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核辐射,你想知道的这里差不多都有 | 中科院物理所

风云之声 2022-05-18

The following article is from 中科院物理所 Author Kun

      


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导读


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。
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最近科普了一些关于原子弹的小知识,但是我们可爱的粉丝在后后台留言,表示非常危险。感谢小伙伴们的提醒,但是小编认为duck不必~


较真一下毕竟理论和原理差距辣么大,不是想造就能造的~



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。


图 | 辐射育种园和核电站

 

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。


图 | 1945年-2019年全世界核爆炸试验全球分布图 来源:NASA


以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。


图 | 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。


图 | 核辐射与穿透性之间的关系 来源:新浪


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。咳咳,说点官方的)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


图 | 就像剪刀一样将DNA/RNA链切断


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。它和过 H2O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


表 | 引起成年人不同组织非随机效应的阈值剂量估算值


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。


图 | α粒子、β粒子、γ射线和中子的穿透能力依次升高 来源:网络


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。



图 | 防辐射消防服 来源:网络


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。


图 | 辐射防护三原则 来源:网络



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。


图 | 辐射含量 来源:网络


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.

[5] 王川, 陆羲, 冯业. 非人类物种的辐射生物效应研究[J]. 核电子学与探测技术, 2012, 32(07): 805-808.

[6] 周平坤. 核辐射对人体的生物学危害及医学防护基本原则[J]. 首都医科大学学报, 2011, 32(02): 171-176.

[7] 邵建章. 核辐射对机体的损伤作用及其防护技术[J]. 消防技术与产品信息, 2004(07): 42-47.


拓展阅读:
从理论物理到工程物理——于敏先生的学术生涯与杰出贡献 | 中科院物理所
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背景简介:本文于2020年5月3日年发表于微信公众号 中科院物理所 核辐射,你想知道的这里差不多都有,风云之声获授权转载。

责任编辑陈昕悦


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