輻射傷害知多少？

我們生活的世界里有著各種各樣的輻射：從穿越星系而來的宇宙射線、核電站的核燃料到家里的花崗巖地板磚，從醫院的X光機到陽光里的紫外線，從手機、微波爐、高壓線到電視臺廣播臺的信號塔，輻射無所不在，到處都是可能成為人們畏懼輻射的對象。有些人對“輻射”非常恐懼，你甚至可以買到專門用來屏蔽無線電波的“防輻射孕婦裝”、“防輻射床單”。還有各種諸如“木耳防輻射”、“仙人掌防輻射”、“瓶裝礦泉水防輻射”、“喝酸奶防輻射”等等流言。那么，我們到底對輻射了解多少呢？這些防輻射的裝備真的能防輻射嗎？

我們關心的輻射，可以粗略地分成兩類，核輻射和電磁輻射。這兩種輻射并不是截然分開，核輻射里面的gamma射線也是光子能量比較高的電磁波[見文末備注]。

核輻射就是放射性元素產生的輻射，是攜帶很高能量的質子、中子、氦原子核、電子、光子等等。放射性元素會不斷地發生衰變反應，變成另外一種物質并放出輻射，輻射的射線有三種：alpha射線（氦核）、beta射線（電子束）和gamma射線（高能光子）；原子質量比較大的放射性元素也會發生裂變反應（核電站或原子彈）放出中子或其他射線；較輕的原子核在一定條件下會發生聚變反應放出中子或者質子射線；而高能宇宙輻射在大氣里面也會產生大量的次級輻射。我們日常生活中不會遇到聚變反應，裂變反應產生的射線一般也只有在核電站里才有，所以比較常見的是放射性元素的衰變射線和宇宙輻射。
核輻射=危險？

我們無時不刻不在受到各種核輻射。放射性元素衰變的三種射線里面，alpha和beta這兩種射線在空氣里面傳播的距離都比較短，不近距離接觸放射性元素對人體是沒有影響的，“防輻射服”和普通的衣物對于人體外部的這兩類射線都有一定的防護效果。但是實際上我們喝的水，呼吸的空氣，里面都含有少量的放射性元素，比如空氣里面有一定的碳14（beta衰變成氮14）、地下水和土壤里含有微量的氡，等等。所以實際上，我們體內就有相當量的放射性元素，給我們帶來從內到外的核輻射。更不用提提穿透性很強gamma射線，還有從天而降的高能宇宙輻射在大氣里產生的大量次級輻射。所謂的“防輻射服”并不能防范這些輻射，完全隔絕這些輻射是不可能也是不必要的。人們受到的這部分核輻射一般稱為天然輻射或自然輻射（natural background radiation）。

某些情況下，在工作場所（核電站）或者生活中（發生過核爆或者核污染的城市）會在天然輻射之外接觸到更多的輻射。只要人體受到的輻射量不超過一定的標準，比如說和天然輻射比較小很多，就可以認為是安全的。比如說，核電站里面的核裂變反應是與外界隔絕開的，并沒有太多的輻射泄漏出來，而在核電站內部的工作人員一般會配備輻射劑量表，核電站周圍的輻射也會受到監控，以此來保證工作人員和周圍居民的安全。核電站對周圍核輻射的貢獻比天然輻射小的多，對核電站的恐懼是沒有道理的（關于核電站的討論：小薊?夏靜好的《核電站安全嗎？》）。

核輻射對生物體的傷害是怎么造成的呢？生物體內有大量的各種分子，分子內部的化學鍵一般鍵能為二到十個電子伏。核輻射的各種微觀粒子帶有的能量都比化學鍵的鍵能高，因此有一定的可能性破壞人體內分子的化學鍵，造成分子的性質改變。大部分情況下，細胞內的個別分子被破壞失去生理活性之后，或者整個細胞受損死亡后，會很快被人體分解吸收、重新利用，不會造成重大的傷害。核輻射對生物體的傷害在食品生產中用來常溫殺菌，食品經過高強度的射線照射之后可以保證大部分的細菌被滅殺。治療癌癥的放射療法（放療）是另外一種應用，通過對癌變的部位進行高強度的輻射處理，使得癌細胞（也包括正常細胞）大量死亡，達到抑制癌癥的目的。
核輻射有一定的可能性對細胞里的DNA等分子造成傷害（原圖來自windows2universe網站）

