核辐射,你想知道的这里都有!

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2020-05-27 15:43来源:中科院物理所作者:

为了让大家不再谈核色变,今天小编想给大家科普一下核辐射究竟为什么这么腻害,以及我们怎么正确的看待核辐射。

 

核能自从被人类开发以来呀,就走向了两种不同的极端,一种是在新能源领域利用核能;将其放射性应用于基因改造、检测和探测领域。

 

另外一种便是做具有威慑力的核武器。从1945年7月16日开始,美国的第一枚核弹爆炸后,在接下来的74年里,全世界有超过两千次核爆。

 

1986年切尔诺贝利核泄漏事件和1945年长崎和广岛的核弹事件为代表,核辐射对生物造成的伤害是非常严重的。轻者造成伤者呕吐,重者两小时内生命凋亡,动植物还会因此致畸。

 

但是反过来,人类又利用元素的放射性完成粮食品种的改良、消灭癌细胞,成为惠民救人的利器。比如我们中学课本中提到的鲁棉一号。

 

元素的放射性是一把双刃剑,那么这把剑是通过什么样的原理与生物相作用的,为什么它能够对动植物造成伤害,这种伤害又怎么能够防御呢?

 

核反应会产生什么?

 

我们现在利用核能大多都是利用的核裂变技术,因为相比核聚变它更容易控制。原子核在裂变时会产生各种微观粒子和电磁辐射或能量,被称作核辐射。这种辐射可以使物质中的电子被激发,即使该物质电离或激发,所以也称这种辐射为电离辐射。这其中就包含了四种主要的辐射类型,α粒子、β粒子、γ射线和中子。其中α粒子即氦核,是由两个带正电的质子和两个中性的中子组成。β粒子就是高能的正电子流或者负电子流。而γ射线是一种能量比较高的电磁波,有着很强的穿透性。除此之外,在核事故之后还会释放放射性核素,这些核素就会成为新的放射源进一步传播。

 

顺带提一下,我们平时生活中遇到的,如电磁炉、电话电磁波都是非电离辐射,这类辐射能量并不足以使电子激发。所以日常对人类是不会造成伤害的。

 

什么是核辐射生物效应

 

核辐射实际上就是一种能量的传递过程。当核辐射作用于动植物机体,传递的能量会对机体分子、细胞、组织和器官所造成的形态和功能方面的后果,这就是生物效应。

 

为了描述核辐射对生物体的影响。国际上把物质吸收核辐射的能量的量,即吸收剂量用单位戈瑞(Gray)来表示,符号为“Gy”。进一步,国际规定用剂量当量来表示吸收量对机体的损害程度,单位用“希沃特”,符号为“Sv”。实际上这两者可以看作是等价的,都表示核辐射对机体的影响程度大小。一般对于人体用“Sv”单位,对于非人体用“Gy”单位。

 

核辐射对人体会有什么影响?

 

核辐射会以两种方式对人类造成伤害。一种是在人体外直接辐射,相当于一把外置的机关枪向人体突突,我们称之为外照辐射。另一种是,辐射源污染了空气、食物和衣物等,通过呼吸、进食和与皮肤接触进入到人体内部,在人体内突突,我们称之为内照辐射。所以后者的危害较大。

 

至于核辐射对于人体的作用,就要从分子层面说起。核辐射作用于人体细胞中,直接作用会使DNA、RNA和蛋白质等生物大分子发生电离或激发。

 

另一方面,核辐射能够使得细胞中的水发生电离或激发,从而发生如下反应:

 

其中生成的基团带的那个小点可是非常危险的武器,表示自由基。它和H2O2 又会间接作用造成大分子结构的改变和活性丧失。总之辐射会损伤生物大分子,从而对细胞造成损伤或杀害。

 

 

人体对这些损伤细胞进行修复或者消灭的能力是有一定限度的,而这些辐照损伤超过一定限度(阈值),就最终会使人体出现一些病症,比如白内障、生育力减退等,这种效应被称为非随机效应。同时这样的伤害也会随着辐照吸收量的增加而增加。

 

