关于放射性的一些常识 ( 2 )

天然本底辐射

    天然放射性元素是构成自然界的组成部分,在各类岩石、土壤、水体、大气、乃至人体中都有不同数量的放射性元素存在。你知道铀在地球上的含量有多少吗?平均每吨地壳物质中约含 2.5 克铀,这比钨、汞、金、银等元素的含量还高。铀在各种岩石中的含量很不均匀,例如在花岗岩中的含量就要高些,平均每吨含 3.5 克铀。碳和钾是构成人体的必要元素,自然界中含有一定比例的 碳-14(百万分之一)和 钾-40(0.01%),它们在人体中的比例也一样。

    这些天然存在的微量放射性辐射就是天然本底辐射,它已是自然平衡体系的一部分,不会危害人类健康,因为人类和其它生命在进化过程中,已经适应了本底辐射环境。地球人平均一年累计所受辐射约为 2.4mSv(毫希沃特,其中宇宙射线 0.4,大地 0.5,氡 1.2,食物摄入 0.3)。

人体能承受多大的辐射

    我想这是大家最关心的问题:为何在国外,观众能那么近距离地欣赏放射性矿物?是他们在拿健康开玩笑,还是我们恐惧过了头?

    目前通用的辐射剂量是以 Sv(希沃特)来表示,考虑到它是相当大的计量单位,日常使用更多的是 mSv(毫希沃特)和 μSv(微希沃特):1mSv = 0.001Sv,1μSv = 0.001mSv。

    那么多少剂量的辐射不会影响人的健康呢?美国环保署(EPA)发布的人均年吸收辐射上限是 1mSv(不包括天然本底辐射和生活中的辐射,如手机、电视等)。

    下表为辐射对人体的影响以及相应标准(日本):

辐射剂量(mSv) 影响和标准
0.05 核电站工作人员一年累计辐射
0.1 – 0.3 做一次 X 射线胸部透视的剂量
0.2 乘飞机从东京到纽约之间往返一次的剂量(宇宙射线和飞行高度有关)
1.0 普通公众一年所受人工放射剂量(ICRP 推荐)
从事辐射相关工作的妇女从被告知怀孕到临产所受人工放射剂量极限
1.2 与 1 天平均吸 1.5 盒(30支)香烟同居的被动吸烟者一年的累计辐射
1.5 日本人一年累计所受辐射
2.0 从事辐射相关工作的妇女从被告知怀孕到临产腹部表面所受人工放射剂量极限
2.4 地球人平均一年累计所受辐射(宇宙射线 0.4,大地 0.5,氡 1.2,食物 0.3)
4 一次胃部 X 射线透视的剂量
5 从事辐射相关的妇女工作者一年累计所受辐射法定极限
6.9 1 次 CT 检查
7 – 20 CT 全息摄影
10 日本原子力安全委员会所制定“室内避难”的辐射剂量
13 – 60 1 天平均吸 1.5 盒(30支)香烟者一年累计
50 从事辐射相关工作者(非女性)一年累计所受辐射法定极限
日本原子力安全委员会所制定“避难”的辐射剂量
自卫队员,消防员,警察(妇女除外)一年累计所受辐射法定极限
100 已证明对人体健康明显有害的辐射剂量极限
从事辐射相关工作者(非女性)五年累计所受辐射法定极限
从事辐射相关工作者(非女性)在紧急状况下从事一次作业所受辐射法定极限
250 福岛第一核电站事故现场人员暂定辐射剂量上限
白血球减少
500 淋巴球减少
国际放射防护委员会规定除人命救援外所能承受的辐射极限
1000 出现被辐射症状。恶心,呕吐。水晶体浑浊。
2000 细胞组织遭破坏,内部出血,脱毛脱发。死亡率 5%。
3000 – 5000 死亡率 50%(局部被辐射时 3000:脱毛脱发;4000:失去生育能力;5000:白内障、皮肤出现红斑。)
7000 – 死亡率 99%

    当短时辐射剂量低于 100mSv 时,医学上观察不到对人体的确定性效应,即明显的组织损伤;当剂量超过 4000mSv,在没有医学监护的情况下,有 50% 的死亡率,而当剂量超过 6000mSv 时,则可致命。

    国际辐射防护委员会规定放射性工作人员全身均匀照射的年剂量应该低于 50mSV,普通居民应该低于 1mSv。为防止随机效应,我国放射卫生保护基本标准中规定,放射性工作人员受到全身均匀照射时的年剂量当量不应超过 50mSv,公众应该低于 5mSv(如果长期持续受到放射性照射,则年剂量不应超过 1mSv)。以上限制都不包括天然本底辐射和医疗照射。 另外,公众成员的皮肤和眼晶体的年剂量当量不应超过 50mSv。

    对健康产生影响的放射性指标中有短期辐射和长期累积辐射两项,短期辐射的上限是 100mSv,长期累积辐射是每年 1mSv,偶尔的年份可以达到 5mSv。这就好比温度,人可以承受短时的高温,但长时间(24小时以上)能接受的温度就要低得多得多。

