主题：辐射伤害知多少？（上） -- 沐右
家园 辐射伤害知多少？（上） 这是去年发在科学松鼠会群博上以沐右为笔名的一篇科普文章（文章链接）。想起来拿到河里面看对大家有没有用。
文章里面的链接都按照原文在科学松鼠会上的样子保留了，只有在文末才是河里内部的链接。（上）里面有一个表格，在河里面不知道怎么才能贴的对一些，看着乱的话可以去松鼠会那边的网页上看。
有些做广告的嫌疑。
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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。
外链图片需谨慎，可能会被源头改核辐射=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。
在极少数情况下，这种伤害可能会造成细胞内染色体上基因的变化，如果恰巧是生殖细胞的基因被改变了，那么如果能够产生正常的后代，就有可能获得一些新的性状。太空育种、辐射育种就是利用高强度的辐射处理种子，然后从这些受到高强度辐射之后还能够发芽的种子里面筛选培育，获得性能比较好的新品种。因为天然辐射而产生的新基因、新品种在生物进化过程中也起到了相当重要的作用，从这个角度来说，维持一个低水平的辐射对于生物种群的进化和发展是有好处的。
当然，这种伤害也有一定可能会导致正常的体细胞基因发生变化，如果这种变化不能修复并且细胞仍然存活，就有可能出现细胞不受控制地复制的情况，就成了癌细胞了。因此，长时间接受较高强度的核辐射是有导致癌症的可能性的。但是，如果受到的辐射强度不大的话，就不用去担心。像前边说过的，日常受到的核辐射是不可能完全隔绝的，这样的危险总是难以避免，担心也没有用，没有必要过于恐惧。尽量避免接触强的核辐射就好了，比如说应该小心放射性超标的大理石地板、避免直接接触核材料。居里夫人因白血病去世，邓稼先因直肠癌去世，这可能和他们长时间接触放射性物质有关系。
下面的表格列出了一些跟生活相关的辐射数据，除特殊说明外，数据均来自[1]，不同来源的数据可能在细节上略有差别，不过大体的数量级应该是一致的。数据用来衡量辐射对生物体组织的伤害（剂量当量），单位是Sv（Sievert，译作西弗或者希沃特），一Sv等于一焦耳每千克，表格里面单位比较小，实际是毫（千分之一）Sv。从表格里面可以看出，除航空、采矿行业之外，高辐射行业的职工在工作中受到的辐射都比天然辐射小。核电站的工作人员每年受到的辐射是1.12mSv，核电站周围的居民受到的辐射一般认为比这小得多。了解这些数据，就很容易理解，对于核电站周围和乘飞机出行中的辐射没有必要担心。
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）
-----随部位、观察对象不同而不同： 四肢和关节，<0.01； 胸透，0.02；钡餐，3 [见表末注]
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]
注：关于X光检查辐射的数据，1.2mSv的数据是由[1]里面第七页表2世界每千人年X光检查次数和由此产生的年人均剂量计算而来，并不能完全说明每次X光检查的剂量。根据另外的数据来源（《从大亚湾核事件说起》文中的[5]），新加坡善达社区医院关于X光检查的说明文件里面第二页的表格，每次检查的辐射剂量随部位不同而不同，一般的检查辐射剂量较小，比如四肢和关节部位为小于 0.01mSv，胸透为0.02mSv；而某些特殊检查剂量较大，比如钡餐为3mSv。一般的X光检查相对于每年的天然辐射剂量并不显著，没有必要害怕。再者，X光检查是医疗需要的检查，是医护人员发现病症、治疗病症的必须手段，请遵医嘱。
（未完待续）
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。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。波长越长，频率越低，光子的能量就越小。可见光的光子能量在1.8电子伏（700纳米的红色光）到3.1电子伏（400纳米的蓝色光）之间。
参考：
1. 联合国原子辐射效应科学委员会，Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation to the General Assembly，http://www.unscear.org/unscear/en/publications/2000_1.html
2. 联合国原子辐射效应科学委员会，Sources of ionization radiation, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/2008_1.html
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).