还有一类损伤,是不管辐射剂量到达多少都会存在,只是发生几率有大有小,辐射剂量越大,发生的概率就越大。如癌症等。

 

对于非人类物种来说,核辐射造成损伤的基本原理同上。对于动物常常会致其畸形甚至死亡,生态系统是一个复杂的系统,辐射效应的影响不只是生物个体,还会进而影响整个生态系统。

 

核生物效应的影响因素

 

那么,如果核事故发生,人们如何才能够减少和避免核辐射对我们的损伤呢,要知道减少核核辐射生物效应的方法,人们就可以在核事故中采取正确的措施。这个时候就需要用知识来武装我们了。

 

辐射生物效应的影响因素主要有两方面,一方面是与辐射有关的因素其中与辐射有关的因素,包括射线种类和照射方式、照射剂量和照射剂量率、分次照射和间隔时间、照射部位和面积。如果我们依然把核辐射想象成机关枪,那么我们可以做如下的比喻。

 

射线种类包含我们之前提到的四种辐射方式,也就是机关枪的不同子弹类型,而照射方式就分为在体外射击还是在体内射击,即内辐照和外辐照。四种子弹他们的穿透能力不同,作用效果也不一样。α粒子、β粒子、γ射线和中子的穿透能力依次升高。

 

α粒子电荷较高、移动较慢、射程较短,很容易被物质阻挡掉,外部射击造成的伤害有限。但是当能够发射α粒子的机关枪(核素)进入人体内时,对机体损伤远大于其他类型的子弹。

 

β粒子、γ射线这两种子弹,穿透性依次增强,能够贯穿机体组织,能够对人体组织的深部造成电离损伤,从外照射角度看,β粒子造成的损伤更大。

 

对于中子这种子弹,穿透性高而且能量可变,所以对人体的伤害取决于其自身的能量大小。如果只考虑外照辐射,辐射区抢险人员就可以穿上特制的防弹衣来抵挡子弹,也就是防护服。通常防护服就是用重金属纤维等材质来抵挡或减弱核辐射的伤害。

 

另一方面是与机体有关的因素。首先是个体的敏感性,这点我们可以理解为,和我们之前提到的生物自我修复能力的大小有关。所以这个因素和年龄、性别和健康情况都有关。通常幼儿和老人比壮年为敏感,生病、身体条件不佳或较重的外伤等都可能使放射敏感性增强。

 

最后就是不同器官、组织和细胞的放射敏感性。一般来说,分裂旺盛的细胞对于放射性更敏感。在辐射区作战时,消防指战员需要将检测器配戴在放射敏感性最强的部位。

 

如何防护?

 

外辐照的防护方法主要可以总结为以下几点,减少照射时间,增加与辐射源的距离,进行屏蔽,禁止直接接触辐射区物质。

 

谈核色变?

 

所以我们还在谈核色变嘛,只要合理利用核辐射他就没有那么可怕。我们来看看核辐射正确打开方式。

 

图 | 辐射育种 来源:中国医学科学院放射医学研究所官网

 


图 | 辐射保藏 来源:中国医学科学院放射医学研究所官网

 


图 | X射线机 & CT机 来源:中国医学科学院放射医学研究所官网


国家标准规定,每个人在其一生中每年全身照射的吸收量量限值应不高1mSv。但是这只是最低的限度,我们生活中的辐射对我们几乎是不会造成任何影响的。

 

不知道大家还记不记得之前有辟谣过,香蕉里面有放射性物质并不会致病。一切抛弃剂量谈伤害的行为都是不科学的。

 

(告诉你爸,真酒都有一定放射性,勾兑的假酒才没有)

 

结语

目前我国的核辐射防护水平已跻身世界前列。正是一代一代人的努力,我们走出了一条和平为人民福祉的原子能道路。

 

参考文献

[1] 百度百科——核能

[2] 郭鹞, 陈景藻. 电磁辐射生物效应及其医学应用[M]. 第四军医大学出版社, 2002.

[3] 刘保昌. 实用医学辐射防护学[M]. 军事医学科学出版社, 2004.

[4] 石慧,林宏健,辜润秋. 辐射生物效应及其实践应用[J]. 科技风, 2015(05):81-82.

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