簡析電離輻射對人體健康的影響

張鵬卷

【摘 要】核科學(xué)與技術(shù)是二十世紀(jì)發(fā)展起來的新型高端技術(shù)，短短一百多年就已經(jīng)發(fā)展成為在國防、能源、科教、醫(yī)學(xué)和工業(yè)等關(guān)系國家命脈的重要領(lǐng)域起關(guān)鍵作用的科學(xué)技術(shù)?？蓪⑦@一百多年歷史大致分為三個(gè)階段：1896年到1931年為發(fā)展的初級(jí)階段，1932年到1942年為蓬勃發(fā)展時(shí)期，1943年到現(xiàn)在為現(xiàn)代核技術(shù)發(fā)展階段，其典型特征是起步晚，發(fā)展快。如今，核技術(shù)早已滲透到我們生活的方方面面，其研究內(nèi)容也在不斷豐富和拓展，給人類社會(huì)帶來了巨大的利益。但高精尖的核技術(shù)并不是百利而無一害，在造福社會(huì)的同時(shí)，其應(yīng)用也會(huì)給社會(huì)、環(huán)境，甚至我們自身的健康帶來危害。尤其是2011年的日本福島核事故再次將核輻射推向高潮，引發(fā)世界關(guān)注。時(shí)代要求我們在接受核技術(shù)的同時(shí)，也應(yīng)該全面正確地認(rèn)識(shí)和對待核輻射。文章主要介紹了一些電離輻射相關(guān)知識(shí)，包括輻射劑量、輻射生物效應(yīng)及輻射防護(hù)措施，旨在告誡人們要了解電離輻射相關(guān)知識(shí)，強(qiáng)化自我防護(hù)意識(shí)，做到不談核色變，有效保護(hù)身體免受照射，預(yù)防疾病的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】電離輻射;健康;影響;輻射防護(hù)

中圖分類號(hào)： R473.72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）14-0189-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.092

Briefly Analyzing the Impact of Ionizing Radiation on Human Health

ZHANG Peng-juan

（China Jian Zhong Nuclear Fuel Co.，Yibin Sichuan 644000，China）

【Abstract】Nuclear science and technology is a new type of advanced technology developed in the 20th century.It has developed into a technology that has played a key role in some vital fields in 100 years，such as national defense，energy，science，education，medicine，and industry.This hundred-year history can be roughly divided into three stages：The period from 1896 to 1931 was the primary stage of development，the period from 1932 to 1942 was a period of vigorous development，and from 1943 to the present，it was the stage of modern nuclear technology development.It started late but developed rapidly.Nowadays，nuclear technology has penetrated into all aspects of our lives.The research content is also constantly enriching and expanding，bringing huge benefits to human society.However，advanced nuclear technology is not harmless.While benefiting society，its application will also bring harm to society，the environment and even our own health.In particular，the 2011 Fukushima nuclear accident in Japan once again pushed nuclear radiation to a climax，causing world attention.The times demand we should also fully and correctly understand and treat nuclear radiation while accepting nuclear technology.The article mainly introduced some knowledge of ionizing radiation，including radiation doses，radiation biological effects and radiation protection measures.It aims to warn people to learn some ionizing radiation-related knowledge and strengthen self-protection awareness so that nuclear fear can be avoided and the body can be effectively protected from radiation and prevent the occurrence of diseases.

【Key words】Ionizing radiation;Health;Impact;Radiation protection

0 概述

46億年前，自地球形成時(shí)就有一種放射現(xiàn)象的存在，地球上所有生物體的形成及生活的整個(gè)歷史的各個(gè)階段無時(shí)無刻不受到其照射，輻射主要來自三個(gè)方面：宇宙空間的高能粒子流，即宇宙射線;宇宙射線和大氣中原子核相互作用產(chǎn)生的宇生核素;還有存在于地殼中的原生核素。這三種輻射源均為天然客觀存在，統(tǒng)稱為天然本底照射，它是人類受到照射的最主要來源。另外，近半個(gè)世紀(jì)以來，因醫(yī)療照射及核能核技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，核動(dòng)力生產(chǎn)、核試驗(yàn)等，產(chǎn)生了許多新的放射性物質(zhì)和輻射，這類照射即為人工照射。一種核素被稱為放射源，說明其原子核內(nèi)部不穩(wěn)定，可以自發(fā)地發(fā)生核衰變，同時(shí)釋放出一種或多種粒子（射線）。這些粒子具有一定的能量，通過物質(zhì)時(shí)物質(zhì)原子的核外電子因庫倫作用而獲得能量，如果電子得到的能量足以克服原子核的束縛，則會(huì)脫離原子核而成為自由電子，原子變成正離子，即發(fā)生電離，否則原子被激發(fā)。

