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背景辐射是否有害健康?[含2P]

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    前不久科学公园微信公众号推送的一篇题为《电离辐射常识》的文章(作者:挣脱枷锁的囚徒),其中提到背景辐射不会对人体造成危害,引起了一些争议。有人认为,该文中的说法不妥,背景辐射对人体是其实有害的。

    那么背景辐射对人体到底有没有危害?


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    (图片来源:businessinsider)

    首先我们要搞清楚什么是背景辐射。许多人看到这四个字可能首先想到的是物理学上的概念“宇宙背景辐射”或“宇宙微波背景辐射”。实际上背景辐射 (background radiation) 也称本底辐射,是辐射安全与防护领域的概念。

    我们知道,按照能否使原子与分子发生电离,辐射经常被分为电离辐射和非电离辐射,前者包括α粒子、β粒子、中子等粒子以及电磁波中的γ射线、X射线和波长较短的部分紫外线;后者则主要包括电磁波中的可见光、红外线、无线电波以及波长较长的紫外线。相比于非电离辐射,电离辐射能量更强,因此对生物体的破坏作用更大。我们提到辐射防护时,通常就是专指电离辐射的防护。

    设想房间里有一台X射线机,我们在讨论如何对它造成的辐射进行防护时,首先要确定它的辐射到底有多强。但是房间中并不是只有X射线机这一个辐射源,地板的石材中可能含有微量的天然放射性元素,空气中还有微量的放射性元素氡。因此我们首先需要弄明白除了X射线机之外的所有辐射有多强,才能在这个基础上具体分析X射线机的辐射对健康的影响以及相应的防护措辞。像这样在指定的某个辐射源之外所有辐射的总和就是背景辐射。

    还有一些时候我们并没有选择特定的辐射源,那么背景辐射就指的是所有电离辐射的总和,特别是经常被用来反映人们在职业暴露(例如操作核反应堆、测试核武器、进行辐射育种、对病人进行放疗等)之外所能接触到的所有辐射。

    那么背景辐射通常都有哪些组成成分?简单来说,背景辐射可以分为自然背景辐射和人造背景辐射。自然背景辐射的存在与人类活动无关,通常包括以下几个部分[1]:

    • 宇宙射线,即来自外太空的高能粒子。宇宙射线会与大气层相互作用并受到削弱,因此居住在高海拔地区的人会受到更多来自宇宙射线的辐射,人在乘坐飞机时也会因此额外受到一些宇宙射线的照射[2]。
    • 地表环境中的背景辐射。这些辐射来自于各种放射性元素,广布于大气、土壤、岩石和水体中,它们也是背景辐射的主要来源。
    • 另外,我们每天的饮食中也含有微量的放射性元素,它们同样会产生辐射,甚至生物体本身也存在一定量的放射性元素。这些辐射同样被视为自然背景辐射的一部分。

    而人造背景辐射顾名思义,指的是由于人类活动造成的背景辐射。人造背景辐射主要的来源是各种医疗活动,例如X射线成像、CT等医学影像诊断手段以及放疗等治疗措施。经济发达的国家医学技术也相对比较进步,居民往往有更多地机会接触这些涉及辐射的诊治手段,因此来自医疗活动的辐射在背景辐射中所占的比例也就越高。例如世界范围内来自医疗活动的背景辐射通常不超过背景辐射总量的20%[3],而在美国这个比例竟然高达50%[4].


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    背景辐射的主要来源(图片来源:BBC)

    背景辐射有多强?我们在评估辐射对生物体的影响时,通常考虑的是辐射的剂量,即一定时间内被人体吸收的辐射总量,常用的单位是西弗 (Sv), 但这个单位太大,使用起来不方便,实际上经常使用毫希(mSv, 1Sv= 1000 mSv). 除了西弗和毫希,雷姆(rem) 和毫雷姆 (mrem) 也经常被用来描述辐射剂量,换算关系为1 rem = 1000 mrem = 0.01 Sv = 10 mSv.  世界各地的背景辐射水平在不同地区略有差别,平均来看,每人每年由于背景辐射受到的辐射剂量大约是3毫希,

    我们对于辐射造成的危害虽然有了比较深入的认识,但实验数据主要来自于急性、大剂量的辐射,而我们在日常生活中更为经常遇到也更加关心的是长期、低剂量的辐射。然而很不幸,低剂量辐射对健康的影响往往很难用实验去验证,通常只能用理论模型来估算。目前评估低剂量辐射对健康的影响主要依据的是“线性无阈”(linear no-threshold) 这一理论模型。根据这一理论,辐射没有安全剂量,再微弱的辐射也会对生物体造成损伤,辐射对健康造成的损害与辐射剂量之间存在简单的线性关系,因此如果根据实验数据确认了高剂量辐射的危害,我们可以相应推算出低剂量辐射对健康的影响。

