關(guān)于輻射類型與輻射作用于人體的一些資料

2016/8/9 9:37:40

第一種核輻射的危害性最小，稱為α輻射。α粒子是氦原子的原子核，是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構(gòu)成的。在原子標(biāo)度上它的質(zhì)量數(shù)是4，帶2個(gè)正電荷。
α輻射只有輕微的穿透能力，一單張紙即能將其阻擋住。α射線對(duì)物質(zhì)沒有明顯的破壞效果，只有當(dāng)α放射性物質(zhì)經(jīng)過呼吸道、消化道，或者通過傷口進(jìn)入體內(nèi)時(shí)，方會(huì)對(duì)人員產(chǎn)生危害。其危害是α射線的體內(nèi)照射，將對(duì)人體組織產(chǎn)生長期損傷作用。核彈頭中的核裂變材料具有α放射性，但這種放射性沒有多大軍事意義。

第二種核輻射所攜帶的能量略微大一些，叫做β輻射。β輻射是由β粒子流，即電子流組成的。β粒子的質(zhì)量極小，可忽略不計(jì)，帶一個(gè)單位負(fù)電荷。這類核輻射的穿透本領(lǐng)也同樣很小。能量最大的β粒子，在空氣中也僅能傳播數(shù)米遠(yuǎn)，剛剛能穿透皮膚。盡管β輻射在一些情況下，能灼傷人的皮膚，但這種核輻射的軍事意義也是微乎其微的。

第三種核輻射，我們把它稱作γ輻射。它與前兩種核輻射不同，γ輻射不是由粒子流構(gòu)成的，而是由形同X射線的電磁波組成的。它的波長比X射線要短，但穿透能力較強(qiáng)。γ輻射在空氣中能夠傳播幾千米，可以穿過諸如金屬和磚石結(jié)構(gòu)建筑物之類的密實(shí)物體，但其自身強(qiáng)度也會(huì)因此而被削弱。這種核輻射，對(duì)人員和軍事裝備具有極大的軍事殺傷破壞作用。

最后一種核輻射，人們稱之為中子輻射。在第一章基礎(chǔ)知識(shí)中，我們對(duì)中子已做過介紹。它是一種具有單位質(zhì)量數(shù)的粒子，不帶電荷。中子是除了氫以外的所有原子的原子核組成部分。中子的穿透能力與γ射線相近，在軍事上也有重要意義。

核輻射對(duì)人體的效應(yīng)

