哈喽!哈喽!大家好,欢迎大家来到新一期的小V课堂。时隔一个多月,各位有没有想小V呢?不管你们想没想,反正小V我是想大家啦。好啦,言归正传,今天继续由英俊潇洒、风流倜傥、玉树临风的小V我为大家带来新的内容——正确认识核辐射。
近日,日本排放核污染水事件引起全球广泛关注,相信大家也已经听说了吧。加上近期《奥本海默》的上映,也让大家更加了解了人类利用核能的最重要的一个里程碑。一“核”激起千层浪,关于核泄漏,核辐射的话题在人们心中卷起层层阴云,人们谈“核”色变。那今天小V就和大家聊聊这“核”是不是那么可怕!
什么是辐射?
都在说辐射,那辐射到底是什么呢?别急,小V马上为你解答。辐射的本质,是一种能量。我们可以把辐射分为电离辐射和非电离辐射,区分方法就是看这种辐射是否能够在物质中产生电离作用,也就是它的能量是否高。我们知道,电磁波的波长越短,频率越高,单光子的能量就越高。所以从下面的图片中,我们就可以看出,越左能量越低,越右能量越高。以我们日常中接收到最多的可见光为界,那么左边的就是无线电,微波,红外等辐射,就是非电离辐射,不会对人体造成危害,当然这些不是小V重点给大家的讨论内容。需要注意的是右边的伽马射线、X射线甚至紫外等这些可以对人体造成危害的电离辐射。
内照射与外照射
说到核辐射,小V先带大家来认识一下核辐射对人体的造成危害的原理。电离辐射危害的原理是:电离辐射的能量沉积于生物大分子(DNA、蛋白质等),引起生物大分子的电离和激发,破坏机体的核酸、蛋白质、酶等具有生命功能的物质,或者电离辐射首先直接作用于水,使水分子产生一系列原发辐射分解产物,然后通过水的辐射分解产物再作用于生物大分子。
辐射对人体的照射方式有外照射和内照射两种。
外照射指的是辐射源在人体外部释放出粒子、光子作用于人体的照射。
内照射指的是放射性核素进入人体内,在体内衰变释放出粒子、光子作用于机体的照射。
放射性核素进入体内途径和内照射示意图
外照射主由X射线或γ射线、中子和β射线引起的。外照射的特点主要是与受照时间、剂量率成正比,与距离的平方成反比。强贯穿电离辐射都会对人体产生外照射,例如X射线、γ射线、中子等。弱贯穿电离辐射主要对人体皮肤、浅表组织或器官造成外照射,例如高能β射线若防护不当,会造成皮肤烧伤;而有些弱贯穿辐射,如α射线,则因其射程很短以及人体皮肤角质层的阻挡,通常不会造成外照射。
1.吸入——放射性气体(例如氚—3、氙—133、氡—222等)、放射性气溶胶(例如碍—99m硫化胶体、铟—133m胶体等)、含放射性核素的微尘(例如吸烟时烟雾中的钋—210)以及易升华或挥发的放射性核素(例如碘—125和碘—131等),主要通过呼吸道吸入体内。
2.食入——被放射性核素污染的水源或食品,或是通过被污染的手间接污染食品,经消化道进入体内。
3.经皮肤粘膜或伤口进入——完好的皮肤可防止大部分放射性核素进入体内,但蒸气态或液态的氧化氚和碘蒸气、碘溶液或碘化合物溶液,能通过完好的皮肤而被吸收。
内照射有个显著特点,就是人们在停止接触放射性物质以后,已经进入人体内的放射性物质仍将会发生照射,只有人体内的放射性物质排泄干净或其能量衰变完了,照射才会终止。因此,我们要采取各种措施,尽可能地隔断放射性物质进入人体内的各种途径,避免和减少放射性物质进入体内。
是不是还是有点迷糊?那让小V来给你总结:内照射更危险,外照射更常见。
生活中的辐射
人们每时每刻都受到各种辐射照射,但不意味着生活在危险之中。辐射就是从发射体发出的射线,分为天然辐射和人工辐射两类。核辐射即放射性元素产生的辐射。其实,生活在地球上,每个人每时每刻都受到天然存在的各种电离辐射的照射,包括来自于食物、房屋、天空大地、山川草木、身体内存在的放射性核素等天然本底辐射和来自于夜光表、乘飞机、做X光检查、吸烟、看电视等的额外辐射。
虽然身边的辐射很多,但这不意味着公众生活在危险之中。公众所受辐射80%以上来自于大自然,如果没有辐射,生物将无法生存。中国工程院胡思得院士说:“只要将核辐射的剂量控制在一定的范围内是不会有任何影响的。”
学术界表征辐射剂量的单位是希沃特(Sv)。为了帮助大家理解日常生活的辐射剂量大小,小V引入一个量叫香蕉等效剂量,来表示辐射强度。之所以选香蕉,是因为香蕉富含钾元素,天然钾当中约有 0.0117% 的放射性钾——钾 40,而钾 40 的半衰期长达 12 亿 5 千万年(地球寿命为 45 亿年)。每吃一根香蕉,就受到约 0.1 μSv(微希沃特)的辐射,这是 1 希沃特的千万分之一。也就是说,想要一次达到 2 希沃特的致命强度的辐射,你只要一次性吃下去两千万只香蕉(并且不撑死 )就能达到了。
不同场景的香蕉等效辐射剂量水平
不同的场景 | 香蕉数目 | ||
一小时辐射本底数据 | 2只香蕉 | ||
现在广岛的一小时辐射本底数据 | 3只香蕉 | ||
居里夫人实验室的一小时辐射本底数据 | 15只香蕉 | ||
世界上第一个铀矿废弃后,现在的一个小时辐射本底数据 | 17只香蕉 | ||
美国新墨西哥州的 Trinity 炸弹试验场(电影《奥本海默》中的核试验场) 中,接触核爆中的热熔小矿石现在一小时数据 | 21只香蕉 | ||
