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技术文章

关于辐射类型与辐射作用于人体的一些资料

2016/8/9 9:37:40

第一种核辐射的危害性最小,称为α辐射。α粒子是氦原子的原子核,是由两个质子和两个中子构成的。在原子标度上它的质量数是4,带2个正电荷。
α辐射只有轻微的穿透能力,一单张纸即能将其阻挡住。α射线对物质没有明显的破坏效果,只有当α放射性物质经过呼吸道、消化道,或者通过伤口进入体内时,方会对人员产生危害。其危害是α射线的体内照射,将对人体组织产生长期损伤作用。核弹头中的核裂变材料具有α放射性,但这种放射性没有多大军事意义。

第二种核辐射所携带的能量略微大一些,叫做β辐射。β辐射是由β粒子流,即电子流组成的。β粒子的质量极小,可忽略不计,带一个单位负电荷。这类核辐射的穿透本领也同样很小。能量最大的β粒子,在空气中也仅能传播数米远,刚刚能穿透皮肤。尽管β辐射在一些情况下,能灼伤人的皮肤,但这种核辐射的军事意义也是微乎其微的。

第三种核辐射,我们把它称作γ辐射。它与前两种核辐射不同,γ辐射不是由粒子流构成的,而是由形同X射线的电磁波组成的。它的波长比X射线要短,但穿透能力较强。γ辐射在空气中能够传播几千米,可以穿过诸如金属和砖石结构建筑物之类的密实物体,但其自身强度也会因此而被削弱。这种核辐射,对人员和军事装备具有极大的军事杀伤破坏作用。

最后一种核辐射,人们称之为中子辐射。在第一章基础知识中,我们对中子已做过介绍。它是一种具有单位质量数的粒子,不带电荷。中子是除了氢以外的所有原子的原子核组成部分。中子的穿透能力与γ射线相近,在军事上也有重要意义。

核辐射对人体的效应

构成生命的基本单元是细胞。每个细胞都是一个高级的复杂系统,其平均直径只有10~5米。细胞基本上是由两部分组成的,一是细胞核,一是细胞质。细胞核内染色体的基本结构,是由基因组成的。其功能是控制细胞的繁殖和细胞质的活动。细胞质是细胞的动力工厂,它可把食物转化成能量和简单分子。
所有动物的生长发育,都是通过细胞的增殖来实现的。细胞数目的增加,是细胞分裂的结果。这种细胞分裂过程,称之为有丝分裂。核辐射对细胞核的损伤作用,是可使它分裂细胞的功能减弱。正常的有丝分裂如果受到这种作用,最终可能会引起细胞死亡。核辐射对细胞的另一种损伤作用,是使基因发生交替变化,但细胞仍能进行有丝分裂。如果这种细胞是繁殖细胞(或生殖细胞),那么这种损伤作用将产生十分严重的后果。
由于细胞的特殊恢复机理,核辐射对生物机体的杀伤作用,不仅取决于总的核辐射剂量,而且取决于接受射线辐照的速率。
人体组织受到核辐射的照射后,会受到电离作用的损伤。这种损伤作用,使人体的大多数细胞在组成和功能两方面都受到影响。然而,核辐射电离作用的生物学后果,不仅取决于肌体组织所吸收能量的多少(即多少拉德的吸收剂量),而且还取决于核辐射引起细胞组织电离的方式以及核辐射的性质。某些射线在按拉德数来衡量时,其生物杀伤作用要比另外一些射线大。因此,必须引入一个比较因数和一个新的测量单位。
品质因数的意义是,当所考虑的核辐射为1拉德时,其对人体的杀伤作用与若干拉德γ辐射对人体杀伤作用相同条件下所需γ辐射的拉德数。也就是说,品质因数越大,这种核辐射按拉德数换算的杀伤作用也就越大。
雷姆是核辐射生物杀伤效应的剂量单位。它的代号Rem是英文人体伦琴当量的缩写。以雷姆为单位的剂量是这样换算得到的:用按拉德计算的吸收剂量乘以所受到的核辐射的品质因数。比如,10拉德品质因数为5的核辐射剂量,等于50雷姆。列成公式是:剂量(雷姆)=吸收剂量(拉德)×品质因数。

日前,世界上又在推广使用一个新的反映核辐射生物效应的国际剂量单位,这就是希沃特(国际代号SV)。1希沃特等于100雷姆。在军事使用上,品质因数往往规定为1。
核辐射的生物效应,还与人体受核辐射照射的部位有关,特别是与那些对维持人体健康具有重要作用的细胞的受损程度有关。人体对核辐射最敏感的组织部位是:
骨髓,制造新的血细胞的重要组织;
肠线,核辐射损伤会妨碍肠线按正常的方式进行自我更新;
脑细胞和肌细胞,脑细胞如果受到严重的损伤,会导致中枢神经系统功能衰竭。
在机体的这些组织部位当中,骨髓对核辐射的损伤作用是最敏感的,脑细胞则是最不敏感的。不过,从核辐射损伤病症出现的时间来看,骨髓症状出现得最迟,而脑细胞损伤病状则出现得最早。这是因为减少新的血细胞供给要经过一定时间才能对人体机能产生影响。而人体中枢神经系统的功能衰竭,是会立即显示出来的。在人体受到相对较小剂量的核辐射作用后,其症状将会迟延出现。原因即在于此。

核辐射对暴露人员健康状况的最终影响,还取决于人员肌体受到核辐射照射的部位有多大。如果机体只有一部分受到辐照,那么仅仅是这部分机体的骨髓受到损伤。在一定限度内。人体未受损害的那部分组织,将会继续维持机体的健康状况,甚至还能恢复受照机体被损伤组织的生理机能。
由于任何特定剂量的核辐射对机体的危害程度因人而异,因此不可能确切地说明给定剂量的生物效应,而只能指明其预期的平均结果。下表列出了整个人体受核辐射照射后的各种症状。
由于受照人员接受核辐射剂量达450拉德时约有50%的人死亡,因而就把这个剂量值称为50%致死剂量,一般用LD50表示。