在極少數情況下，這種傷害可能會造成細胞內染色體上基因的變化，如果恰巧是生殖細胞的基因被改變了，那么如果能夠產生正常的后代，就有可能獲得一些新的性狀。太空育種、輻射育種就是利用高強度的輻射處理種子，然后從這些受到高強度輻射之后還能夠發芽的種子里面篩選培育，獲得性能比較好的新品種。因為天然輻射而產生的新基因、新品種在生物進化過程中也起到了相當重要的作用，從這個角度來說，維持一個低水平的輻射對于生物種群的進化和發展是有好處的。

當然，這種傷害也有一定可能會導致正常的體細胞基因發生變化，如果這種變化不能修復并且細胞仍然存活，就有可能出現細胞不受控制地復制的情況，就成了癌細胞了。因此，長時間接受較高強度的核輻射是有導致癌癥的可能性的。但是，如果受到的輻射強度不大的話，就不用去擔心。像前邊說過的，日常受到的核輻射是不可能完全隔絕的，這樣的危險總是難以避免，擔心也沒有用，沒有必要過于恐懼。盡量避免接觸強的核輻射就好了，比如說應該小心放射性超標的大理石地板、避免直接接觸核材料。居里夫人因白血病去世，鄧稼先因直腸癌去世，這可能和他們長時間接觸放射性物質有關系。

下面的表格列出了一些跟生活相關的輻射數據，除特殊說明外，數據均來自[1]，不同來源的數據可能在細節上略有差別，不過大體的數量級應該是一致的。數據用來衡量輻射對生物體組織的傷害（劑量當量），單位是Sv（Sievert，譯作西弗或者希沃特），一Sv等于一焦耳每千克，表格里面單位比較小，實際是毫（千分之一）Sv。從表格里面可以看出，除航空、采礦行業之外，高輻射行業的職工在工作中受到的輻射都比天然輻射小。核電站的工作人員每年受到的輻射是1.12mSv，核電站周圍的居民受到的輻射一般認為比這小得多。了解這些數據，就很容易理解，對于核電站周圍和乘飛機出行中的輻射沒有必要擔心。

注：關于X光檢查輻射的數據，1.2mSv的數據是由[1]里面第七頁表2世界每千人年X光檢查次數和由此產生的年人均劑量計算而來，并不能完全說明每次X光檢查的劑量。根據另外的數據來源（《從大亞灣核事件說起》文中的[5]），新加坡善達社區醫院關于X光檢查的說明文件里面第二頁的表格，每次檢查的輻射劑量隨部位不同而不同，一般的檢查輻射劑量較小，比如四肢和關節部位為小于0.01mSv，胸透為0.02mSv；而某些特殊檢查劑量較大，比如鋇餐為3mSv。一般的X光檢查相對于每年的天然輻射劑量并不顯著，沒有必要害怕。再者，X光檢查是醫療需要的檢查，是醫護人員發現病癥、治療病癥的必須手段，請遵醫囑。

（未完待續）

備注：光、電磁波和光子
振蕩的電場和磁場在空間中以波的形式傳播就形成了電磁波，gamma射線、X光、紫外光、可見光、紅外光、微波、無線電波和長波無線電，這些都是電磁波。電磁波具有波粒二象性，光子就是量子化的電磁波，是電磁波能量的最小單位。在電磁波和物質相互作用時，物質只能吸收或者放出整個的光子。波長越長，頻率越低，光子的能量就越小。可見光的光子能量在1.8電子伏（700納米的紅色光）到3.1電子伏（400納米的藍色光）之間。

參考：
1. 聯合國原子輻射效應科學委員會，Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation to the General Assembly，http://www.unscear.org/unscear/en/publications/2000_1.html
2. 聯合國原子輻射效應科學委員會，Sources of ionization radiation, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/2008_1.html
3. J. C. Saez Vergara and R. Dominguez-Mompell Roman, The implementation of cosmic radiation monitoring in routine flight operation of IBERIA Airline of Spain: 1 Y of experience of in-flight permanent monitoring，Radiation Protection Dosimetry 136, 291 (2009).
4. Byoung-il Lee et al., Radiation dose distribution for workers in South Korean nuclear power plants, Radiation Protection Dosimetry 140, 202 (2010).
5. 《核輻射》，中國輻射探測網，http://www.raydetect.com/article/080525115757.html

