辐射

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May 25, 2022

辐射(法语:rayonnement,德语:strahlung,英语:radiation ray,西班牙语:radiación)是粒子或波在介质或空间中传播的过程,是一种能量流。辐射包括自然辐射和人造辐射。人工辐射是人为产生的辐射,从医学领域的X射线成像到工业现场、种子改良、害虫防治等广泛应用。放射性是放射性物质发射辐射的强度,是放射性物质发射辐射的能力或发射辐射的性质。

辐射类型

辐射大体上可分为电离辐射(ionizing radio)和非电离辐射(non-ionizing radio)。

电离辐射(电离辐射)

电离辐射是可以通过将粒子与分子分离来电离(电离)粒子的辐射。α射线包括紫外线、α射线、β射线、X射线和γ射线。正常辐射是指电离辐射(ionizing radio)。

阿尔法射线

阿尔法粒子是一些高原子序数放射性核素(例如钚、镭、铀)发射的高速氦原子核:它们不会以低渗透性(小于 0.1 毫米)穿透皮肤。如果辐射源大量进入人体(伤口皮肤、呼吸、口腔摄入等),人体可能会受到伤害。氡气 (Rn-222) 是一种发射 α 射线的辐射源。它是一个氦原子核,其中两个质子和两个中子结合为 alpha 粒子流,随着放射性元素的 alpha 衰变而出现。电离作用强,通过材料时沿路径产生许多离子。穿透力非常微弱,500 万 eV 的 α 射线即使穿过 1 个大气压(大气压)的空气仅 3 厘米也会停止。

β射线

β 粒子是从不稳定原子(例如铯 137、碘 131)的原子核发射的高能电子。这些颗粒可以穿透皮肤,但不能穿透铝。如果能量大,就会损伤皮肤组织。

伽马射线

在三种电离辐射中,它的穿透力最强。波长短,因此能量高。应使用穿透力高、密度高的铅或混凝土砌筑1m以上的围墙加以阻挡。与 X 射线一样,它用于探索 X 射线无法穿透的区域(例如建筑物)。

中子束

它是原子中子像光一样传播的辐射类型之一。因为它是在核反应过程中排放的,所以在运行核反应堆或中子弹爆炸时排放。

X射线

非电离辐射(non-ionizing radio)

不电离(电离)的辐射。它不影响分子结构。非电离辐射包括紫外线、可见光、红外线、远红外线、微波(雷达)、微波(手机)、微波(电视)、短波、中波(无线电)和长波(电力线、家用电器)。

放射性单位

“放射性”表示材料中某种放射性核素在单位时间内发生衰变的次数,它由相关材料中所含放射性核素的数量和半衰期决定。它对应于所谓的发生源的强度。Ci(居里)过去曾被用作放射性单位,但根据国际度量衡会议(1978年5月)的决议,日本也使用Bq(贝克勒尔)。传统的 Ci 单元可用作辅助单元。换言之,存在以表示中子源的强度等的单位来表示粒子放射率、即每单位时间放射的粒子数(/s)的方法。

Bq(贝克勒尔)

每秒一次衰减称为一贝克勒尔 (Bq)。给定核素的放射性表示为单位时间内衰变原子的数量。在国际单位中,贝克勒尔(Bq)以因发现放射性而闻名的安托万·亨利·贝克勒尔(法国,1852-1908)命名,每秒的崩解次数(dps)为1 Bq。1 Bq 2.703 E-11 Ci 27.0 E-1 2Ci 27.0 pCi 用于表示海水和空气污染的程度。

Ci(居里)

它以发现镭的物理学家玛丽居里的名字命名。Ci,目前用作辅助单位,是历史上基于 1 g Ra-226 放射性的单位,定义为相当于每秒 3.7 E+10 衰变的放射性强度。1 Ci 等于 3.7E+10 Bq。这些包括 mCi (3.7E+7 Bq)、μCi (3.7E+4 Bq) 和 pCi (3.7E-2 Bq)。它被定义为 +10 dps。) 大约 3.4 pCi (Picocurie 0.125 Bq) 的 Pt- 190 是一种天然放射性核素,包含在 1 克铂 (Pt) 板中。Pt-190是一种α衰变核素,经计算,1克铂以每分钟7~8次衰变的速度进行α衰变。目前的日本人体内含有 0.1 μCi (3700 Bq) 的放射性钾 (K-40)。1Ci 3.7E+10 Bq (3.710 Bq)

颗粒释放率

有一种方法,其中表示中性源等的强度的单位以粒子发射率表示,换言之,以每单位时间发射的粒子数(/s)来表示。

辐射单位

它表示通过感兴趣材料中某个位置的辐射数量,或该材料在辐射通过时吸收的量(例如,电离量、产生的离子对数量、吸收能量等.) 它对应于所谓的辐射“场”的强度或辐射的通过量。因此,根据通过的辐射量,定义了多种“辐射量”。

