二、輻射無處不在

自古以來，人類和地球上的其他物種就一直在天然輻射環境中生存和繁衍。在現實生活中，天然輻射無處不在，我們吃的食物、住的房屋、天空大地、山川草木，乃至人的身體都存在輻射（圖2.1）。近一個多世紀以來，隨著核科學技術的發展和應用，我們還受到了人工輻射源的照射。可靠數據表明，我們受到的輻射照射中，有80%以上來自天然輻射源，而來自人工輻射源的照射還不到20%，而且極大部分來自輻射的醫學應用（圖2.2）。

天然輻射源

天然輻射源指來自外太空的宇宙射線和宇生放射性核素以及存在于地球空氣、食物等居住環境和人體內部的原生天然放射性核素所引起的各種輻射。我們受到的輻射照射大部分來自天然輻射源，與居住環境有關，全球人口平均年有效劑量約2.4毫希沃特，其范圍大約是1～10毫希沃特；我國人口平均年有效劑量約3.1毫希沃特，高于全球平均值。

1．宇宙輻射源

宇宙射線大多來源于星際空間深處，其中一些是在太陽耀斑期間由太陽釋放的。它們會直接照射地球，并與大氣層發生相互作用，產生不同類型的輻射和放射性物質，如宇生放射性核素氫-3、碳-14、鈹-7和鈉-22等。地球大氣層在一定程度上減少了宇宙射線，不過地球上有些地方受到的照射多于其他地方。由于宇宙射線被地磁場偏轉到南北兩極，因此南北兩極受到的宇宙射線照射要多于赤道區域。

此外，由于上層空氣稀薄難以形成屏蔽，照射水平會隨著海拔高度而增長（圖2.3）。居住在海平面的居民每年受到宇宙輻射源照射的有效劑量約0.3毫希沃特，約為天然輻射源照射總劑量的10%～15%。生活在海拔2000米以上的人們受到的劑量是居住在海平面的人們的幾倍。民航飛機乘客受到的劑量甚至會更高，這是因為來自宇宙輻射源的照射不僅與海拔高度有關，而且與航班飛行時間長短有關。比如，在民航飛行高度中飛行10小時的平均有效劑量為0.03～0.08毫希沃特。換句話說，從紐約到巴黎的往返航行中乘客受到的劑量為0.05毫希沃特。這個劑量近似等于一個患者接受常規胸部X射線檢查所受到的有效劑量。雖然單個乘客在一次航空飛行中受到的有效劑量很低，但是所有乘客的集體有效劑量卻相當高，因為乘客數量眾多，航班遍布世界各地。

2．陸地輻射源

陸地外照射。地球內和地球上的萬物都含有原生放射性核素。這些放射性核素壽命極長，存在于大地中，如鉀-40、鈾-238和釷-232以及由它們衰變產生的放射性核素鐳-226和氡-222等，這些放射性核素早在地球形成以前就已經時時刻刻在發射輻射。據聯合國原子輻射影響科學委員會估計，全世界人均每年受到陸地外照射劑量約為0.48毫希沃特，我國約為0.54毫希沃特。

外照射由于地理位置的不同而有著很大的區別。比如，法國、德國、意大利、日本和美國的研究表明，生活在這些國家95%的居民，每年受到室外外照射劑量在0.3～0.6毫希沃特。然而，在局部地區人們每年所受到的室外外照射劑量可能高于1毫希沃特。在其他的國家，陸地輻射源的照射水平可能還會更高。例如，在印度喀拉拉邦西南海岸，有一片人口稠密的55千米狹長土地，那里的沙子富含放射性核素釷，生活在當地的居民每年受到的外照射劑量約為3.8毫希沃特。在巴西、中國、伊朗、馬達加斯加和尼日利亞等國家，也有一些高水平天然陸地輻射源地區。

氡照射。氡-222是一種以氣體形式存在的放射性核素，通常來自土壤。氡-222產生于地球巖石和土壤中存在的鈾-238衰變系。氡吸入人體后，其短壽命子體（主要是釙-218和釙-214）滯留在肺中，照射呼吸道細胞。由于吸煙與氡照射之間有著強烈的相互作用，所以吸煙者更易患癌癥。氡已被國際癌癥研究機構歸為I類致癌因素，是導致肺癌的第二大誘因，僅次于吸煙。氡還被世界衛生組織列為19種主要的環境致癌物質之一。