    这一理论是否真的符合实际情况,历来存在争议,一些研究人员认为,由于生物在漫长的进化过程中发展出了应对辐射损伤的机制,因此低剂量辐射造成的损害并没有那么严重,甚至有人认为低剂量的辐射反而对健康有益。近年来虽然有新的实验证据支持线性无阈理论,相关的争论恐怕还将继续下去。不过虽然存在争议,从辐射防护角度看,线性无阈理论仍然不失为一个好的理论模型。

    然而在实际操作中,完全消除辐射是不可能的,而且很多时候我们还需要利用辐射为生产生活服务。因此在实际操作中通常遵循的原则是“在合理达到的范围内尽可能低”( As Low As Reasonably Achievable,简称ALARA). 所以当我们讨论辐射是否有害时,通常指的是这种辐射造成的损害是否显著,或者是否可以接受。

    从这个角度来看,背景辐射对健康是否有害可以说是一个没有意义的问题。因为背景辐射任何时候都存在于我们身边,很难消除。我们不可能真正用实验去观测背景辐射对健康造成的影响,因为无法找到不存在任何背景辐射的情况作为对照,我们也几乎不可能针对背景辐射制定具有可操作性的防护措施。所以我们在讨论辐射的危害以及防护时,总是指的是以背景辐射为基准,额外的辐射剂量对人体的影响,各国政府机构给出的辐射剂量安全阈值也指的是在背景辐射之外额外的辐射剂量。

    从辐射剂量的比较来看,背景辐射也确实是微不足道的。刚才提到,每人每年由于背景辐射受到的辐射剂量大约是3毫希,而一次全身CT造成的辐射剂量就高达10毫希,做一次乳房摄影术的辐射剂量也有0.4毫希。而国际原子能机构规定,由于职业原因吸收的辐射剂量,每年在背景辐射基础上额外不超过20毫希都是可以接受的。从这些数字的比较来看,说背景辐射对人体没有危害并无太大不妥。

    在世界上确实有个别地方,特殊的地质原因造成了极强的自然背景辐射,居民每年从背景辐射吸收的辐射剂量不仅显著高于世界平均值,有时甚至超过了国际原子能机构规定的20毫希职业暴露辐射剂量上限,例如伊朗的拉姆萨尔和我国广东的阳江都是这种情况。然而目前的研究并未能发现如此高的背景辐射对当地居民的健康有明显的负面影响,一个可能的原因是当地居民早已适应了这种高背景辐射[6, 7]。因此,即便对于这些特殊的地区,“背景辐射无害”这一说法仍然可以说是成立的。

    最后简单说说氡的问题,氡是一种天然存在的放射性元素,由它造成的辐射是背景辐射的主要来源,可以占到背景辐射的一半左右。由于氡是气体,被人体吸入后不仅自身可以在体内产生辐射,衰变产物也会停留在人体内继续产生辐射,因此比固态的放射性物质更加令人头疼。室内由于通风相对于室外较差,氡气容易聚积,造成的危害更加严重。

    目前的研究已经表明氡是吸烟之外最主要的导致肺癌的因素,因此各国政府机构一般都会规定室内氡气浓度的上限,设法对这一放射性污染物加以控制。例如美国环保署建议,如果室内氡气浓度超过每升2 pCi (pCi 是一个表示放射性强度的单位),就应该采取措施降低氡的浓度[8]。但即便如此,我们也不能彻底消除氡气造成的辐射。美国环保署就指出,室内氡的浓度降至每升 2 pCi以下是极为困难的,接触这个浓度的氡气仍然可以导致每一千个不吸烟的人中有4个人罹患肺癌[8],而且室外空气中仍然会有氡气存在。因此,对于氡含量较高的室内环境,我们能做的只是尽量将氡的辐射降至背景水平。

    参考文献

    [1] http://www.nrc.gov/about-nrc/rad ... nat-bg-sources.html

    [2] http://www.ans.org/pi/resources/dosechart/

    [3] http://www.world-nuclear.org/upl ... ackground_Radiation(1).pdf

    [4] http://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/glossary/exposure.html

    [5] http://www.nrc.gov/about-nrc/rad ... n-made-sources.html

    [6] M. Ghiassi-nejad, S. M. J. Mortazavi, J. R. Cameron, A. Niroomand-rad, P. A. Karam, “Very high background radiation areas of Ramsar, Iran: preliminary biological studies”, Health Physics, 2002, 82, 87

    [7] Zufan Tao, Yongru Zha, Suminoiri Akiba, Quanfu Sun, Jianming Zou, Jia Li, Yusheng Liu, Hiroo Kato, Tsutomu Sugahara, Luxin Wei, “Cancer Mortality in the High Background Radiation Areas of Yangjiang, China during the Period between 1979 and 1995”, Journal of Radiation Research, 2000, 41 Suppl. 31

    [8]https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-02/documents/2012_a_citizens_guide_to_radon.pdf


    文/魏昕宇(科学公园主编)

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