每一小时的飞机飞行(减少了大气层的保护) | 30只香蕉 | ||
切尔诺贝利附近待一小时 | 50 只香蕉 | ||
我国对公众推荐的剂量限值,除天然照射外,附加的有效剂量,每年不超过 | 10000只香蕉 | ||
普里皮亚特医院的地下室(扑灭切尔诺贝利火灾的消防员们弃置消防装备的地方)一个小时 | 20000只香蕉 | ||
全世界平均辐射本底一年数据 | 24000只香蕉 | ||
中国的高本底地区一年数据 | 64000只香蕉 | ||
我国辐射工作人员的剂量限值,每年不超过 | 200000只香蕉 | ||
拉姆萨尔,世界已知辐射本底最高的地方,每年数据 | 2400000只香蕉 |
通过香蕉等效剂量,宝子们是不是对于辐射有了更直观的认识呢?我们生活中日常大多数活动的电离辐射其实是在安全范围内的。宝子们可以放心哦~。关于生活中的辐射,还有些小V在上面没有提到的小V就用下面这张图来表示啦~
X射线的应用
除了自然界天然存在的本底辐射之外,我们还会有很多人为引入的辐射。但是这些辐射通常都是有益于我们的生活的,比如说医疗诊断和治疗。在医疗活动中,医生为了实现对患者的诊断和治疗,常会采用带有X射线成像功能的器械开展医疗行为。X射线是一种能量比紫外线更强的非可见光,它在医疗中的应用,极大地提高了诊断准确性和治疗有效性,挽救和延长了无数人的生命。
医生采用C型臂X光机开展手术治疗
由于一般X射线是在人体外进行照射,因此这种辐射方式属于外照射。我们会通过时间、距离、屏蔽等方法来控制人体所受的剂量。然而,由于辐射的随机效应,人体所受到的X射线辐射越多,机体发生新癌病变的可能性会越高。
射线源在人体外入射,对人体造成的外照射
还迷糊的宝子不要慌,小V在下表列出了常见医学活动的剂量。需要指出的是所有辐射活动的第一个原则就是:辐射实践的正当性,也就是说对任何使用和包含电离辐射照射的实践,都必须事先进行正当性判断,权衡利弊,且只有当这种实践使个人和社会从中获取的利益大于所付出的代价时,这项实践才能被认为是正当的,才是值得进行的。这种活动带来的收益一定要大于损害。因此我们进行必要的医疗诊断是有益的。
基本检查 | 平均有效 辐射剂量(单位:mSv) | 等同累积 本底辐射量(3mSv/年) | |
腹部 | CT-腹部和盆腔 | 10 | 3年 |
CT-腹部和盆腔(强化) | 20 | 7年 | |
CT-结肠造影 | 6 | 2年 | |
静脉注射肾盂造影 | 3 | 1年 | |
X线-下消化道 | 8 | 3年 | |
X线-上消化道 | 6 | 2年 | |
骨骼 | X线-脊柱 | 1.5 | 6个月 |
X线-四肢 | 0.001 | 3个小时 | |
神经系统 | CT-颅脑 | 2 | 8个月 |
CT-颅脑(强化) | 4 | 16个月 | |
CT-脊柱 | 6 | 2年 | |
胸部 | CT-胸部 | 7 | 2年 |
CT-肺癌筛查 | 1.5 | 6个月 | |
X线-胸部 | 0.1 | 10天 | |
口腔 | 口腔X线 | 0.005 | 1天 |
心脏 | CTA | 12 | 4年 |
心脏CT评测钙化 | 3 | 1年 | |
男性成像 | 骨密度测定 | 0.001 | 3个小时 |
核医学 | PET/CT | 25 | 8年 |
女性成像 | 骨密度测定 | 0.001 | 3个小时 |
乳腺钼靶 | 0.4 | 7周 |
不同医学检查的剂量大小
人体所受辐射应遵循尽可能低的原则
辐射防护的第二个原则是,合理可能尽量低((As Low As Reasonably Achievable,ALARA))。因此,多年来医生和设备厂商均在努力寻找更优的X射线成像设备,使得满足诊疗的同时,病人和站在病床旁边的医生所受的辐射剂量更低,让X射线造福更多人的同时,可以变得更加的亲善。
X射线可以变得更ok
善思微一直深耕X射线成像CMOS平板探测器核心部件领域,秉承做事“向善”的理念,牢记“造善芯”的初心,一路坚持X射线成像,从芯片、电气、辐射物理、软件算法方面综合布局,实现以更低的剂量呈现更清晰的影像。CMOS探测器由于其特有的物理属性,在噪声表现上明显优于其他探测器,可实现更好的低剂量信噪比,更低的可探测剂量,更高的帧速率,更低的残影,所有这些综合因素,使得其在低剂量条件下,能提供临床所需的优质图像。
善思微CMOS平板探测器
我们所知道的核电站和医疗用X射线,都属于人工辐射源,如果利用好,将会造福人类,相信人类一定会寻求到更优的技术方案让辐射更可控,善思微将始终不忘初心,致力于低剂量X射线成像核心部件领域,让X射线更安全。
技术发展可以让辐射更安全
今天的小V课堂到这里就结束啦,屏幕前的你有没有觉得收获满满呢?如果还有什么疑惑欢迎下方留言评论哦,小V将竭尽全力为您解答。我们下期见啦~
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参考文献:
《你了解你身边的“核”吗?》, 中国核学会官网
《世界上辐射最强的地方,竟然是这里》,丁香医生