說完了核輻射，我們再來說說電磁輻射。顧名思義，電磁輻射就是電磁波的輻射，振蕩的電場和磁場在空間中以波的形式傳播就形成了電磁波，可見光就是一種電磁波，還有我們日常提到的x光、紫外線、紅外光、微波還有無線電波，這些都是電磁波。電磁波具有波粒二象性，可以看作波，也可以看成一個個的光子，波長越短，光子能量越高[見備注]。在某些情況下，電磁波可以對生物體造成傷害，人們也經常會對日常生活中的各種跟電有關的設備安全性產生懷疑。那么，電磁波究竟有可能對人有什么傷害呢？

電磁波對人的傷害，簡單來說有三種：（1）跟《輻射傷害知多少？（上）》里面介紹的核輻射一樣，波長很短的gamma射線、X光、紫外線甚至短波的可見光這樣光子的能量高于分子化學鍵鍵能（2~10電子伏）的電磁波，可以破壞蛋白質和DNA等分子，造成傷害并有一定的可能誘發癌癥；（2）一些能被分子吸收的光，比如可見光、紅外光和微波（包括微波爐里面的輻射），如果高強度高的話，可以加熱人體造成燒灼傷害；（3）高強度的無線電波可以在人體內形成感應電流，對神經系統和內臟的正常工作造成影響。
電磁波波譜，從左到右，波長逐漸變長，光子的能量逐漸減小。

（1）高能光子輻射

在《輻射傷害知多少？（上）》里面提過，核輻射里的gamma射線是一種波長很短光子能量很高的電磁波。而包括中子射線、alpha射線、beta射線、gamma射線等核輻射，再加上X光，這些可以統稱為電離輻射。因為這些射線都有可能引起物質的電離。這些射線因為單個粒子的能量遠高于分子的化學鍵能，可以破壞分子，造成傷害，引起變異甚至誘發癌癥。比如說，做過軀干的X光檢查之后醫生有時會告誡在下面幾個月的時間內不要懷孕，就是為了避免因為x光的輻射導致嬰兒的畸形。紫外線和波長較短的可見光的光子能量也大于某些分子的鍵能，它們并不能透過人體，但是也可能對皮膚造成類似的傷害。最近一些年，美國人頗為推崇曬成小麥色的皮膚，為了擁有健康的膚色，很多人在強烈的陽光下暴曬、或者用紫外線燈照射自己。我所在的地區地處高原、日照強烈，好多美國人又喜歡暴曬，所以是美國皮膚病、皮膚癌高發的地區。為了避免紫外線的傷害，在強烈陽光下活動的時候應該涂抹防曬霜（為數不多的一種靠譜的防輻射產品）。

（2）可見光、紅外和微波輻射：從陽光到微波爐和手機

對于大部分可見光甚至更低頻的紅外、微波輻射波段，由于光子的能量比分子間化學鍵的能量小，是不可能破壞分子結構的。如果波長合適（主要是紅外光），能夠被分子吸收（跟分子的振動或者轉動能級恰好匹配），那么分子會吸收這種電磁波而使得分子運動變得劇烈；而微波波段的電磁波能夠驅動某些極性分子（分子內部有帶正電和負電的部分）做振蕩運動，使得分子之間互相碰撞，也會加劇分子的運動。總之，就是在這一波段的電磁波的作用下將會使得人體溫度升高，有可能造成燒灼的傷害。太陽光匯聚起來可以引火做飯，就是因為可見光的波段能夠被物質吸收產生熱量；微波爐就是利用電磁波驅動水等極性分子振蕩運動以加熱食物（拓展閱讀：云無心的《微波爐的那些傳言》）。
室溫下物體黑體輻射強度隨著波長的變化。

另外，一切物體都在不斷地向四面八方輻射各種波長的電磁波，這就是“黑體輻射”的物理知識。輻射的不同波長電磁波的能量分布服從普朗克提出的黑體輻射定律。我們日常所見的一切，包括房子、車子、票子、還有每一位帥哥靚女等等，都在不停地以電磁波照射著周圍的一切，也持續受到著周圍一切的黑體輻射。按照室溫計算（300開爾文，27攝氏度），我們輻射的電磁波強度最大的波長是約十個微米，處于紅外光的范圍里（見上圖），每平方厘米的皮膚每秒鐘輻射出的電磁波總能量為0.046焦耳。顯而易見，低強度的紅外光輻射對人體是完全無害的。值得注意的是，人的眼睛看不見紅外線，但是會被高強度的紅外線燒傷。

