關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，是由兩個質子和兩個中子構成的。在原子標度上它的質量數是4，帶2個正電荷。
α輻射只有輕微的穿透能力，一單張紙即能將其阻擋住。α射線對物質沒有明顯的破壞效果，只有當α放射性物質經過呼吸道、消化道，或者通過傷口進入體內時，方會對人員產生危害。其危害是α射線的體內照射，將對人體組織產生長期損傷作用。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粒子的質量極小，可忽略不計，帶一個單位負電荷。這類核輻射的穿透本領也同樣很小。能量最大的β粒子，在空氣中也僅能傳播數米遠，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。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構建筑物之類的密實物體，但其自身強度也會因此而被削弱。這種核輻射，對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。在第一章基礎知識中，我們對中子已做過介紹。它是一種具有單位質量數的粒子，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。

核輻射對人體的效應

構成生命的基本單元是細胞。每個細胞都是一個高級的復雜系統，其平均直徑只有10～5米。細胞基本上是由兩部分組成的，一是細胞核，一是細胞質。細胞核內染色體的基本結構，是由基因組成的。其功能是控制細胞的繁殖和細胞質的活動。細胞質是細胞的動力工廠，它可把食物轉化成能量和簡單分子。
所有動物的生長發育，都是通過細胞的增殖來實現的。細胞數目的增加，是細胞分裂的結果。這種細胞分裂過程，稱之為有絲分裂。核輻射對細胞核的損傷作用，是可使它分裂細胞的功能減弱。正常的有絲分裂如果受到這種作用，最終可能會引起細胞死亡。核輻射對細胞的另一種損傷作用，是使基因發生交替變化，但細胞仍能進行有絲分裂。如果這種細胞是繁殖細胞(或生殖細胞)，那么這種損傷作用將產生十分嚴重的后果。
由于細胞的特殊恢復機理，核輻射對生物機體的殺傷作用，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，會受到電離作用的損傷。這種損傷作用，使人體的大多數細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胞組織電離的方式以及核輻射的性質。某些射線在按拉德數來衡量時，其生物殺傷作用要比另外一些射線大。因此，必須引入一個比較因數和一個新的測量單位。
品質因數的意義是，當所考慮的核輻射為1拉德時，其對人體的殺傷作用與若干拉德γ輻射對人體殺傷作用相同條件下所需γ輻射的拉德數。也就是說，品質因數越大，這種核輻射按拉德數換算的殺傷作用也就越大。
雷姆是核輻射生物殺傷效應的劑量單位。它的代號Rem是英文人體倫琴當量的縮寫。以雷姆為單位的劑量是這樣換算得到的：用按拉德計算的吸收劑量乘以所受到的核輻射的品質因數。比如，10拉德品質因數為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)×品質因數。

日前，世界上又在推廣使用一個新的反映核輻射生物效應的國際劑量單位，這就是希沃特(國際代號SV)。1希沃特等于100雷姆。在軍事使用上，品質因數往往規定為1。
核輻射的生物效應，還與人體受核輻射照射的部位有關，特別是與那些對維持人體健康具有重要作用的細胞的受損程度有關。人體對核輻射最敏感的組織部位是：
骨髓，制造新的血細胞的重要組織；
腸線，核輻射損傷會妨礙腸線按正常的方式進行自我更新；
腦細胞和肌細胞，腦細胞如果受到嚴重的損傷，會導致中樞神經系統功能衰竭。
在機體的這些組織部位當中，骨髓對核輻射的損傷作用是最敏感的，腦細胞則是最不敏感的。不過，從核輻射損傷病癥出現的時間來看，骨髓癥狀出現得最遲，而腦細胞損傷病狀則出現得最早。這是因為減少新的血細胞供給要經過一定時間才能對人體機能產生影響。而人體中樞神經系統的功能衰竭，是會立即顯示出來的。在人體受到相對較小劑量的核輻射作用后，其癥狀將會遲延出現。原因即在于此。