自從1896年法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的放射性開始，一直到1934年居里夫婦用化學(xué)法研究核反應(yīng)產(chǎn)物時(shí)首次發(fā)現(xiàn)人工放射性前，人們只知道天然放射性核素。雖然在今天，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的放射性核素約有2600個(gè)，而天然存在的僅約332個(gè)，包括40K，48Ca等輕核素和三個(gè)衰變鏈上原子序數(shù)在92～81間處于長期平衡體系內(nèi)的近50種核素，這三放射系中各代子體單獨(dú)存在時(shí)衰變都較快，但他們維系在長期平衡體系內(nèi)時(shí)都按第一個(gè)核素的半衰期衰變，因此可保留至今。

1 對人體健康的影響

電離輻射是能使作用物質(zhì)發(fā)生電離現(xiàn)象的輻射，為波長小于100nm的電磁輻射，其特點(diǎn)是波長短、能量高，種類很多，高速帶電粒子有α粒子、β粒子、質(zhì)子，不帶電粒子有中子以及X射線、γ射線。貫穿照射（主要是X射線、γ射線及中子）是以外照射方式作用于人體，放射性物質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)則發(fā)生內(nèi)照射，發(fā)出β、γ粒子，只能依靠在體內(nèi)排出或蛻變降低劑量。表1為常見輻射粒子的穿透能力比較。

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1.1 劑量

先簡單區(qū)分照射量與吸收劑量兩個(gè)概念，前者描述的是X射線或γ射線在空氣介質(zhì)中電離本領(lǐng)的量度，專用單位倫琴（R）;后者表示介質(zhì)吸收輻射能量的程度，反映的是與無限小體積相聯(lián)系的輻射量，即介質(zhì)中的每一點(diǎn)都有特定的吸收量，所以在給出吸收數(shù)值時(shí)，須指明輻射類型、介質(zhì)種類和位置。適用于任何類型的電離輻射和任何受照介質(zhì)，常用單位拉德（rad），專用單位戈瑞（Gy），1Gy=100rad。

由上所述，相同的吸收劑量未必會(huì)產(chǎn)生同等程度的生物效應(yīng)，因?yàn)樯镄?yīng)受到輻射類型、能量和個(gè)體差異等因素的影響。為了表示不同類型和能量的輻射對人體造成的生物效應(yīng)的嚴(yán)重程度，定義當(dāng)量劑量H = W ·D ?，W 為輻射R的權(quán)重因子，DT，R為輻射R在組織T內(nèi)產(chǎn)生的平均吸收劑量。專用單位西弗特（Sv）。

由于隨機(jī)性效應(yīng)發(fā)生概率與當(dāng)量劑量之間的關(guān)系還隨組織的不同而變化，人體受到的任何照射總是涉及多個(gè)組織器官，而不同的組織對于輻射的敏感程度不一樣，有些很敏感，比如紅骨髓、胃、肺、性腺之類。為了計(jì)算輻射總的風(fēng)險(xiǎn)，又定義有效劑量E= W ·H ，WT為組織T的權(quán)重因子，HT為組織T的當(dāng)量劑量。

當(dāng)量劑量與有效劑量只能在遠(yuǎn)低于確定性效應(yīng)閾值的吸收劑量下提供估計(jì)隨機(jī)性效應(yīng)概率的依據(jù)[1]。

表2為我國核安全法規(guī)定的年劑量可接受限值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，放射性從業(yè)人員每年所接受的有效劑量不超過年限值的1/10，因?yàn)槟暧行┝康姆植挤膶?shù)正態(tài)分布，即大多數(shù)從業(yè)人員受到的劑量是很低的，均值為2mSv，與此相應(yīng)的職業(yè)照射平均死亡率為8×10-5，即每十萬人平均死亡8人;公眾個(gè)人實(shí)際受到的平均有效劑量為0.1mSv，相對應(yīng)的輻射致死率為5×10-6，所以公眾劑量限值的安全程度也是很高的。

1.2 輻射的生物效應(yīng)

各電離輻射對人體的健康危害是在利用輻射源的過程中被認(rèn)識(shí)的。輻射與人體相互作用會(huì)導(dǎo)致某些特有的生物效應(yīng)，從接受電離輻射到遺傳變異或死亡，需要經(jīng)歷物理、物理化學(xué)、化學(xué)和生物化學(xué)階段，漸變過程十分復(fù)雜。