構(gòu)成生命的基本單元是細(xì)胞。每個(gè)細(xì)胞都是一個(gè)高級(jí)的復(fù)雜系統(tǒng)，其平均直徑只有10～5米。細(xì)胞基本上是由兩部分組成的，一是細(xì)胞核，一是細(xì)胞質(zhì)。細(xì)胞核內(nèi)染色體的基本結(jié)構(gòu)，是由基因組成的。其功能是控制細(xì)胞的繁殖和細(xì)胞質(zhì)的活動(dòng)。細(xì)胞質(zhì)是細(xì)胞的動(dòng)力工廠，它可把食物轉(zhuǎn)化成能量和簡單分子。
所有動(dòng)物的生長發(fā)育，都是通過細(xì)胞的增殖來實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞數(shù)目的增加，是細(xì)胞分裂的結(jié)果。這種細(xì)胞分裂過程，稱之為有絲分裂。核輻射對(duì)細(xì)胞核的損傷作用，是可使它分裂細(xì)胞的功能減弱。正常的有絲分裂如果受到這種作用，最終可能會(huì)引起細(xì)胞死亡。核輻射對(duì)細(xì)胞的另一種損傷作用，是使基因發(fā)生交替變化，但細(xì)胞仍能進(jìn)行有絲分裂。如果這種細(xì)胞是繁殖細(xì)胞(或生殖細(xì)胞)，那么這種損傷作用將產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果。
由于細(xì)胞的特殊恢復(fù)機(jī)理，核輻射對(duì)生物機(jī)體的殺傷作用，不僅取決于總的核輻射劑量，而且取決于接受射線輻照的速率。
人體組織受到核輻射的照射后，會(huì)受到電離作用的損傷。這種損傷作用，使人體的大多數(shù)細(xì)胞在組成和功能兩方面都受到影響。然而，核輻射電離作用的生物學(xué)后果，不僅取決于肌體組織所吸收能量的多少(即多少拉德的吸收劑量)，而且還取決于核輻射引起細(xì)胞組織電離的方式以及核輻射的性質(zhì)。某些射線在按拉德數(shù)來衡量時(shí)，其生物殺傷作用要比另外一些射線大。因此，必須引入一個(gè)比較因數(shù)和一個(gè)新的測量單位。
品質(zhì)因數(shù)的意義是，當(dāng)所考慮的核輻射為1拉德時(shí)，其對(duì)人體的殺傷作用與若干拉德γ輻射對(duì)人體殺傷作用相同條件下所需γ輻射的拉德數(shù)。也就是說，品質(zhì)因數(shù)越大，這種核輻射按拉德數(shù)換算的殺傷作用也就越大。
雷姆是核輻射生物殺傷效應(yīng)的劑量單位。它的代號(hào)Rem是英文人體倫琴當(dāng)量的縮寫。以雷姆為單位的劑量是這樣換算得到的：用按拉德計(jì)算的吸收劑量乘以所受到的核輻射的品質(zhì)因數(shù)。比如，10拉德品質(zhì)因數(shù)為5的核輻射劑量，等于50雷姆。列成公式是：劑量(雷姆)＝吸收劑量(拉德)×品質(zhì)因數(shù)。

日前，世界上又在推廣使用一個(gè)新的反映核輻射生物效應(yīng)的國際劑量單位，這就是希沃特(國際代號(hào)SV)。1希沃特等于100雷姆。在軍事使用上，品質(zhì)因數(shù)往往規(guī)定為1。
核輻射的生物效應(yīng)，還與人體受核輻射照射的部位有關(guān)，特別是與那些對(duì)維持人體健康具有重要作用的細(xì)胞的受損程度有關(guān)。人體對(duì)核輻射最敏感的組織部位是：
骨髓，制造新的血細(xì)胞的重要組織；
腸線，核輻射損傷會(huì)妨礙腸線按正常的方式進(jìn)行自我更新；
腦細(xì)胞和肌細(xì)胞，腦細(xì)胞如果受到嚴(yán)重的損傷，會(huì)導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能衰竭。
在機(jī)體的這些組織部位當(dāng)中，骨髓對(duì)核輻射的損傷作用是最敏感的，腦細(xì)胞則是最不敏感的。不過，從核輻射損傷病癥出現(xiàn)的時(shí)間來看，骨髓癥狀出現(xiàn)得最遲，而腦細(xì)胞損傷病狀則出現(xiàn)得最早。這是因?yàn)闇p少新的血細(xì)胞供給要經(jīng)過一定時(shí)間才能對(duì)人體機(jī)能產(chǎn)生影響。而人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能衰竭，是會(huì)立即顯示出來的。在人體受到相對(duì)較小劑量的核輻射作用后，其癥狀將會(huì)遲延出現(xiàn)。原因即在于此。

核輻射對(duì)暴露人員健康狀況的最終影響，還取決于人員肌體受到核輻射照射的部位有多大。如果機(jī)體只有一部分受到輻照，那么僅僅是這部分機(jī)體的骨髓受到損傷。在一定限度內(nèi)。人體未受損害的那部分組織，將會(huì)繼續(xù)維持機(jī)體的健康狀況，甚至還能恢復(fù)受照機(jī)體被損傷組織的生理機(jī)能。
由于任何特定劑量的核輻射對(duì)機(jī)體的危害程度因人而異，因此不可能確切地說明給定劑量的生物效應(yīng)，而只能指明其預(yù)期的平均結(jié)果。下表列出了整個(gè)人體受核輻射照射后的各種癥狀。
由于受照人員接受核輻射劑量達(dá)450拉德時(shí)約有50％的人死亡，因而就把這個(gè)劑量值稱為50％致死劑量，一般用LD50表示。

