各种诸如“木耳防辐射”、“仙人掌防辐射”、“瓶装矿泉水防辐射”、“喝酸奶防辐射”等等流言。那么，我们到底对辐射了解多少呢？这些防辐射的装备真的能防辐射吗？
我们关心的辐射，可以粗略地分成两类，核辐射和电磁辐射。这两种辐射并不是截然分开，核辐射里面的gamma射线也是光子能量比较高的电磁波[见文末备注]。
核辐射就是放射性元素产生的辐射，是携带很高能量的质子、中子、氦原子核、电子、光子等等。放射性元素会不断地发生衰变反应，变成另外一种物质并放出辐射，辐射的射线有三种：alpha射线（氦核）、beta射线（电子束）和gamma射线（高能光子）；原子质量比较大的放射性元素也会发生裂变反应（核电站或原子弹）放出中子或其他射线；较轻的原子核在一定条件下会发生聚变反应放出中子或者质子射线；而高能宇宙辐射在大气里面也会产生大量的次级辐射。我们日常生活中不会遇到聚变反应，裂变反应产生的射线一般也只有在核电站里才有，所以比较常见的是放射性元素的衰变射线和宇宙辐射。
             辐射=危险？
我们无时不刻不在受到各种核辐射。放射性元素衰变的三种射线里面，alpha和beta这两种射线在空气里面传播的距离都比较短，不近距离接触放射性元素对人体是没有影响的，“防辐射服”和普通的衣物对于人体外部的这两类射线都有一定的防护效果。但是实际上我们喝的水，呼吸的空气，里面都含有少量的放射性元素，比如空气里面有一定的碳14（beta衰变成氮14）、地下水和土壤里含有微量的氡，等等。所以实际上，我们体内就有相当量的放射性元素，给我们带来从内到外的核辐射。更不用提提穿透性很强gamma射线，还有从天而降的高能宇宙辐射在大气里产生的大量次级辐射。所谓的“防辐射服”并不能防范这些辐射，完全隔绝这些辐射是不可能也是不必要的。人们受到的这部分核辐射一般称为天然辐射或自然辐射（natural background radiation）。
某些情况下，在工作场所（核电站）或者生活中（发生过核爆或者核污染的城市）会在天然辐射之外接触到更多的辐射。只要人体受到的辐射量不超过一定的标准，比如说和天然辐射比较小很多，就可以认为是安全的。比如说，核电站里面的核裂变反应是与外界隔绝开的，并没有太多的辐射泄漏出来，而在核电站内部的工作人员一般会配备辐射剂量表，核电站周围的辐射也会受到监控，以此来保证工作人员和周围居民的安全。核电站对周围核辐射的贡献比天然辐射小的多，对核电站的恐惧是没有道理的（关于核电站的讨论：小蓟?夏静好的《核电站安全吗？》）。
核辐射对生物体的伤害是怎么造成的呢？生物体内有大量的各种分子，分子内部的化学键一般键能为二到十个电子伏。核辐射的各种微观粒子带有的能量都比化学键的键能高，因此有一定的可能性破坏人体内分子的化学键，造成分子的性质改变。大部分情况下，细胞内的个别分子被破坏失去生理活性之后，或者整个细胞受损死亡后，会很快被人体分解吸收、重新利用，不会造成重大的伤害。核辐射对生物体的伤害在食品生产中用来常温杀菌，食品经过高强度的射线照射之后可以保证大部分的细菌被灭杀。治疗癌症的放射疗法（放疗）是另外一种应用，通过对癌变的部位进行高强度的辐射处理，使得癌细胞（也包括正常细胞）大量死亡，达到抑制癌症的目的。

每年受到的各种辐射：	有效辐射强度(mSv)
天然辐射/自然辐射 （natural background radiation）:	2.4
医疗检查：	0.4（随医疗保健水平不同在0.04-1.0之间，2008年数据为0.6[2]）
大气核试验：	0.005 （高峰值0.15 出现在1963年）
切尔诺贝利事件：	0.002 （北半球平均值，1986年高达0.04，事故附近地区比较高）
核能利用（核电站）：	0.0002
高辐射行业职工每人每年受到的辐射:
核燃料处理：	1.8
应用核辐射的工业：	0.5
核能利用（核电站工作人员）：	1.12 （随技术的进步减小[4]）
国防：	0.2
医用辐射：	0.3
教育科研：	0.1
航空（飞行员和空姐）：	3.0 （另一个来源的数据:1.0-3.4 [3]）
采矿（不包括煤矿）：	2.7
煤矿：	0.7
矿物处理加工：	1.0
其他：
每次X光检查的辐射：	1.2 （根据[1]计算，随诊断部位和方法的不同而不同）
坐飞机一小时的辐射：	0.00425（根据[3]计算）
核电站周围：	0.001-0.02 [5]