氡廣泛存在于空氣中，可以通過地下室、地板及墻壁直接滲入到建筑物中，從而導致建筑物內氡的積累（圖2.4）。當室內供暖時，熱空氣上升，空氣通過窗戶或孔隙從房屋頂部逸出，使底層和地下壓力降低。這樣就使得氡通過裂隙和孔隙（如各種管道入口周邊）從地基下的土壤、地板及墻壁中快速析出。

全球室內氡濃度平均值約為每立方米50貝克。但是這個平均值掩蓋了各地之間的巨大差異。總體而言，各國室內氡濃度平均值差異很大。在塞浦路斯、埃及和古巴等國家中不到每立方米10貝克，而在捷克共和國、芬蘭和盧森堡各國則室內氡濃度平均值大于每立方米100貝克。在加拿大、瑞典和瑞士等一些國家，有些房屋內氡濃度平均值介于每立方米1000～10000貝克。不過，具有這么高水平氡濃度的房屋是少見的。引起這種差異的一些因素包括局部地區的地質狀況、土壤滲透性、建筑材料和建筑物通風等因素。

其中，通風是一個關鍵的因素，它與氣候有關。如果通風良好，如在熱帶氣候地區中，室內氡的積累可能就不嚴重。但是在溫帶和寒冷的氣候地區中，場所的通風往往不夠充分，室內氡就可能大量積累。因此，在設計節能建筑物時，如何合理地限制通風是一個重要問題。許多國家已經開展了廣泛的室內氡濃度測量，為實施室內氡濃度減少措施提供了依據。

水中氡濃度水平通常都非常低，但是也有些高氡濃度的水源，如芬蘭赫爾辛基的深井水和美國阿肯色州的溫泉。水中氡會加劇空氣中氡的積累，特別是在浴室中淋浴時會出現這種情況。然而，聯合國原子輻射影響科學委員會的評估結論是通過飲用水攝入的氡比空氣吸入的氡的劑量要小得多。該委員會認為，因氡及其子體所致全球居民人均年有效劑量是1.3毫希沃特，我國人均年有效劑量約為1.6毫希沃特，均約為所有天然輻射源所致居民年有效劑量的50%。

食物和飲用水食入內照射。食品和飲用水中可能含有某些原生放射性核素和其他一些放射性核素，它們主要來源于天然輻射源。放射性核素可以通過巖石、土壤和水中的礦物質轉移到植物，然后再轉移到動物。因此，人類因食物和飲用水所受到的有效劑量的變化，不僅取決于食物和飲用水中放射性核素的濃度，還取決于當地居民的飲食習慣。例如，魚和水生貝殼類生物含有相對較高的鉛-210和釙-210，大量食用海鮮的人所受到的輻射照射可能略高于一般人群的輻射照射。居住在北極地區的人消費大量的馴鹿肉，他們所受到的輻射照射也比較高。在北極地區，放牧馴鹿的地衣中積累有釙-210，從而導致放牧馴鹿體內也含有較高的釙-210。據聯合國原子輻射影響科學委員會估計，食物和飲用水中天然輻射源所致全球居民人均年有效劑量是0.3毫希沃特，主要來自鉀-40及鈾-238和釷-232天然放射系中的放射性核素。

3．人體內鉀-40

人體本身含有的放射性核素鉀-40也是一種天然輻射源。眾所周知，人體是由細胞構成的，細胞是由碳、氫、氧、氮、鈉、鉀、鈣、鎂等許許多多的元素組成的。一個成人體內約有100克鉀元素，其中萬分之一是天然放射性同位素鉀-40。鉀-40衰變將發射β射線和γ射線，半衰期為12.6億年。鉀-40衰變所發射的射線約有50%被人體組織自吸收了，另外的50%則將輻射出人體外部。一個成人每年受到自身體內鉀-40照射的有效劑量約為0.14毫希沃特。