人體接受輻射后出現(xiàn)的健康效應(yīng)源于各射線通過電離作用引起組織細(xì)胞中原子或分子的變化。ICRP用變化、損傷、損害、危害四個(gè)術(shù)語來描述電離輻射效應(yīng)。變化指電離輻射對生物體照射的影響可能有害;損傷表示某種程度的有害變化;損害則指臨床上可觀察到的有害變化;危害概念較復(fù)雜，結(jié)合了損害的概率、嚴(yán)重程度和作用時(shí)間等表征受照射的總傷害[2]。一般認(rèn)為輻射效應(yīng)的發(fā)生需要經(jīng)過照射、能量吸收、分子的電離激發(fā)、分子結(jié)構(gòu)改變、生理生化代謝改變、組織器官發(fā)生變化等過程，在這些過程中也可能因某些原因使機(jī)體得到修復(fù)。有關(guān)證據(jù)表明，長期低劑量輻射對血液系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)為紅細(xì)胞數(shù)、紅細(xì)胞分布寬度、嗜酸性粒細(xì)胞比例增高，單核細(xì)胞比例降低，外周血片幼稚粒細(xì)胞、巨大血小板的檢出率增高[3]。輻射誘發(fā)細(xì)胞死亡、突變及惡性突變是由細(xì)胞核內(nèi)DNA雙鏈或單鏈斷裂或重接造成的，電離輻射劑量越大，DNA損傷或錯(cuò)誤修復(fù)及未修復(fù)的機(jī)會(huì)就越多[4]。

影響輻射生物效應(yīng)的因素很多，大致分為與輻射有關(guān)的物理因素和與機(jī)體有關(guān)的生物因素。前者主要包括輻射類型、輻射能量、吸收劑量、劑量率及照射方式，總結(jié)為電離密度大、穿透能力強(qiáng)、劑量率大且分次少、受照面積大則產(chǎn)生的效應(yīng)就大。后者主要指不同的種系及組織細(xì)胞對輻射的敏感性不同。通常，越高等、結(jié)構(gòu)越復(fù)雜的機(jī)體和代謝越活越、分化程度越低的細(xì)胞對輻射的敏感性越高。

根據(jù)輻射效應(yīng)與劑量的關(guān)系，可把輻射對人體的影響分為隨機(jī)性效應(yīng)和確定性效應(yīng)兩類。隨機(jī)性效應(yīng)即不論受照劑量大小，均可誘發(fā)致癌效應(yīng)和遺傳效應(yīng)，發(fā)生幾率與劑量成正比，而嚴(yán)重程度與劑量無關(guān)。在輻射防護(hù)的低劑量范圍內(nèi)，可假定隨機(jī)性效應(yīng)的發(fā)生率與受照劑量之間存在線性無閾（LNT）關(guān)系。據(jù)此，可把一個(gè)器官或組織若干次受照劑量簡單相加，用以評價(jià)其受到的總輻射影響。但不少學(xué)者認(rèn)為LNT理論是由高劑量向低劑量外推得到的，忽略了適應(yīng)性效應(yīng)，其科學(xué)合法性尚未確定[5]。確定性效應(yīng)存在劑量閾值，超過閾值時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)病變，且劑量愈高則效應(yīng)的嚴(yán)重程度愈大，是大量細(xì)胞殺傷的綜合效果確定的。輻射造成的眼晶體混濁、放射性白內(nèi)障、皮膚放射損傷、造血功能障礙、生育能力減退和免疫功能下降等都屬于確定性效應(yīng)。圖1直觀的說明了兩種輻射效應(yīng)與劑量的關(guān)系。

2 輻射防護(hù)措施

實(shí)踐證明，電離輻射對人體有損傷作用。由于早期的技術(shù)條件，人們在研究、應(yīng)用核能和電離輻射技術(shù)的實(shí)踐中付出了一定的代價(jià)。隨著人們關(guān)于輻射對人體危害性認(rèn)識(shí)的深化和相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，輻射防護(hù)與安全的研究得到了很大的發(fā)展，同時(shí)也建立了從事輻射防護(hù)和安全的相關(guān)部門和機(jī)構(gòu)。國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明，凡從事核能與核技術(shù)應(yīng)用，尤其是從事電離輻射研究的單位，必須重視由此帶來的輻射防護(hù)和安全問題。做好輻射防護(hù)與安全工作，是核能、核技術(shù)得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展的有力保障，這是“用”和“防”的辯證統(tǒng)一[1]。

對于輻射防護(hù)，其基本原則是輻射實(shí)踐的正當(dāng)性，即該輻射所帶來的利益足以彌補(bǔ)引起的危害;輻射防護(hù)的最優(yōu)化，通常遵循ALARA原則，即機(jī)體受照劑量的大小及受照射的可能性均保持在可合理達(dá)到的盡量低的水平;個(gè)人劑量限制，個(gè)人總有效劑量和組織器官的當(dāng)量劑量不超過國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。