粒子注量

通过一个地方的单位面积的辐射粒子数。粒子注量 “速率”表示每单位时间的粒子注量。

辐照剂量

基于通过辐射产生的电荷量的概念。在标准状态(0°C,760 mmHg)下,在 1 cc 干燥空气中产生 1 esu 电荷的情况在旧系统中被定义为 1R(伦琴)。如果用新的单位制表示,相当于2.58E-4 C(库仑)/kg,但由于图像不出来,所以用得不多。另一方面,辐照剂量与对空气的吸收剂量相同,与 Gy 单位有 1 R8.7 m (milli) Gy 的关系。正常的自然γ射线剂量率为几μ(微1.0E-6)R/小时,当以Gy表示时,就变成了几个10n(纳米1.0E-9)Gy/小时。

吸收剂量

物质在给定位置吸收的辐射能量。在旧系统中,由于辐射的通过,1g 目标物质中 100 erg 的吸收表示为 1 rad (rad),但目前使用 Gy (gray) (Gy100 rad)。

剂量当量和有效剂量当量

剂量当量是通过将身体部位或器官(例如胃)接收到的吸收剂量乘以质量因数 QF 得到的量,该质量因数是通过考虑辐射的类型和能量而确定的。这是在放射防护领域用作辐射对器官生物效应的指标的概念。单位是 rem(rem:旧单位)和 Sv(sievert:新单位制,1 Sv100 rem)。考虑到体内所有器官i的辐射敏感性和致癌风险,有效剂量当量HE由HE∑Di×Wi给出(Di为器官剂量),按指示用量使用。最近,它被称为有效剂量,但定义几乎相同。

辐射对人体的影响

当人体内的细胞被辐射激发时,细胞的 DNA 结构就会发生变化。此时,如果辐射传递的能量非常大(超过 500 毫希沃特),由于许多细胞死亡,会立即出现皮肤红斑等健康问题。虽然传递的能量不是很大,但如果辐射传递的能量高于标准值(100 mSv),细胞就会在突变状态下存活,患癌或基因异常的概率就会增加。这种健康异常的概率与暴露的辐射量的值成线性比例。另一方面,当剂量较小时,由于细胞自身的高效恢复系统,不会出现异常。辐射对人体的影响可分为确定性影响和随机性影响。

确定性影响

当大量细胞在短时间内死亡时,细胞就会失去功能。当辐射剂量超过一定水平(500 mSv)时,就会无一例外地导致任何人的决定性异常。超过一定水平导致细胞凋亡并导致健康异常出现的辐射剂量称为阈值(阈值)辐射剂量。超过阈值辐射剂量,细胞死亡与剂量成比例。最低阈值辐射剂量为 500 毫希沃特。

随机效应

尽管细胞不会死亡,但在某些情况下,它们会以突变的形式存活并增殖。它可以发展成导致白血病的癌细胞,或者由于生殖细胞的突变而发展成后代的遗传缺陷。突变细胞改变的途径取决于各种因素,例如暴露于辐射的人的年龄或性别。根据初始突变的不同方面,细胞遗传学过程会随机导致癌症的发展。当暴露于 100 mSv 或更高的辐射时,癌症发生的概率随着辐射量的增加而成比例地增加。

低剂量辐射的影响

在低于 100 mSv 的区域内未观察到辐射危害,该区域被归类为低剂量。相反,有研究表明它是有益的。在对日本原子弹幸存者的研究中,暴露于低剂量的人的预期寿命比日本人长。与日本平均死于实体癌的人数相比,原子弹幸存者和辐射暴露群体更少。在氡的情况下,当暴露于50~200 Bq/m^3时,肺癌的概率低于暴露于更少或更多时。在 1950 年代,居住在美国 12 个州(包括内华达州)的人们暴露在高于核弹试验平均水平的辐射下。核电站工人的寿命比一般人长。

放射性污染和辐照的区别

有两种类型的辐射暴露:污染和辐射。

放射性污染

接触粉尘或液体等放射性物质后受到污染。可分为外部(external)污染和内部(internal)污染。外部污染是指皮肤或衣服被放射性物质污染。内部污染是指摄入放射性物质、吸入或通过皮肤进入人体。进入人体的放射性物质会移动到各种组织(甲状腺、骨髓等)并继续发射辐射,直到放射性物质被清除或破坏。内部污染难以去除。一些放射性核素能够造成内部污染,但从历史上看,相对较少的放射性核素会对暴露对象造成严重风险:H-3、Co-60、Sr-90、Cs-137、I-131、Ra-226、U-235、 U-238、Pu-238、Pu-239、Po-210、Am-241。

去除放射性污染

为防止吸收到体内,应立即清除受污染的放射性物质,并立即用大量肥皂和水清洗受污染的皮肤。小的穿刺伤口应大力冲洗以去除所有放射性粒子。不要剃掉受污染的头发并将其剪短。剃须会损伤皮肤并使放射性污染物渗入皮肤。

辐照

暴露于辐射时暴露于非放射性物质。即使在没有辐射源(放射性材料、X 射线设备)的情况下也可能发生辐射暴露。当辐射源被移除时,曝光结束。全身受到放射线照射时,剂量过高可出现全身症状和急性放射综合征。当只照射身体的一部分时,可能会出现局部症状。受照射的人不会发出辐射。这与暴露在阳光下的人不发光是相同的原理。