4．小結

上述這些天然輻射源構成了人們常說的“天然本底照射”。在天然輻射源照射中，以氡產生的人類輻射照射為最大。天然輻射源照射水平隨時間的變化較小，但隨地域、環境的變化較大，例如緯度高的地區、地勢高的地方，或者在洞穴中、在地下室里，或居住在花崗巖、煤渣磚房屋中的人們，所受到的天然輻射源照射往往會要高一些。

人工輻射源

自科學家揭秘原子輻射以來，核與輻射技術在過去近一百年里得到廣泛的研究、開發及其實際應用，包括醫療（如癌癥診療）、核試驗（如核武器）、電力生產（如核電廠）、工業（如鈷源輻照裝置）和家庭應用（如煙霧探測器）等。

與天然輻射源相比較，正常時人工輻射源對人類及其環境產生的輻射照射要小得多。這主要是因為人工輻射源的應用通常都是在嚴格的法規制度和嚴密的控制措施下進行的。

1．醫學應用

對于公眾來說，醫療照射是主要的人工輻射源。平均而言，醫學照射貢獻了所有人工輻射源照射的98%，是繼天然輻射源之后對全球居民照射的第二大來源。醫療照射指接受治療或診斷時患者或被檢查者所受到的輻射照射。輻射的醫學應用可以分為三大類：放射診斷、放射治療和核醫學。在醫學中所應用的輻射種類很多，包括診斷X射線、計算機斷層掃描（CT掃描）、介入放射學和重離子治癌等（圖2.5）。

放射診斷是用X射線獲得影像進行分析的技術。如普通X射線照相檢查（胸片和牙片）、熒光透視檢查（鋇餐和灌腸劑）和CT掃描。但超聲和核磁共振成像不涉及電離輻射，不屬于放射診斷。介入放射學指使用最小侵襲性（微創）影像引導程序來診斷和治療疾病，如在血管中引導植入導管。由于CT的廣泛使用和每次檢查所產生的劑量，放射診斷程序所致全球人均有效劑量從1988年的0.35毫希沃特，上升至2008年的0.62毫希沃特，幾乎翻了一倍，放射性診斷所致集體有效劑量也增加了至少一倍，如圖2.6所示。

放射治療（簡稱放療）利用輻射來治療各種疾病，通常是治療癌癥，也用于治療良性腫瘤。放療會使一些正常細胞受到破壞，但大多數都會恢復。放療可分為遠距離放療和近距離放療。遠距離放療指用患者體外的輻射源（如含源治療機和加速器）治療疾病，近距離放療指將輻射源放置在患者體內治療疾病。放療治癌在醫療界已得到廣泛的應用，但實際上接受放療的人還是少數。在大多數國家，放射治療對群體產生的人均劑量遠低于放射診斷。

核醫學是將非密封的放射性物質引入體內，用于獲取人體有關結構和器官功能的信息，有時也用于治療疾病，如治療甲狀腺功能亢進和甲狀腺癌等。一般情況下，將放射性核素制成可以靜脈注射或口服的放射性藥物，然后利用藥物中放射性核素發出的射線產生診斷影像或治療疾病，如圖2.7所示。

在世界范圍內，核醫學應用的分布相當不均勻，90%發生在工業化國家。不過，隨著人類生活水平和醫療水平的提高，其應用頻率呈現明顯的增長趨勢，如圖2.8所示。

2．核試驗

1945年8月6日和8月9日兩顆原子彈分別投擲到日本廣島和長崎。兩顆原子彈的爆炸致使將近13萬人死亡，這是歷史上在戰爭中僅有的兩次使用核武器的事件。之后世界各國在大氣中進行了多次核武器試驗（簡稱核試驗），主要分布在北半球。最活躍的試驗期是1952—1962年，總共進行了大約500次核試驗，總威力為430兆噸TNT當量。核試驗沉降物或落下灰是指核爆炸引起的、沉降到地球表面上的放射性灰狀物。

核武器大氣層試驗產生的落下灰所致全球人均年有效劑量的最高估算值出現在1963年，約為0.11毫希沃特，后來逐漸降低到現在的水平，約0.005毫希沃特，遠低于公眾所受到的天然輻射源照射，而且這種照射在未來還將緩慢地下降。