前面提到輻射對人體的危害途徑分內(nèi)外兩種，自然對應(yīng)的防護(hù)措施也有兩種。

外照射防護(hù)方法：盡量縮短受照射時(shí)間，盡量增大與放射源的距離，設(shè)置屏蔽物。俗稱為時(shí)間、距離和屏蔽防護(hù)，必要時(shí)結(jié)合使用。需要注意的是在對β輻射選擇屏蔽材料時(shí)務(wù)必考慮韌致輻射。放射性物質(zhì)可通過食入、吸入和皮膚吸收三種途徑進(jìn)入人體，從而造成體內(nèi)的污染。內(nèi)照射防護(hù)方法有：包容、隔離，凈化、稀釋和遵守規(guī)章制度，做好個(gè)人防護(hù)。就具體的射線粒子，簡要闡述如下：

α射線防護(hù)

α粒子射程很短，在空氣中的射程僅為幾厘米，一張普通的紙足以擋住，在身體組織內(nèi)的射程只有30～40μm，皮膚的角質(zhì)層即可擋住。一旦α粒子進(jìn)入體內(nèi)，α輻射源被人體活組織所包圍，損傷幾乎都集中在α粒子源附近，所以α粒子的內(nèi)照射危害是需要重視的。此外，α放射性核素都有毒性，比如天然鈾在放射性分類中屬中毒性元素，同時(shí)也是化學(xué)毒物?？扇苄院蛽]發(fā)性的鈾化物化學(xué)毒性較大，可溶性UO22+鹽進(jìn)入人體后，血液中60%的UO22+形成具有超濾性的碳酸氫鹽絡(luò)合物而轉(zhuǎn)移至各組織器官，40%的UO22+則與蛋白質(zhì)結(jié)合。鈾化物中毒主要損傷的是腎臟，隨后出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)和肝臟的病變[6]。

β射線防護(hù)

β粒子的穿透能力與其能量有關(guān)，小于100keV的β粒子在空氣中射程不足10cm，組織中則不到0.15mm，是一個(gè)輕微的外照射源。β粒子同樣存在內(nèi)照射，但其危害性要比α粒子小，因?yàn)棣铝Ｗ釉诮M織中射程較遠(yuǎn)，在某個(gè)小體積內(nèi)放出的能量較α粒子小。對β源的防護(hù)，要考慮最大能量的β粒子和韌致輻射的產(chǎn)生，可用復(fù)合材料屏蔽的方法，先用低原子序數(shù)的吸收體阻止β粒子，再用高原子序數(shù)的吸收材料減弱韌致輻射。操作強(qiáng)β源時(shí)，不能使手或身體的其他部位暴露在輻射場中，更不能用眼睛在近處直接觀察而不采取防護(hù)措施。

X、γ射線防護(hù)

X射線和γ射線是高能電磁波，在空氣等介質(zhì)中射程很遠(yuǎn)，穿透力強(qiáng)，即使離輻射源很遠(yuǎn)，也可能對人體造成外照射。當(dāng)人體處于X射線或γ射線輻射場中時(shí)，可能會(huì)使所有的器官和組織均受到照射。因此，就外照射而言，X、γ射線與α、β粒子相比具有更大的危害性。由于X、γ射線在人體組織中的射程很遠(yuǎn)，甚至貫穿人體，因而被組織中某一小體積吸收的能量較少，損傷也較小。X、γ源在工業(yè)上的應(yīng)用很廣泛，其吸收服從指數(shù)衰減規(guī)律，可選取一個(gè)合適的屏蔽厚度使劑量降低到可接受水平。

中子的防護(hù)

中子具有相當(dāng)高的穿透能力，由于中子的品質(zhì)因子是X射線和γ射線的20倍，所以同樣的吸收劑量，中子對人體的相對危害性要比X射線和γ射線大得多。防護(hù)原則是對快中子慢化，對減速了的慢中子吸收。低原子序數(shù)的元素都是理想的慢化劑，比如H和C。值得一提的是混凝土材料，即含有較多的輕元素，可慢化中子，又有許多的重元素，可屏蔽γ射線，價(jià)格又便宜，是屏蔽伴有γ射線強(qiáng)中子源的首選材料。

3 結(jié)語

事物都具有兩面性，核技術(shù)也不例外，其應(yīng)用在改變世界造福人類的同時(shí)伴隨的核輻射確實(shí)是個(gè)問題，需要采取相應(yīng)的措施予以應(yīng)對。對公眾而言，保持正常的理智與情緒尤為重要，據(jù)WHO等國際組織的報(bào)告，在切爾諾貝利核泄漏事件之后，因恐慌生病的人數(shù)遠(yuǎn)多于核輻射造成的病例，恐慌往往是因?yàn)闊o知，了解與計(jì)算相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)無疑可以減少非理性行為。另一方面，對日常醫(yī)療照射等造成的小劑量輻射也需提高警惕，避免無意義的暴露;面對核泄漏引起的高級(jí)別電離輻射，不必過度恐慌，不可盲目攝入過量碘化物，以免引起甲狀腺等疾病，要聽取專業(yè)人士的指導(dǎo)意見和接受政府安排，爭取將損失減到最低限度。相信科學(xué)，健康生活。

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