对于波长更长的无线电波和长波无线电，包括广播（FM/AM）、高压输电线和变压器（50Hz）、和大部分家用电器（50Hz），要担心的是感应电流的危害。大家知道，导体在交变的电磁场里面会产生感应电动势和感应电流，而人体可以看作导体，在电磁场里面也会产生感应电流。虽然说感应电流也有热效应（电磁炉），但是对于正常环境下的人体来说这个热效应不会造成太大的影响（那需要的感应电流太大了）。但是，我们的神经系统和内脏器官的正常工作是需要生物电信号交流和控制的，如果感应电流超过一定的强度的话，会有可能干扰神经系统和内脏的工作，使人感觉到不舒服。不过，电流对于人体的影响是需要高于一定的阈值的，低于阈值，人体是不会有感觉的。因此，对于天线、电视塔等强辐射源，只要我们离开他们适当的距离，使得电场磁场低于一定的值，就不用担心这个问题[12]；对于像高压输电线、变压器还有一般的家用电器这些不是为了辐射电磁波而设计的设备，正常使用情况下的辐射是不会对人体造成危害的，不应该担心。

根据《电子设施保护条例实施细则》规定[13]，各级电压导线边线在计算导线最大风偏情况下，距建筑物的水平安全距离如下：1千伏以下为1.0米，1千伏至10千伏为1.5米，35千伏为3.0米，66千伏至110千伏为4.0米，154千伏至220千伏为5.0米，330千伏为6.0米，500千伏为8.5米。各种高压输电线，包括高速铁路、公共交通用的高压输电线，只要保持适当的距离，就不会对人体造成损伤。有一个流传甚广的“高压线导致白血病”谣言，里面提到“牛津儿童癌症研究中心的杰拉尔德·德雷珀博士说，他领导的小组研究了3.5万名在1962年至1995年间患白血病和其它癌症的儿童，结果发现居住在高压线下周围100米以内的儿童患病几率略微大些”[14]。是否真有“杰拉尔德·德雷珀博士”其人姑且不论，这种能够只研究患癌症的儿童就可以得出患癌症几率的研究方法是值得大家警惕的。还有流言提到高压线附近的磁场会致癌，甚至煞有介事地说磁场高于零点几个微特斯拉（百万分之一特斯拉）就有很高的几率致癌，耸人听闻而又不值一笑。因为实际上地球表面的地磁场的强度就有约为50多微特斯拉，身处其中的我们大部分都健康生活，在这个基础上增加一点点或者减少一点点，除了有可能影响某些依靠磁场导航的鸟类外，对生物体的生活不可能有任何影响。

一些关于“防辐射”的流言

值得强调的是，只有单个粒子的能量高于分子键键能的辐射才有很小的可能伤害DNA甚至诱发胎儿畸形或者癌症，其他的包括大部分可见光、红外、微波、无线电波等等都不可能诱发胎儿畸形或者癌症。流传的“高压线导致白血病”、“手机辐射导致胎儿畸形”等等，都是没有任何根据的谣言，没有科学证据的支持。所谓的“防辐射孕妇装”、“防辐射床单”、“防辐射手套”还有“防辐射围裙”等等，往往是通过在纺织物里面织入金属丝来屏蔽无线电波，并不能够阻止电离辐射等对人体的伤害，根本不能达到声称的“防止胎儿畸形”的效果；而要完全屏蔽在低强度下对人完全无害的微波和无线电波波段的辐射，需要把整个身体都包裹在金属里面才行。

而对于所谓在电脑旁摆放“防辐射”的仙人掌和瓶装矿泉水，没有任何理由相信他们能够达到“吸收电磁辐射”的效果。也没有任何理由相信木耳和酸奶等食品能对核辐射或者电磁辐射的效果产生任何的影响，虽然它们很好吃，并且从某些角度来说对身体也很有好处。

备注：光、电磁波和光子
振荡的电场和磁场在空间中以波的形式传播就形成了电磁波，gamma射线、X光、紫外光、可见光、红外光、微波、无线电波和长波无线电，这些都是电磁波。电磁波具有波粒二象性，光子就是量子化的电磁波，是电磁波能量的最小单位。光子的能量和电磁波的波长成反比，比如说，波长最短的gamma射线光子能量高达百万甚至数亿电子伏，医疗和安检用的x光光子能量一般在数百到上万电子伏，紫外光的能量一般在数个到数十电子伏，可见光的能量在1.8（700纳米的红色光）到3.1电子伏（400纳米的蓝色光）之间，红外、微波和无线电波的光子能量就小的多。在电磁波和物质相互作用时，物质只能吸收或者放出整个的光子。

备注：光、电磁波和光子
3. J. C. Saez Vergara and R. Dominguez-Mompell Roman,
The implementation of cosmic radiation monitoring in routine flight operation of IBERIA Airline of Spain: 1 Y of experience of in-flight permanent monitoring，Radiation Protection Dosimetry 136, 291 (2009).
4. Byoung-il Lee et al., Radiation dose distribution for workers in South Korean nuclear power plants, Radiation Protection Dosimetry 140, 202 (2010).
6. Michael Vollmer,
Physics of the microwave oven, Physics Education 39, 74 (2004).
7.
9. The INTERPHONE Study Group,
10.
11.

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