5. 《核辐射》，中国辐射探测网，http://www.raydetect.com/article/080525115757.html
感谢水龙吟、fwjmath、Sheldon、Albert_Jiao、Lewind和Ent对本文的帮助，在成文过程中在新浪微博上受到了方舟子的启发，在这里表示感谢。
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通宝推：易水,
本帖一共被 4 帖 引用 (帖内工具实现)家园 日本发展MOX是为了攒钚造核弹吗？ 在另外一个帖子里讨论了日本的原子弹问题。传送门在此。
2011年3月11日发生的9.0级的大地震和引发的海啸给日本人民造成了巨大的损失，而随后发生的福岛核电站的事故也让包括中国美国在内的周边国家民众遭受了一把核辐射的心理冲击：在中国引发了碘盐的抢购，在美国则引起了碘片的脱销。同时，关于日本核野心的各种说法又在网络上传播，那么，日本发展MOX是为了攒钚造核弹吗？家园 我有点不是很明白，以前经常看见伦琴这个单位。现在看不见了 小声求下科普。谢谢
家园 转载：西弗到底是什么？ http://guokr.e7e8.com/2011/03/16/%E3%80%90%E5%9C%B0%E9%9C%87%E7%89%B9%E8%BE%91%E3%80%91%E8%A5%BF%E5%BC%97%E5%88%B0%E5%BA%95%E6%98%AF%E4%BB%80%E4%B9%88%EF%BC%9F/
早期人们用“伦琴”（rntgen）这个单位来衡量放射性物质的照射量大小，这个单位通常简记作 R。这是为了纪念发现 X 射线的德国物理学家伦琴（Wilhelm Rntgen）而设立的单位。1 伦琴就是在一个标准大气压下，在 0 摄氏度 1 立方厘米的空气中造成 1 静电单位的正负离子所需要的照射量。不过，伦琴这个单位只能表示辐射量的大小，并不能反映生物组织吸收辐射的情况。为了更准确地量化人体遭受有害辐射的严重程度，人们提出了“吸收剂量”（absorbed dose）的概念，即每千克人体组织吸收辐射的能量大小。
但是，不同的辐射源对人体的伤害效果是不一样的。对于每一千克的人体组织来说，吸收 1 焦耳的 α 射线，其杀伤力远远高于吸收 1 焦耳的 X 光辐射。为此，科学家们又专门定义了一种叫做“当量剂量”（equivalent dose）的物理量，让不同类辐射的杀伤力之间可以进行公平的比较。
和吸收剂量一样，当量剂量的单位也是焦耳每千克，区别在于当量剂量要在吸收剂量的基础上乘上辐射权重因数。不同性质的辐射，辐射权重因数是不一样的。X 射线、伽马射线的辐射权重因数都是 1；对人体破坏力极强的 α 射线，辐射权重因数则高达 20。核泄漏将会引发多种类型的辐射，没有一个确定的辐射权重因数，我们通常也就取 1 了。
为了区别吸收剂量和当量剂量两种单位相同但意义不同的物理量，科学界给这两种单位安上了不同的名字。为了纪念英国物理学家戈瑞（Louis Harold Gray），我们把吸收剂量的单位记作“戈瑞”（gray），简称“戈”，用符号 Gy 来表示。每小时 1 戈瑞的辐射，就表示暴露在此辐射下每千克人体组织每小时吸收 1 焦耳的能量。为了纪念瑞典物理学家西弗（Rolf Sievert），我们把当量剂量的单位记作“西弗”（sievert，也译作“希伏”、“希沃特”），用符号 Sv 来表示。两位物理学家都曾系统研究过辐射对生物的影响，对放射生物学都作出了杰出的贡献。
家园 谢谢啊，还是伦琴看着牛 一来都是几万几万的，比这个大气多了
家园 关于日本的事情，补充一下 说老实话，真是赶巧了，本来只是把以前的文章贴到河里面骗花来着，结果赶上日本地震，然后核电站出事了。
虽然说日本的核电站是六十年代建的，时间上比切尔诺贝利还要稍早一些，安全设计上和现在的核电站不是很能够比较（新闻）。不过现在这个时候讲核电站如何安全什么的，也不合适。这个事故之后，核电站的安全论证工作估计会更加严格，反对核电站的声音也会更强一些。这些对中国来说，不一定是什么坏事。
这两天也参与了一些网上的讨论，说老实话日本的核事故处理有些不够得力，决策不够果断，日本的自卫队战斗力也不像以前以为的那么厉害，组织能力也不行，感觉上比中国的解放军救灾差的远。各方面的东西河里面和其他地方都有人介绍总结，我就不说了。
最近我实在是没有精力去查资料写文章，而且说老实话也有点怕。网友们评论“专家”，说地震不会影响核电站，核电站出事了；说核电站不会爆，核电站爆了。这种事情评价起来，只能按照已有的知识，对照新闻里面公开的片言片语，然后稍微查点资料，一不小心，说不定就成了大家调笑的“砖家”、“三炮”什么的了。
科学松鼠会最近有一系列的关于日本的文章和资料，里面的数据和知识应该有所帮助，具体情况的分析是跟着事态变化的，而且都不是核物理和核工程专家，可以参考着看。
http://songshuhui.net/archives/51578