表5.2 人體受全身輻射照射時(shí)的效應(yīng)
吸收劑量(拉德)
150以下 無任何短期效應(yīng)。
[ 50～250 在24小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)惡心和嘔吐癥狀；不超過48小時(shí)即可自行恢復(fù)。
250～350 在4小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)惡心和嘔吐癥狀：大約在48小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)假愈期；癥狀的再次出現(xiàn)，在2～4周內(nèi)可導(dǎo)致部分傷員死亡。
350～360 在2小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)惡心和嘔吐癥狀， 許多傷病員在2～4周內(nèi)死亡，失去戰(zhàn)斗力時(shí)間延長。
600以上 幾乎立刻出現(xiàn)惡心和嘔吐癥狀，在1周內(nèi)實(shí)際死亡率達(dá)100％。
2600 在1小時(shí)內(nèi)失去戰(zhàn)斗力。
5000 在5分鐘內(nèi)完全失去戰(zhàn)斗力，在1～2天內(nèi)死亡。

輻射照射的遺傳作用

所謂加倍劑量，是指使自發(fā)基因突變率增加一倍的核輻射劑量。據(jù)估計(jì)，人員一次照射的加倍劑量大約是30雷姆，連續(xù)照射的加倍劑量大約是90雷姆。關(guān)于自發(fā)基因突變率增加一倍可能存在的生理影響，遺傳學(xué)專家們的意見尚不統(tǒng)一。一派認(rèn)為，它將產(chǎn)生災(zāi)難性的后果；而另一派則認(rèn)為，它對(duì)人的危害是易于發(fā)現(xiàn)的，而不是災(zāi)難性的。

剩余核輻射
剩余核輻射所包括的射線種類很多，但我們最關(guān)心的只有兩種，一是γ輻射，一是β輻射。β輻射一般只會(huì)使部隊(duì)失去戰(zhàn)斗力，而不會(huì)造成人員死亡。但是，如果處在很近的距離內(nèi)，或者觸摸到β放射性沾染的沉降物，在皮膚接觸部位上就會(huì)產(chǎn)生生物損傷。這種由于β射線照射引起的皮膚壞死，有時(shí)被稱作β燒傷。這個(gè)名稱是不確切的，因?yàn)閷?shí)際上被灼傷的整個(gè)皮層會(huì)與皮下組織分開，脫離了暴露的神經(jīng)末梢。治愈這種皮膚損傷雖然需要幾個(gè)月的時(shí)間，但這種傷害一般不會(huì)有生命危險(xiǎn)。表5.4列了不同的β輻射劑量對(duì)人體皮膚組織的效應(yīng)。
表5.4 不同的β輻射劑量對(duì)皮膚的平均效應(yīng)
吸收劑量(拉德)

600 無影響
2000 皮膚中度紅腫和潰爛
4000 在24小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)紅腫和潰爛，在2周內(nèi)皮膚壞死
10000 在24小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)重度紅腫和潰爛，在1周內(nèi)皮膚壞死
30000 在4小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)重度紅腫和潰爛，在幾天內(nèi)皮膚嚴(yán)重壞死

