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什么是电离辐射( 电离辐射常识及危害)

辐射是指处于绝对温度零度以上的物质以电磁波(光子)或粒子形式向外发射能量,也称为放射。因此,辐射从本质上可以分为粒子辐射(包括α粒子即氦原子核、β粒子即正负电子、质子和中子)和电磁辐射(也叫光子辐射,包括各种“频谱”的电磁辐射,由频率从低到高分别为:无线电波、微波、太赫兹辐射、红外辐射、可见光、紫外线,以及X射线和γ射线。后两者属于高能电磁辐射)。

从作用于物质的效应上又可以分为电离辐射(可以引起物质发生电离反应者,包括所有的粒子辐射和电磁辐射里面的γ射线和X射线)和非电离辐射(不能引发电离作用的其他所有的电磁辐射)。

人们通常谈核色变,通常把辐射有笼统称之为核辐射。其实核辐射仅仅是指原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所发射出来的辐射。

电离辐射常识

图片来源于网络

通常有两种来源:不稳定核素(也称为放射性核素)自发的核衰变。具体又包括发射出α粒子后变成另一种核素我们称之为α衰变;和发射出电子,新原子核质量数不变,根据发射粒子为负电子或正电子的不同,电荷数增加1或减少1,相应的原子序数增加1或者减少1,同时以β辐射和中微子形式释放出能量,我们称之为β衰变。这些能够自发发生核衰变的不稳定元素我们通常称之为放射性核素,也叫放射性同位素。同位素是指具有相同质子数,不同中子数(因此质量数不同)同一元素的不同核素互为同位素。放射性同位素是相对于同一元素的不同核素的相互关系,现在已经少用这个称谓,更常通用放射性核素的概念。

另一种来源就是核反应:即高能粒子入射轰击原子核,使得原来的原子核转变成另一种原子核产生一种新的元素,同时伴发大量辐射。

也就是说,只有来源于原子核变化过程的辐射才是核辐射。核辐射包括所有辐射类型,但是并非所有辐射都能称之为核辐射。

可见光、微波、红外线等人们比较熟悉的电磁辐射自然不必说,就是属于电离辐射的X射线也同样不仅见于核辐射,因此,X射线是核辐射的一种,却并非所有X射线都是核辐射。人工X射线是用高压电场加速电子流,高能电子流作用于金属靶发生康普顿效应而产生。因为不是原子核变化的产物,所以不属于核辐射。

电离辐射是指一切能引起物质电离的辐射,α粒子、β粒子、质子属于高速带电粒子辐射,能直接引发电离效应;而中子以及X射线、γ射线属于不带电粒子和光子辐射,可以间接引发电离效应。

电离辐射对于机体的危害主要就体现在其电离作用,可以破坏物质理化性质,导致组织细胞的破坏和坏死。短期大剂量的电离辐射可引发急性放射病,造成全身广泛严重损害,甚至短时间内可以致死。低剂量长期电离辐射对于机体的损害主要表现在对于电离辐射敏感的分裂、增生活跃的组织细胞,如骨髓造血细胞、甲状腺滤泡上皮、性腺细胞,也包括部分增生活跃的恶性肿瘤细胞等。

甲状腺是人体最大的内分泌腺,产生分泌的甲状腺激素是人体维持生命必须的最重要调节代谢的激素之一,甲状腺滤泡上皮细胞需要终生保持活跃以源源不断供给机体所以需要的甲状腺激素。

这种分裂增生和代谢活跃的组织细胞对电离辐射最为敏感,常常成为电离辐射首先“攻击”的标靶,损害主要为两个方面:细胞组织结构和功能的破坏,表现为为甲状腺炎和甲减,放射性碘131用于治疗甲亢和甲状腺癌就是利用电离辐射的这种破坏性机理。其他放射性治疗用于其他恶性肿瘤也是基于恶性肿瘤细胞分裂增生更活跃、对于电离辐射更敏感这一原理。另一种作用就是对于细胞染色体的直接破坏和分裂过程中的干扰错构,导致变异发生进而可以诱发甲状腺癌的发生。

甲状腺癌和骨髓造血细胞的恶性肿瘤性改变(俗称白血病)是目前确知的电离辐射能够单独可以引发的人体恶性肿瘤。具体到武汉协和医院的该次事件,因为不涉及放射性核素的问题,称之为核泄漏或者核辐射泄漏都有失严谨,称之为电离辐射泄漏或者污染或许更为准确。

虽然甲状腺癌目前确知的电离辐射可以单独诱发的恶性肿瘤之一,但是,几位医护人员的甲癌与X光电离辐射泄漏是否有直接关系,关键在于手术室X光机在工作状态下产生的辐射会不会造成下层手术室电离辐射的超标,主管部门应该做出权威性检测以平息事端。

既然电离辐射对于人体有严重危害,那么对于它的防护就显得非常重要。其实我们生活的日常环境中就存在各种电离辐射,包括宇宙辐射、环境中有可能存在的放射性核素以及自然界存在的其他一些电离辐射,人们通常称之为背景辐射,不会对人体造成危害。对于普通民众,由于生活中不会接触到放射源,所以只需要能识别放射源,并远离即可。电离辐射警示标识如图1所示,与珍爱生命、远离中医一样远离标有这个标志的地方和物品。

对于不得不接触电离辐射的人群来说,需要明确电离辐射防护的原则和措施。具体而言就是放射防护三原则:

时间防护,尽量缩短接触电离辐射的时间。

距离防护,增加放射源和人之间的举例,必须接触时操作应尽量远离身体,必要时借助辅助性仪器。

屏蔽防护,就是阻挡电离辐射对于机体的照射。这个需要根据辐射的不同采用不同屏蔽材料。α粒子质量大、携带能量大,能引发电离效应,因而能量容易被物质吸收,一张普通纸就能阻挡住它。β粒子即高能电子流,质量比α粒子小得多,在物质中射程也会远一些,比如高能电子流在空气中射程可以达数米,但是在机体组织内射程仅仅数毫米。如前面X射线产生介绍中说了,高能电子如果作用于原子序数高的重金属会发生康普顿效应,产生高能X线辐射,同样属于电离辐射,所以防护β粒子辐射需要用原子序数低的物质,如木材或者铝等轻金属。而X射线和γ射线属于电磁辐射,辐射粒子乃近乎没有质量的光子,因而在物质中穿透能力强,可以穿透人体,(医学上X光摄影正是利用不同人体组织密度不同对于X光吸收的差异来成像的),需要用原子序数高的高密度物质才能加以吸收屏蔽,通常就是用加厚的混凝土和重金属铅。(如下图所示)

电离辐射常识

至于非电离辐射,主要就是如上介绍的各种电磁辐射,在生活环境中普遍存在。电磁辐射与物质互相作用主要是热效应(如前段搜狐微博热议的微波炉)和非热效应,通常对于人体无害或者损害轻微。所有叫卖防护电磁辐射(不包括X射线和γ射线)产品的广告和生产商都是骗子和忽悠。

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2022-06-18 16:31:50