核科学漫谈――辐射防护（一）
人们谈核色变，担心的是什么呢？简而言之，就是辐射。其实，辐射可以分为两类，一类是电磁辐射，另外一类是电离辐射。人们常常将这两类辐射混为一谈，更进一步增加了一些无谓的恐慌。所谓电磁辐射是指电场和磁场交互变化产生的电磁波向空中发射或泄露的现象，所谓电离辐射是指能够使物质发生电离的辐射。电离辐射通常可分为两类，一类为高频率的电磁波，如X射线、γ射线；另一类为高能粒子束，如α、β 粒子或中子束等。
电磁辐射与电离辐射的区别是辐射的量子性和能量。电磁辐射中的电磁波的频率低，量子性不明显，无法像电离辐射中的粒子那样让原子电离，因此我们无法说1个电磁波，但是我们可以说1个X光子，1个γ光子，虽然X光子和γ光子也可以被看作是电磁波。
电磁辐射虽然不能让原子电离，但是并不意味着它对人体不会造成伤害。人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，较强的电磁辐射也会对人体造成损害。最简单的例子，我们知道微波炉可以把水烧开，如果人处于那么强的电磁场内，肯定必死无疑。至于电磁辐射增加人体罹患肿瘤的概率，降低人体生殖功能方面的内容则不在本文讨论范围内，因为我在这个领域属于外行。我们此处主要介绍电离辐射和防护。
首先，我们需要弄清电离辐射对生物体伤害的机理。我们知道，生物体内有大量的各种分子，分子内部的化学键一般键能为二到十个电子伏。电离辐射的各种微观粒子带有的能量都比化学键的键能高，因此有一定的可能性破坏人体内分子的化学键，主要是生物大分子和水，使得它们发生分子不稳定、分子重排，产生自由基并造成损伤。分子电离、自由基产生、化学键断裂使得亚细胞结构破坏，表现为细胞代谢、结构、功能的改变。大部分情况下，细胞内的个别分子被破坏失去生理活性之后，或者整个细胞受损死亡后，会很快被人体分解吸收、重新利用，不会造成重大的伤害。在极少数情况下，这种伤害可能会造成细胞内染色体上DNA分子的变化。受损的DNA可以经体内酶系统修复，但也可能发生错误修复，这是电离辐射可能诱发癌症的原因之一。当然，如果恰巧是生殖细胞的基因被改变了，并且产生了正常的后代，就有可能获得一些新的性状，这在生物进化过程中有着举足轻重的作用。
相同辐射剂量作用下，不同细胞出现的损伤程度不同。一般来说，淋巴组织、骨髓、小肠上皮和性腺对辐射最为敏感；其次是角膜、晶状体、内皮细胞等；肌肉、骨骼、软骨和结缔组织对辐射最不敏感。
知道了电离辐射的损伤机理，我们再来弄清辐射来源。
可以毫不夸张的说，地球上的所有生物体都一直受到自然界中始终存在的电离辐射的照射。天然辐射照射源有来自外层空间和太阳表面的宇宙射线,也有来自地壳、建筑材料、空气、水、食物和人体内部存在的放射性核素。我曾用剂量仪粗略测量过本人所在单位的环境本底。办公大楼外绿地的环境本底辐射一般小于100nGy/h，而办公大楼内的环境本底辐射则在120nGy/h～150nGy/h 。Gy/h表示每小时的吸收剂量。由于我所使用的仪器只能测量X射线、γ射线，不能测量α、β 粒子，所以室内的本底辐射应该比测量值高。统计数据表明，我们日常生活中的电离辐射41%来自石头、泥土及建筑材料中的放射性气体；28%来自岩石、土壤中的放射性物质；15%来自X射线等医疗辐射；9%来自食物和饮料中的天然放射性核素；6%来自宇宙射线；1%来自高空飞行等。
前面已经讲过，如果不考虑人体对剂量的吸收所引入的权重因子，Gy与Sv的数量关系可以简化成
1Gy = 1Sv = 1J/kg （焦耳/千克）
它表示单位质量所吸收的射线的能量。如果辐射源是中子、α粒子的话，Gy到Sv的转换就需要增加一个权重因子，权重因子最大会达到20。如果被照射的人体组织和器官不一样，还要考虑不一样的组织权重因子。此时，Sv所代表的当量剂量的值就会比Gy所代表的吸收剂量的值大。
Gy是一个非常大的单位。一般情况下，人体一次的吸收剂量达到1Gy，身体健康肯定会受到显著影响；如果大于6Gy，肯定会死亡。在日常生活中，我们一般用一个非常小的单位——nGy，其换算关系如下：
1Gy = 1000mGy = 1000000μGy = 1000000000nGy
就世界范围来看，天然辐射源所致平均有效剂量，每人每年大约为2.4mSv。它主要以吸入建筑物内常见的放射性气体氡-222为主（1.6 mSv/年），这个数值是UNSCEAR统计出来的平均数值。如果是烟瘾大的人，1天抽1包烟，1年下来受到的剂量在0.5～1 mSv。乘飞机在10000米高空飞行，由于少了大气层屏蔽吸收的保护，人体的吸收剂量大约是4μGy/h；如果每天飞行2小时，则1年下来累积的吸收剂量约为3mGy。根据国标，对于普通民众而言，1年累计的有效剂量小于5 mSv就是安全的。
通过上面的介绍可知，我们居住的房子、喝的水、呼吸的空气、吃的食物甚至我们人体内部都含有少量的放射性元素。比如空气里面有一定的碳-14、地下水和土壤里含有微量的氡-222等。因此，引发电离辐射的放射性物质是人类居住环境的组成部分，所有生物都是在各种电离辐射的照射下演变、进化和生活的。我们无法躲避，其实我们也不需要躲避，因为我们早已经习惯。可以这样说，电离辐射是物种演化的一个重要环境因素，没有它的贡献，可能还没有今天的人类。