一般的微波爐工作頻率是2.45GHz（1G等于十億）[6]，無線網絡（WIFI）的無線路由器工作頻率一般是2.4GHz（也有5GHz的）[7]，3G網絡的頻率在1.7-2.4GHz之間[8]，而手機的信號頻率在0.8-0.96GHz之間和1.71-1.85GHz之間[8]，在這些頻率范圍內，輻射對人體的傷害表現為熱效應。電磁波通過驅動極性分子（主要是水）做振蕩運動，使得分子之間互相碰撞，加劇所有分子的運動，表現為溫度升高。對于像部分食物或者生物體這樣含水多的物體，這個波段的穿透深度基本上在厘米量級（溫菜的時候有時表層熱了，下面還涼著），所以如果你沒有感覺到皮膚發熱或體溫上升，那么就完全不用擔心這個波段的輻射傷害。總之，在從可見光到微波波段的電磁輻射里面，如果沒有聞到烤肉的味道也沒有覺得體溫升高太多的話，就不用擔心電磁輻射的傷害。

盡管說從物理上來說“手機致癌”的說法并沒有道理，但是必須承認，關于手機致癌的討論并沒有定論。在很多國家都有關于手機致癌的傳言，也有不少或正或負的關于手機是否致癌的研究，然而一直都沒有明確的論斷。世界衛生組織國際癌癥研究所（IARC）展開的全球迄今最大規模的手機安全研究顯示，使用手機與腦癌之間沒有明顯聯系[9]。關于“手機致癌”的問題，讀者們可以參考閱讀科學松鼠會的資訊《大規模“手機是否致癌”研究結束，未得出結論》[10]，以及松鼠奧卡姆剃刀關于手機輻射的文章《手機輻射對人體健康沒有危害》[11]。我個人并不認為手機輻射有致癌的可能，但是長時間使用手機聊天對身心健康和手臂關節是不好的。

（3）波長更長的無線電波
對于波長更長的無線電波和長波無線電，包括廣播（FM/AM）、高壓輸電線和變壓器（50Hz）、和大部分家用電器（50Hz），要擔心的是感應電流的危害。大家知道，導體在交變的電磁場里面會產生感應電動勢和感應電流，而人體可以看作導體，在電磁場里面也會產生感應電流。雖然說感應電流也有熱效應（電磁爐），但是對于正常環境下的人體來說這個熱效應不會造成太大的影響（那需要的感應電流太大了）。但是，我們的神經系統和內臟器官的正常工作是需要生物電信號交流和控制的，如果感應電流超過一定的強度的話，會有可能干擾神經系統和內臟的工作，使人感覺到不舒服。不過，電流對于人體的影響是需要高于一定的閾值的，低于閾值，人體是不會有感覺的。因此，對于天線、電視塔等強輻射源，只要我們離開他們適當的距離，使得電場磁場低于一定的值，就不用擔心這個問題[12]；對于像高壓輸電線、變壓器還有一般的家用電器這些不是為了輻射電磁波而設計的設備，正常使用情況下的輻射是不會對人體造成危害的，不應該擔心。

根據《電子設施保護條例實施細則》規定[13]，各級電壓導線邊線在計算導線最大風偏情況下，距建筑物的水平安全距離如下：1千伏以下為1.0米，1千伏至10千伏為1.5米，35千伏為3.0米，66千伏至110千伏為4.0米，154千伏至220千伏為5.0米，330千伏為6.0米，500千伏為8.5米。各種高壓輸電線，包括高速鐵路、公共交通用的高壓輸電線，只要保持適當的距離，就不會對人體造成損傷。有一個流傳甚廣的“高壓線導致白血病”謠言，里面提到“牛津兒童癌癥研究中心的杰拉爾德·德雷珀博士說，他領導的小組研究了3.5萬名在1962年至1995年間患白血病和其它癌癥的兒童，結果發現居住在高壓線下周圍100米以內的兒童患病幾率略微大些”[14]。是否真有“杰拉爾德·德雷珀博士”其人姑且不論，這種能夠只研究患癌癥的兒童就可以得出患癌癥幾率的研究方法是值得大家警惕的。還有流言提到高壓線附近的磁場會致癌，甚至煞有介事地說磁場高于零點幾個微特斯拉（百萬分之一特斯拉）就有很高的幾率致癌，聳人聽聞而又不值一笑。因為實際上地球表面的地磁場的強度就有約為50多微特斯拉，身處其中的我們大部分都健康生活，在這個基礎上增加一點點或者減少一點點，除了有可能影響某些依靠磁場導航的鳥類外，對生物體的生活不可能有任何影響。