反正来说，即使日本的核电站切尔诺贝利了，考虑到日本处于西风带，常年刮的是西风，对中国也不会有什么危害。
这个是一个果壳网上的分析文章，“北京大学物理学院大气与海洋科学系博士张季平，利用拉格朗日粒子扩散模式FLEXPART对日本福岛核电站进行了对放射性物质扩散的预报。从图上我们可以得出结论，其辐射物泄漏在短时间内不会对我国产生影响。”
http://www.guokr.com/article/13134/
这个是一个类似的动态图，也是模拟的结果:
为什么说核泄漏对我国暂无影响？
http://songshuhui.net/archives/51745
外链图片需谨慎，可能会被源头改还有日本地区的卫星云图也可以看一下。
家园 你是不是预感到日本的事了？ 发改委的？
家园 真是杯具。。。。 正好赶上了。。。。
现在只能说中国的核电站技术先进，日本的是六十年代的技术，什么的了。
估计下面一些年，反对核电站的声音会强不少。
家园 开源还是截流? 用火电污染大气,用水电影响环境,太阳能风能太难商业化,用核电怕放射,说到底还是人的贪婪在自我作怪,要是每个人能少用些,那需要那么多电.天做孽不可为,人做孽不可活
家园 日本释放福岛第1核电站一号机组核反应堆内压力 日本释放福岛第1核电站一号机组核反应堆内压力
http://www.sina.com.cn 2011年03月12日03:16 新华网
新华网快讯：据日本共同社12日报道，日本经济产业大臣海江田万里当天凌晨宣布，将释放福岛第一核电站一号机组核反应堆容器内的压力，届时可能会有微量含有放射性物质的蒸汽外泄。
lz祥瑞御免
请教一下。福岛第一核电站一号机是沸水堆。应该是直接用水冷却的吧。为什么还需要美国空军急运冷却剂呢？
U.S. Rushes Coolant to Japanese Nuke Plant After Earthquake
Published March 11, 2011
The United State is rushing coolant to a Japanese nuclear reactor whose cooling system failed after a power outage caused by Friday's massive earthquake off northeastern Japan.
Update: 被女克忽悠了。美国空军没有出动。
State Department: No Emergency Delivery to Japanese Nuclear Plant
“They have very high engineering standards, but one of their plants came under a lot of stress with the earthquake and didn’t have enough coolant, and so Air Force planes were able to deliver that,” Mrs. Clinton said at a meeting of President Barack Obama’s Export Council.
Late this afternoon, a State Department spokeswoman said that, to the contrary, the Air Force did not provide assistance to the Fukushima power plant, located north of Tokyo.
“Regarding the question of whether US Air Force delivered assistance to a nuclear plant in Japan, I’m told that ultimately the Japanese Government handled the situation on its own,” State Department spokeswoman Julie Reside said in an email.
For its part, the Air Force said it had no indication that it had delivered coolant or any other supplies to the stricken power plant.
http://blogs.wsj.com/washwire/2011/03/11/state-department-no-emergency-delivery-to-japanese-nuclear-plant/?KEYWORDS=state+department+air+force
下面24小时是关键。在堆芯完全冷下来前，希望水循环泵能及时正常工作保持反应堆内的水位。 不然水烧干了还是有可能成为下一个三哩岛的。
家园 嘿嘿嘿 核电站，安全不，住在周围怕怕不