關(guān)于γ輻射的損傷作用，我們?cè)谇懊鎺坠?jié)中已經(jīng)討論過了。

這兩種剩余核輻射，是由放射性產(chǎn)物發(fā)射出來的。放射性產(chǎn)物散布在很大的地域上，其主要形式有：中子感生放射性物質(zhì)和放射性沉降物。當(dāng)接近核爆炸地面零點(diǎn)的物質(zhì)受到中子的轟擊后，便產(chǎn)生了中子感生放射性。這些受轟擊的目標(biāo)物質(zhì)之所以會(huì)產(chǎn)生放射性，是由于中子與它們內(nèi)部的一些原子核發(fā)生了反應(yīng)，使這些原子轉(zhuǎn)變成為放射性同位素。因?yàn)檫@個(gè)緣故，核爆炸地零點(diǎn)附近的土壤，以及一切暴露的設(shè)備器材，都會(huì)產(chǎn)生感生放射性，對(duì)這個(gè)問題，我們?cè)诤竺娴恼鹿?jié)中再詳細(xì)研究。
放射性沉降物，是指降落到地面上的放射性核裂碎片。放射性沉降物的核輻射，大半是由裂變產(chǎn)物發(fā)射出來的。但核彈頭和土壤中的中子感生放射性也占一定份額。

剩余核輻射劑量的影響因素
中子感生放射性物質(zhì)和裂變產(chǎn)物，都含有大量不同的放射性同位素，都向外發(fā)射β射線，其中大部分同位素還發(fā)射γ射線。
剩余放射性隨時(shí)間而衰減。但是，由于這種輻射是由大量不同物質(zhì)放射出的，因而它的衰減過程并不是一個(gè)簡單過程。
瞬時(shí)核輻射在相當(dāng)短的時(shí)間釋放出來，并僅從爆炸火球中有效地向外輻射。與瞬時(shí)核輻射相比較，剩余放射性可以在廣大地區(qū)內(nèi)出現(xiàn)，并且持續(xù)很長時(shí)間。受到剩余放射性照射的人員，其累積劑量取決于他周圍的放射性強(qiáng)度，或者他自身沾染的放射性強(qiáng)度，一般按劑量率(即每小時(shí)多少拉德)與受照時(shí)間的長短來測定。舉例說，假如有一士兵，在劑量率為30拉德每小時(shí)的地方受到輻照，而且在那里停留了10分鐘，那么累積劑量將為5拉德。在計(jì)算相當(dāng)長時(shí)間的累積劑量時(shí)，必須考慮放射性的蛻變。

盡管中子感生放射性物質(zhì)和放射性沉降物都放射出β和γ射線，但用來指示任何地點(diǎn)放射性強(qiáng)度的劑量率，卻是代表γ輻射成分的強(qiáng)度。實(shí)際上，剩余β輻射要比剩余γ輻射強(qiáng)得多，而且在很小的范圍內(nèi)，β輻射劑量率可以是伴生γ輻射的100倍。因此，如果一個(gè)人僅是雙手受到剩余核輻射沾染，那么他遭受到的β輻射對(duì)雙手的皮膚效應(yīng)，要比伴生γ輻射對(duì)他的全身輻照效應(yīng)嚴(yán)重得多。

中子感生放射性
核爆炸地面零點(diǎn)周圍地區(qū)中子感生放射性的范圍和強(qiáng)度，取決于到達(dá)地面的中子輻射強(qiáng)度。而中子輻射強(qiáng)度則取決于核武器的當(dāng)量、具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和爆炸高度。此外，地面零點(diǎn)周圍地區(qū)的物質(zhì)類型，也必須考慮在內(nèi)。各種元素，對(duì)于導(dǎo)致中子感生放射性的那種核反應(yīng)的敏感性并不是一樣的。下表給出了幾個(gè)常見元素的中子感生放射性的詳細(xì)情況。這四種元素都廣泛存在于土壤中，并且前兩種元素是軍事器材裝備的常用原材料。
表5.5 材料因中子俘獲而產(chǎn)生中子感生放射性的詳細(xì)情況
元素 半衰期 放射線
鋁-28 2.3分鐘 γ和β

錳-56 2.6小時(shí) γ和β
硅-31 2.6小時(shí) β
鈉-24 14.8小時(shí) γ和β