核輻射對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。如果機體只有一部分受到輻照，那么僅僅是這部分機體的骨髓受到損傷。在一定限度內。人體未受損害的那部分組織，將會繼續維持機體的健康狀況，甚至還能恢復受照機體被損傷組織的生理機能。
由于任何特定劑量的核輻射對機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，而只能指明其預期的平均結果。下表列出了整個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450拉德時約有50％的人死亡，因而就把這個劑量值稱為50％致死劑量，一般用LD50表示。

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

輻射照射的遺傳作用

所謂加倍劑量，是指使自發基因突變率增加一倍的核輻射劑量。據估計，人員一次照射的加倍劑量大約是30雷姆，連續照射的加倍劑量大約是90雷姆。關于自發基因突變率增加一倍可能存在的生理影響，遺傳學專家們的意見尚不統一。一派認為，它將產生災難性的后果；而另一派則認為，它對人的危害是易于發現的，而不是災難性的。

剩余核輻射
剩余核輻射所包括的射線種類很多，但我們最關心的只有兩種，一是γ輻射，一是β輻射。β輻射一般只會使部隊失去戰斗力，而不會造成人員死亡。但是，如果處在很近的距離內，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產生生物損傷。這種由于β射線照射引起的皮膚壞死，有時被稱作β燒傷。這個名稱是不確切的，因為實際上被灼傷的整個皮層會與皮下組織分開，脫離了暴露的神經末梢。治愈這種皮膚損傷雖然需要幾個月的時間，但這種傷害一般不會有生命危險。表5.4列了不同的β輻射劑量對人體皮膚組織的效應。
表5.4 不同的β輻射劑量對皮膚的平均效應
吸收劑量(拉德)

600 無影響
2000 皮膚中度紅腫和潰爛
4000 在24小時內出現紅腫和潰爛，在2周內皮膚壞死
10000 在24小時內出現重度紅腫和潰爛，在1周內皮膚壞死
30000 在4小時內出現重度紅腫和潰爛，在幾天內皮膚嚴重壞死

關于γ輻射的損傷作用，我們在前面幾節中已經討論過了。

這兩種剩余核輻射，是由放射性產物發射出來的。放射性產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和放射性沉降物。當接近核爆炸地面零點的物質受到中子的轟擊后，便產生了中子感生放射性。這些受轟擊的目標物質之所以會產生放射性，是由于中子與它們內部的一些原子核發生了反應，使這些原子轉變成為放射性同位素。因為這個緣故，核爆炸地零點附近的土壤，以及一切暴露的設備器材，都會產生感生放射性，對這個問題，我們在后面的章節中再詳細研究。
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，大半是由裂變產物發射出來的。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和裂變產物，都含有大量不同的放射性同位素，都向外發射β射線，其中大部分同位素還發射γ射線。
剩余放射性隨時間而衰減。但是，由于這種輻射是由大量不同物質放射出的，因而它的衰減過程并不是一個簡單過程。
瞬時核輻射在相當短的時間釋放出來，并僅從爆炸火球中有效地向外輻射。與瞬時核輻射相比較，剩余放射性可以在廣大地區內出現，并且持續很長時間。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度，或者他自身沾染的放射性強度，一般按劑量率(即每小時多少拉德)與受照時間的長短來測定。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。在計算相當長時間的累積劑量時，必須考慮放射性的蛻變。

盡管中子感生放射性物質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放射性強度的劑量率，卻是代表γ輻射成分的強度。實際上，剩余β輻射要比剩余γ輻射強得多，而且在很小的范圍內，β輻射劑量率可以是伴生γ輻射的100倍。因此，如果一個人僅是雙手受到剩余核輻射沾染，那么他遭受到的β輻射對雙手的皮膚效應，要比伴生γ輻射對他的全身輻照效應嚴重得多。

中子感生放射性
核爆炸地面零點周圍地區中子感生放射性的范圍和強度，取決于到達地面的中子輻射強度。而中子輻射強度則取決于核武器的當量、具體結構設計和爆炸高度。此外，地面零點周圍地區的物質類型，也必須考慮在內。各種元素，對于導致中子感生放射性的那種核反應的敏感性并不是一樣的。下表給出了幾個常見元素的中子感生放射性的詳細情況。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生中子感生放射性的詳細情況
元素 半衰期 放射線
鋁-28 2.3分鐘 γ和β

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