表5.2 人体受全身辐射照射时的效应
吸收剂量(拉德)
150以下 无任何短期效应。
[ 50~250 在24小时内出现恶心和呕吐症状;不超过48小时即可自行恢复。
250~350 在4小时内出现恶心和呕吐症状:大约在48小时内出现假愈期;症状的再次出现,在2~4周内可导致部分伤员死亡。
350~360 在2小时内出现恶心和呕吐症状, 许多伤病员在2~4周内死亡,失去战斗力时间延长。
600以上 几乎立刻出现恶心和呕吐症状,在1周内实际死亡率达100%。
2600 在1小时内失去战斗力。
5000 在5分钟内完全失去战斗力,在1~2天内死亡。

辐射照射的遗传作用

所谓加倍剂量,是指使自发基因突变率增加一倍的核辐射剂量。据估计,人员一次照射的加倍剂量大约是30雷姆,连续照射的加倍剂量大约是90雷姆。关于自发基因突变率增加一倍可能存在的生理影响,遗传学专家们的意见尚不统一。一派认为,它将产生灾难性的后果;而另一派则认为,它对人的危害是易于发现的,而不是灾难性的。


剩余核辐射
剩余核辐射所包括的射线种类很多,但我们最关心的只有两种,一是γ辐射,一是β辐射。β辐射一般只会使部队失去战斗力,而不会造成人员死亡。但是,如果处在很近的距离内,或者触摸到β放射性沾染的沉降物,在皮肤接触部位上就会产生生物损伤。这种由于β射线照射引起的皮肤坏死,有时被称作β烧伤。这个名称是不确切的,因为实际上被灼伤的整个皮层会与皮下组织分开,脱离了暴露的神经末梢。治愈这种皮肤损伤虽然需要几个月的时间,但这种伤害一般不会有生命危险。表5.4列了不同的β辐射剂量对人体皮肤组织的效应。
表5.4 不同的β辐射剂量对皮肤的平均效应
吸收剂量(拉德)

600 无影响
2000 皮肤中度红肿和溃烂
4000 在24小时内出现红肿和溃烂,在2周内皮肤坏死
10000 在24小时内出现重度红肿和溃烂,在1周内皮肤坏死
30000 在4小时内出现重度红肿和溃烂,在几天内皮肤严重坏死

关于γ辐射的损伤作用,我们在前面几节中已经讨论过了。

这两种剩余核辐射,是由放射性产物发射出来的。放射性产物散布在很大的地域上,其主要形式有:中子感生放射性物质和放射性沉降物。当接近核爆炸地面零点的物质受到中子的轰击后,便产生了中子感生放射性。这些受轰击的目标物质之所以会产生放射性,是由于中子与它们内部的一些原子核发生了反应,使这些原子转变成为放射性同位素。因为这个缘故,核爆炸地零点附近的土壤,以及一切暴露的设备器材,都会产生感生放射性,对这个问题,我们在后面的章节中再详细研究。
放射性沉降物,是指降落到地面上的放射性核裂碎片。放射性沉降物的核辐射,大半是由裂变产物发射出来的。但核弹头和土壤中的中子感生放射性也占一定份额。


剩余核辐射剂量的影响因素
中子感生放射性物质和裂变产物,都含有大量不同的放射性同位素,都向外发射β射线,其中大部分同位素还发射γ射线。
剩余放射性随时间而衰减。但是,由于这种辐射是由大量不同物质放射出的,因而它的衰减过程并不是一个简单过程。
瞬时核辐射在相当短的时间释放出来,并仅从爆炸火球中有效地向外辐射。与瞬时核辐射相比较,剩余放射性可以在广大地区内出现,并且持续很长时间。受到剩余放射性照射的人员,其累积剂量取决于他周围的放射性强度,或者他自身沾染的放射性强度,一般按剂量率(即每小时多少拉德)与受照时间的长短来测定。举例说,假如有一士兵,在剂量率为30拉德每小时的地方受到辐照,而且在那里停留了10分钟,那么累积剂量将为5拉德。在计算相当长时间的累积剂量时,必须考虑放射性的蜕变。

尽管中子感生放射性物质和放射性沉降物都放射出β和γ射线,但用来指示任何地点放射性强度的剂量率,却是代表γ辐射成分的强度。实际上,剩余β辐射要比剩余γ辐射强得多,而且在很小的范围内,β辐射剂量率可以是伴生γ辐射的100倍。因此,如果一个人仅是双手受到剩余核辐射沾染,那么他遭受到的β辐射对双手的皮肤效应,要比伴生γ辐射对他的全身辐照效应严重得多。


中子感生放射性
核爆炸地面零点周围地区中子感生放射性的范围和强度,取决于到达地面的中子辐射强度。而中子辐射强度则取决于核武器的当量、具体结构设计和爆炸高度。此外,地面零点周围地区的物质类型,也必须考虑在内。各种元素,对于导致中子感生放射性的那种核反应的敏感性并不是一样的。下表给出了几个常见元素的中子感生放射性的详细情况。这四种元素都广泛存在于土壤中,并且前两种元素是军事器材装备的常用原材料。
表5.5 材料因中子俘获而产生中子感生放射性的详细情况
元素 半衰期 放射线
铝-28 2.3分钟 γ和β

锰-56 2.6小时 γ和β
硅-31 2.6小时 β
钠-24 14.8小时 γ和β

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