地面核試驗產生的落下灰，其中多達50%的沉積在試驗場100千米范圍內，居住在試驗場附近的人們會受到當地落下灰的照射，如圖2.9所示。然而，由于試驗是在相對偏遠的地區進行，當地受到照射的居民群體很少，沒有對全球集體有效劑量構成明顯貢獻。

3．核反應堆和核電站

用中子轟擊鈾或钚的某些同位素，可使這些原子核分裂為兩個更小的原子核，并釋放出兩個或多個中子，同時釋放出能量，這一過程稱為核裂變。釋放出的中子再轟擊其他鈾或钚原子核，繼續發生核裂變，釋放出更多的中子，這些中子再繼續轟擊更多的鈾或钚原子核，這種過程稱為鏈式反應。

動力核反應堆中核裂變所釋放的能量，可用于核電站生產電能。各種研究性核反應堆，既可用于核物理和生物學研究，也可用于核燃料、材料性能考驗和試驗，還可用于生產醫學和工業用的放射性同位素等。

正常運行情況下，核電站對全球輻射照射的貢獻是微乎其微的。由于技術的不斷進步和更加嚴格的輻射防護措施，核反應堆正常排放的總照射水平在下降。總的來說，各類核設施的排放引起的輻射劑量是非常低的。居住在核電站周圍的居民受到的年平均有效劑量約為0.0001毫希沃特。

核反應堆卸出的乏燃料（核反應堆內“燃燒”過的核燃料）可以進行后處理，將其中某些放射性核素回收再利用。這是核工業流程中的一部分，如圖2.10所示。目前我國低中水平放射性廢物在國家規定的符合核安全要求的場所實行近地表或者中等深度處置；后處理產生的高放廢物（高水平放射性廢物）和未經后處理的乏燃料都暫存起來，但最終還需要進行處置。在廢物得到適當處置的情況下，對公眾的照射是極小的。

在發生切爾諾貝利核電站事故之前，人類最嚴重的民用核設施事故是1979年3月28日發生在美國的三哩島核電站事故。在該事故中因一系列事件導致核反應堆堆芯部分熔化，大量的裂變產物和其他放射性核素從受損的核反應堆堆芯釋放到安全殼廠房內，由于最重要的碘同位素被溶解到冷卻水內，因此環境釋放很少，對公眾的輻射照射也非常小。

1986年4月26日發生在蘇聯的切爾諾貝利核電站事故和2011年3月11日發生在日本的福島第一核電站事故，是迄今為止全球發生的最嚴重的兩起核事故，它們對周邊環境和社會心理造成了嚴重的影響。但評價表明，其對全球人均的輻射照射，小于天然本底照射的千分之一。詳細情況可查閱相關資料。

4．工業和其他應用

輻射源有著廣泛的工業用途。這些用途包括用于醫藥產品滅菌、食品貯藏保存和病蟲害消除的工業輻照裝置；用以檢查焊縫缺陷的工業照相；用作應急出入口標志和地圖照明燈的α或β發射體；在測井活動中用于測量礦物、石油、天然氣勘探的、測量鉆孔中地質特性的輻射源或小型X射線機；在測量材料厚度（圖2.11）、水分、密度和料位的裝置中使用的輻射源；以及科學研究中使用的其他密封源。

雖然輻射源有著廣泛的用途，但是工業及其他領域實踐中使用的放射性核素的生產對公眾的輻射照射水平卻非常低。然而，在事故情況下，局部區域可能受到污染，也可能引起較高水平照射。

與工業輻射源相關的事故比核電站發生的事故更為常見，主要指使用輻射源、X射線和加速器等的工業設施發生的事故。在1945—2007年全球報道了80起這類事故，見表2.1。這些事故可能會對工作人員和公眾造成明顯的輻射照射，需要引起足夠的重視。