辐射暴露后的症状

急性辐射综合症 (ARS)

全身或许多部位的过度辐射暴露会在 30 天内导致严重的组织或器官损伤。根据剂量的不同,可能会出现以下急性综合征。这些包括脑血管综合征、胃肠道综合征和造血综合征。这些综合征分为三个阶段。辐射暴露引起的症状发作及其进展速度取决于辐射量。由于随时间出现的症状与辐射剂量一致,因此有助于预测辐射量。前驱期:对应于暴露后第 0 至 2 天。可能会出现嗜睡和胃肠道综合征(恶心、食欲不振、呕吐、腹泻)。潜伏无症状阶段:暴露后 0 至 31 天。出现潜伏无症状阶段的原因是身体功能正常,直到体内当前活跃的细胞寿命到期。然而,暴露在过度辐射下的人,产生新细胞的组织被破坏,无法替代已到寿命终点的细胞,并在暴露后约一个月出现各种症状。不同的全身性疾病阶段:根据暴露的主要组织对疾病进行分类。

脑血管综合征

这是全身暴露于 30 Gy 或以上的大量辐射时出现的症状。在这个过程中,暴露后几分钟到一个小时内就会出现前驱症状,潜伏期很短。在暴露的对象中,身体颤抖、癫痫发作、运动障碍和脑水肿会在几小时到 1 或 2 天内导致死亡。

胃肠道综合征

这是全身暴露于 6-30 Gy 辐射剂量后最常见的症状。前驱症状在 1 小时内出现并在 2 天内消失。在4-5天的潜伏期内,胃黏膜细胞死亡。严重的恶心、呕吐和腹泻会导致严重的脱水和电解质失衡,从而导致细胞死亡。此外,可发生消化道坏死,易引起菌血症和败血症。经常死 暴露于大于 10 Gy 的剂量的患者可能会出现脑血管症状。幸存者还会出现造血综合征。

造血综合征

这是全身暴露于 1-6 Gy 辐射剂量后最常见的症状,并出现一般的全血细胞减少症。轻度前驱症状在暴露后 1-6 小时开始并持续长达 24-48 小时。虽然骨髓干细胞显着减少,但循环成熟血细胞并未受到显着影响。除循环淋巴细胞外,淋巴细胞减少会在暴露后数小时至一天内发生。当循环细胞因衰老而死亡时,骨髓干细胞减少且无法被足够数量的替代,从而导致全血细胞减少。因此,在大约 4 个半星期的潜伏期内,当骨髓生成减少时,暴露于 1 Gy 剂量的暴露对象是无症状的。感染风险随着中性粒细胞减少而增加,这种情况最常发生在 2-4 周,并且抗体产生减少。血小板减少症会在 3-4 周内出现瘀点和粘膜出血,并可能持续长达一个月。贫血发展缓慢,因为红细胞比白细胞和血小板寿命更长。幸存者患辐射诱发的癌症,包括白血病的发生率增加。

身体局部区域暴露于辐射时出现的病变

心脏和血管胸痛、放射性心包炎、放射性心肌炎 皮肤 超过 3 Gy:脱发(暴露 2-3 周内) 6 Gy 或更多:部分红斑 8-15 Gy:干燥脱屑(暴露 3-4 周内) ) 15-20 Gy:潮湿脱皮(暴露后 3-4 周内) 15-25 Gy:水疱形成(暴露后 2-3 周内) 20 Gy 或更多:溃疡(暴露后 2-3 周内) 25 Gy或更多:坏死(暴露超过 3 周)性腺精子发生减少、闭经、性欲降低 5-6 Gy 或更多:不孕症 头颈部粘膜炎、吞咽困难(吞咽时疼痛)吞咽痛)、甲状腺癌肌肉和骨肌病、骨肉瘤 眼睛> 2 Gy:白内障肺放射性肺炎 > 30 Gy:有时是致命的肺纤维化纤维化)肾小球滤过率 (GFR) 降低,肾小管功能降低 6 个月至 1 年的潜伏期后:蛋白尿、肾功能不全、贫血、高血压5 周内累积量 20 Gy 或更多:放射性纤维化)、少尿性肾功能衰竭 脊柱 ≥50 Gy:脊髓病 胎儿生长部分受限、先天性畸形、先天性代谢紊乱、胎儿死亡 <0.1 Gy:无显着影响 儿童癌症风险约为 6%/Gy

核事故的影响

有记录以来最严重的核事故是切尔诺贝利事故。根据UNSCEAR报告(2008年)和WHO报告(2005年),到2005年切尔诺贝利事故中死于辐射照射的总人数约为43人。根据UNSCEAR 报告(2013 年),福岛事故期间没有发生因辐射暴露而死亡的事件。30 年后,切尔诺贝利高放射性污染点普里皮亚季的辐射剂量为0.18 至39.32 μSv/h。首尔的平均值为 0.11 μSv/h。三十年后,切尔诺贝利地区一方面被描述为“警惕的贫瘠之地”,另一方面被描述为野生动物的天堂。切尔诺贝利事故造成的最大公共卫生问题不是辐射污染,而是对心理健康的影响。

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脚注

参考