一些關于“防輻射”的流言

值得強調的是，只有單個粒子的能量高于分子鍵鍵能的輻射才有很小的可能傷害DNA甚至誘發胎兒畸形或者癌癥，其他的包括大部分可見光、紅外、微波、無線電波等等都不可能誘發胎兒畸形或者癌癥。流傳的“高壓線導致白血病”、“手機輻射導致胎兒畸形”等等，都是沒有任何根據的謠言，沒有科學證據的支持。所謂的“防輻射孕婦裝”、“防輻射床單”、“防輻射手套”還有“防輻射圍裙”等等，往往是通過在紡織物里面織入金屬絲來屏蔽無線電波，并不能夠阻止電離輻射等對人體的傷害，根本不能達到聲稱的“防止胎兒畸形”的效果；而要完全屏蔽在低強度下對人完全無害的微波和無線電波波段的輻射，需要把整個身體都包裹在金屬里面才行。

而對于所謂在電腦旁擺放“防輻射”的仙人掌和瓶裝礦泉水，沒有任何理由相信他們能夠達到“吸收電磁輻射”的效果。也沒有任何理由相信木耳和酸奶等食品能對核輻射或者電磁輻射的效果產生任何的影響，雖然它們很好吃，并且從某些角度來說對身體也很有好處。

備注：光、電磁波和光子
振蕩的電場和磁場在空間中以波的形式傳播就形成了電磁波，gamma射線、X光、紫外光、可見光、紅外光、微波、無線電波和長波無線電，這些都是電磁波。電磁波具有波粒二象性，光子就是量子化的電磁波，是電磁波能量的最小單位。光子的能量和電磁波的波長成反比，比如說，波長最短的gamma射線光子能量高達百萬甚至數億電子伏，醫療和安檢用的x光光子能量一般在數百到上萬電子伏，紫外光的能量一般在數個到數十電子伏，可見光的能量在1.8（700納米的紅色光）到3.1電子伏（400納米的藍色光）之間，紅外、微波和無線電波的光子能量就小的多。在電磁波和物質相互作用時，物質只能吸收或者放出整個的光子。

參考：

1. 聯合國原子輻射效應科學委員會，Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation to the General Assembly，http://www.unscear.org/unscear/en/publications/2000_1.html
2. 聯合國原子輻射效應科學委員會，Sources of ionization radiation, http://www.unscear.org/unscear/en/publications/2008_1.html
3. J. C. Saez Vergara and R. Dominguez-Mompell Roman, The implementation of cosmic radiation monitoring in routine flight operation of IBERIA Airline of Spain: 1 Y of experience of in-flight permanent monitoring，Radiation Protection Dosimetry 136, 291 (2009).
4. Byoung-il Lee et al., Radiation dose distribution for workers in South Korean nuclear power plants, Radiation Protection Dosimetry 140, 202 (2010).
5. 中國輻射探測網，《核輻射》，http://www.raydetect.com/article/080525115757.html
6. Michael Vollmer, Physics of the microwave oven, Physics Education 39, 74 (2004).
7. 維基百科-無線網絡（英文版），http://en.wikipedia.org/wiki/Wifi
8. 中華人民共和國工信部，《關于第三代公眾移動通信系統頻率規劃問題的通知》，http://www.srrc.org.cn/NewsShow1364.aspx
9. The INTERPHONE Study Group, Brain tumour risk in relation to mobile telephone use: results of the INTERPHONE international case-control study, International Journal of Epidemiology 39, 675 (2010). http://ije.oxfordjournals.org/content/early/2010/05/17/ije.dyq079.full
10. 科學松鼠會，《大規模“手機是否致癌”研究結束，未得出結論》，http://songshuhui.net/archives/38012.html
11. 奧卡姆剃刀，《手機輻射對人體健康沒有危害》，http://view.news.qq.com/a/20090929/000013.htm
12. 環境保護部、國家質量監督檢驗檢疫總局，《中華人民共和國國家標準-電場、磁場、電磁場防護規定》（征求意見稿），http://wenku.baidu.com/view/a25fcfc30c22590102029d5a.html
13. 中華人民共和國國務院生產辦公室、公安部，《電力設施保護條例實施細則》，http://www.sgcc.com.cn/fgbz/dlfg/37303.shtml
14. 中醫血液病網，《高壓線與白血病的關系》，http://www.axueye.com/2009/News_View.asp?NewsID=2536