    核辐射对人和生物的伤害,与核辐射的剂量、人们暴露于核辐射的时间以及核物质的半衰期有关,虽然严重者可立即致死,但具体而言:当短时辐射量低于 100mSv 时,对人体几乎没有危害。左图就是一个很好的例证:国外科学家带着橡胶手套直接捧取纯金属钚块,难道他在拿生命开玩笑?唯一的解释就是短时间钚的体外接触,不足以危害他的健康。无独有偶,英国女王伊莉莎白二世访问哈维尔核子实验室时,就曾受邀触摸了一块以塑料包裹的钚环,以体验其“温暖”的感觉。

    纯钚或纯铀的放射性到底如何呢?虽然我没有相关资料,不过可以先看下面的视频:

    这是一个放射性矿物(各种铀矿)的展示(没有特殊保护措施),实测的最高辐射值为 29.9 μSv/h,远低于 100mSv 的短期辐射标准,即使你在这些放射性矿物面前呆一个小时,受到的累积辐射也只有 29.9μSv(0.03mSv)。我见过对一些沥青铀矿(含铀 42-76%)的零距离检测,辐射值大概在 400 μSv/h,由此可以估计一下纯铀的放射水平,你大概就不会对那位科学家的“壮举”感到吃惊了。在那张图片中,金属钚所释放的 α 射线和大部分 β 射线已被阻挡,只能感受到 γ 射线的温暖感觉了。别忘了钚的半衰期是 8200 万年,铀-238 是 45 亿年,它们都是非常缓慢的释放着这些射线,和那些几年、几天乃至几小时就衰变掉的放射性核素的辐射强度相比简直是天壤之别。不要想当然地以为接触到铀,皮肤就会被灼伤、细胞坏死,这也许是电影或者小说中的情节。

内照射

    内照射是放射性核素进入生物体(常通过呼吸道和消化道),使生物受到来自内部的射线照射。对 γ 射线来说,因其射程长、穿透力强,内照射与外照射并无多大差别;而对于 α 和 β 射线,在体外大部分被阻挡,一旦进入体内,将会引起极高能量的局部吸收,导致特异的生物学效应,引起细胞损伤和癌变。事实上,在体内造成最大伤害的是 α 射线,因其电离作用最强。由于放射性核素只有全部从体内排出或全部衰变完后,对机体的照射作用才停止,其有效累积剂量可能大于 1.0Sv。

    内照射的典型案例就是美国使用贫铀弹而导致战斗和非战斗人员的慢性放射性疾病。

    贫铀的主要成分是提炼铀-235 后剩下的铀-238,铀-238 的放射性较低,释放 γ 射线的能力较弱,所以不像铀-235 那样危险。但铀-238 释放 α 射线的能力很强,只比铀-235 稍弱。只是 α 射线的穿透力是最差的,在空气中只能前进几厘米,不能穿透人的皮肤,所以如果是外照射,铀-238 的危害不大。一般情况下,用普通的橡皮手套就可以完全杜绝铀-238 的辐射危害。特殊情况下,短时间用手拿起铀-238 也不会造成严重后果。当然,如果长时间直接接触铀-238,也会损伤人的皮肤。

    铀是自然界比重最大的物质,所以贫铀被美国以及北约用于制造威力强大的穿甲弹。正常状态下未使用的贫铀弹一般是无害的,只要按照正常的保存和运送方法。但是贫铀弹在被使用后,其严重危害性就会全部暴露出来。穿甲弹的贫铀弹芯在击中目标后的高温中会剧烈燃烧,同时产生大量烟雾和粉尘,随空气流动而四处飘散,通过呼吸道进入人体内,或者沾染到泥土、水源和植物上。我们知道,由于有空气、衣物和皮肤的阻隔,贫铀的射线不会从外部对人造成较大危害。但是如果这些粉尘进入人体就是完全另外一种情况了。铀-238 微粒可以直接作用于脆弱的内脏器官,α 射线会近距离地给细胞造成严重危害,导致癌症和其他症状。由于贫铀粉尘都是从消化道和呼吸道侵入,所以这些部位的器官最容易产生病变,比如鼻癌、肺癌、胃癌等。如果摄入太多粉尘的话,这些有毒微粒还会通过血液进入肝脏、肾脏和骨骼,导致更严重的伤害。这些病都是慢性病,病症在5年之内都不会显现。

    最新调查表明,伊拉克战后的的癌症死亡率是战前的十倍。其中受害最重的是儿童,癌症死亡率高达千分之十六。美国自己也尝到了使用贫铀弹的苦果,所谓的“海湾战争综合症”、“科索沃战争综合症”在一定程度上是由使用贫铀弹引起的。主要表现为体质下降,心情烦躁、头痛,肌肉关节痛,睡眠障碍等症状。

    由此可见,内照射是最严重的放射性危害,尤其是 α 射线内照射。放射性物质的体外接触并不可怕,但要严格防范产生内照射的各种隐患:

  • 放射性物质衰变会产生放射性气体氡,它很容易通过呼吸进入体内,造成内照射。所以放射性物质(包括矿物标本)必须存放在通风良好的环境中。
  • 任何放射性物质的散落,必须处理干净:未被预警的人们可能会长期和这些散落的放射性物质接触,进而在不知情的状况下让这些物质通过呼吸或消化道进入体内。
  • 接触放射性物质后要洗手,绝对不能在放射性物质附近吃喝东西、抽烟或者睡觉。


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One comment

  • 2016年06月7日, 03:46 1 年前
    愚石公

    如果在原子核衰变中再加入中微子内容,或许会更完整,更有趣,尽管中微子不会对人体造成任何损害。

    Reply

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