丟失、被盜和廢棄的輻射源稱為失控源。由于輻射源的包裝容器光滑光亮，看上去似乎是由貴重金屬制成，且上面可能沒有輻射警示標志，因此對公眾尤其是從事廢舊金屬交易的人們來說是有吸引力的。在無危險意識的工作人員或公眾破壞輻射源的案例中，有些導致了嚴重輻射損傷，甚至死亡。例如1987年巴西戈亞尼亞事故：一臺廢棄的、裝有強放射性銫-137源的遠程治療機被偷，輻射源包裝盒被砸開。在接下來的兩周內，輻射源粉末擴散到整個廢品收購站及周邊環境，造成很多人輻射損傷。這起事故最終導致4人死亡，其中包括一名兒童。

5．日常生活應用

為了利用某些特殊的化學性質或放射性性質，一些低水平放射性核素經慎重考慮后添加到了日常使用的產品中。歷史上發光消費品中使用最多的放射性核素是鐳-226。但最近幾十年已經不再使用鐳-226，而采用放射性毒性較小的钷-147和氫-3（氚）代替。即使如此，含氚化合物的鐘表或手表由于移動性強也存在氚泄漏問題。好在氚只發射非常弱的β射線，皮膚都不能穿透，不會對人體產生輻射損傷。氚只有在進入人體后才需要考慮對人體的輻射照射影響。

現在有很多煙霧探測器使用了小片輻射源镅-241，镅-241發射α射線，產生恒定粒子流。周圍空氣可以自由進入探測器，如果煙霧進入探測器，則干擾粒子流，觸發報警，如圖2.12所示。

煙霧探測器中的镅-241源半衰期為432年，衰變非常緩慢，也就是說這類探測器在使用10年后仍然基本保留原有的全部活度。根據國家法規要求、裝在煙霧探測器中的放射源的活度非常低，發射的α射線穿透能力非常弱，一張紙就可以擋住，因此镅-241源只要保留在探測器中，其對人的照射就小得可以忽略不計。

6．其他

（1）天然放射性物質

在世界各地還有幾種類型的設施或活動，雖然它們與核能的利用沒有關系，但其工業產品、副產品和殘留物中的天然放射性物質（NORM）的活度濃度卻增加了，這可能會使公眾受到增強的輻射照射，例如礦物的開采和加工、地熱能開發（圖2.13）等。

（2）吸煙的輻射影響

煙草中含有釙-210、鉛-210、鐳-226等放射性核素，主要是放射性核素釙-210。因此，吸煙也會對人體產生輻射影響。釙是一種天然放射性核素，衰變時發射α射線，穿透能力弱，但具有較強的電離本領。釙-210會隨煙氣進入人體產生內照射。煙草中之所以會存在釙-210，主要是由于土壤中的核素被煙草吸收，并富集在煙葉中。

公眾和工作人員受到的輻射照射

總的來講，在公眾受到的所有輻射照射中，天然輻射源是主要來源。根據聯合國原子輻射影響科學委員會的估計，個體所受到的年均有效劑量約為3毫希沃特，其中2.4毫希沃特來自天然輻射源，0.65毫希沃特來自人工輻射源（圖2.14）。天然輻射源中有三分之二來自人們呼吸的空氣、吃的食品和飲用的水中的放射性物質。人工輻射源的主要來源為醫學照射，醫學照射水平又隨國家和地區的不同而不同。

受到人工輻射源照射的工作人員中，每4個就有3個從事醫療行業，其個人年均有效劑量約為0.5毫希沃特。

20世紀90年代以前，對工作人員受到輻射照射的關注主要集中在人工輻射源。如今人們認識到很大一批工作人員受到的照射主要來自天然輻射源，例如采礦行業的一些工作人員，對于他們來說，氡氣的吸入是工作場所的主要輻射源。雖然井下鈾礦中氡的釋放對核工業職業照射貢獻很大，但整個核工業工作人員人均有效劑量從20世紀70年代的4.4毫希沃特下降到了今天的1毫希沃特，而煤礦工人的年均有效劑量仍然是2.4毫希沃特，其他類型礦山工人的劑量約為3毫希沃特。

全球工作人員輻射照射趨勢表明（如表2.2所示），天然輻射源照射呈現增加的趨勢，人工輻射源照射呈下降的趨勢。究其原因，天然輻射源照射的增加主要是因為近年增加了對礦山開采的關注，而人工輻射源照射的下降是因為有效實施了輻射防護措施。