[科普中国]-本底辐射

本底辐射的含义

公众一直生活在辐射环境之中,在一般情况下,天然辐射的剂量最大.这些天然辐射源主要包括:宇宙射线、室内外地表层的γ贯穿辐射,以及放射性氡气体和食入天然放射性物质的辐射.前两者基本构成外照射,后两者基本构成内照射.据联合国原子辐射效应科学委员会估计,全世界人均天然辐射的剂量约为2.4 mSv/年,我国人均剂量约为2.3 mSv/年2.

天然本底辐射及其照射剂量人体接受的辐射能称之为放射线照射,根据射线对人体照射方式的不同,分为外照射和内照射。前者如x射线透视,γ射线照射治疗癌症。后者如服用含放射性同位素的药品、食品等。天然本底辐射既有外照射,又有内照射3。

外照射源1、 宇宙射线

初级宇宙射线主要是由带正电的高能粒子(质子、a粒子等)组成,当其进人大气层后,与空气中的原子核发生反应,产生介子、中子和y射线,成为次级宇宙射线,按其穿透能力,这种次级宇宙射线分为软、硬两种成分,前者以电子、光子为主,后者以介子为主,其穿透能力大,可穿过10cm厚的铅板。

宇宙射线的强度随高度而增加,在距离海平面16-20km的高空达最大值,同时,软、硬成分的比例也随其高度发生变化。初级宇宙射线受地磁场影响,其带电粒子随地球纬度的变化而变化。因此,通常以中纬度(50。)海平面为基准,计算出宇宙射线给予人类的剂量率。

宇宙射线又分为初级宇宙射线和次级宇宙射线。初级宇宙射线是从宇宙空间进入地球的高能粒子流，主要由质子、α粒子和电子构成。初级宇宙射线与大气中的原子核（氮、氧等）相互碰撞而释放出次级质子、中子、介子、重离子等形成次级宇宙射线。

宇宙射线的强度随海拔高度的增加而增大。因此，高原地区的人群受到的宇宙射线照射剂量比平原地区的人群高。在海平面上，宇宙射线对人体的年平均照射当量剂量约为0.3mSv。然而，居住在海拔相当高的地方，例如中国拉萨，居民接受的年剂量是居住在海平面高度的人的数倍。在飞机飞行的高度，宇宙射线的强度比地面高得多。在洲际航线的巡航高度上，剂量率可以达到地面值的100倍。

2 、地表放射性核素

地壳由各种元素组成,其中不乏放射性核素。这些核素不断发生连续衰变,形成3个衰变系列,即以238U为衰变母体的19种核素和以Th为衰变母体的13种核素,以及以铀的一个同位素235U为母体的15种核素。它们在岩石和土壤中的质量分数随地域不同而变化很大,在不同类型的岩石、土壤和水中亦存在很大差别。在调查、研究室内放射性核素外照射对人体的影响时,应考虑到由不同建筑材料(包括石材、砖、木材和水泥以及钢筋等)构成的建筑物的辐射水平。根据在其内、外天然辐射侧量结果,再结合人在室内、外的停留时间则可计算室内、外的照射剂量。

内照射源1、从口摄人的放射性核素

食品、水和空气是维持人体生命及其发育的必需品,但其中均含有某些少量放射性核素。应用放射性照像和半导体探测器测量可得到食品中放射性核素的分布和质量分数,如南瓜、土豆、胡萝卜和海带中的放射性核素质量分数依次增多,猪肉蛋白质含40K较多,而脂肪含40K和14C都很少。这些核素通过各种食品进人人体后渐渐积累增多,尤其是生活在高本底地区的人增加得更明显。如澳大利亚西部的居民,由于经常食用含铀的羊肉和大袋鼠肉,体内铀的质量分数是其他地区人体的7.5倍,常吃驯鹿肉的北极人,体内210Pb的质量分数高出其他地区人体的3.5倍。摄人的放射性核素首先进人胃、肠,再随血液循环,不同程度地进人其他器官和组织。如铀、牡系的某些核素主要淀积于骨骼内,因此,骨骼就会受到较大剂量的内照射。人体内40K的质量分数较高,并大致呈均匀分布,经过体内生理调整,其质量分数大体一定。

2、呼吸摄人的放射性核素

空气中悬浮着许多放射性物质的小颗粒,其中对人体危害最大的是氡及其子体。人体通过呼吸将其摄人体内后,较大的颗粒被鼻腔、咽喉和气道等呼吸器官上的粘液捕获,短时期则可被排出体外，对肺影响不大。但粒径小于10μm的微粒子，特别是2.5μm的微小粒子会滞留在肺泡壁上,成为诱发肺癌的因素之一。此外，由皮肤和伤口直接摄人的放射性核素亦可随血液循环进人一些器官和组织。

人体受天然本底照射的剂量正常本底地区由天然辐射源对人类造成的照射水平的估计值见下表。天然辐射源对成年人造成的平均有效剂量约为2.4 mSv，其中内照射所致的有效剂量比外照射高。

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引起本底辐射增高的原因人们在开发利用自然资源及各项建设和科技活动中,都有可能弓!起环境天然本底的变化。特别是环境受到放射性物质污染或地表被揭露放射性矿物暴露出来后,都会造成天然本底的增高。归结起来引起本底增高的途径有2:

锅炉燃煤造成环境的污染目前世界能源的30%是靠燃烧煤炭所供给的,我国每年大约消耗煤炭6亿吨。由于煤炭含有一定量的然放射性核素,特别是经过燃烧后可使放射性核素得到较大的富集,排放含放射性的烟气和炉渣,不断的污染周围环境。加上煤矿开采过程废弃的煤歼石也含有一定量的放射性核素,都会使环境天然本底受到影响而增高,一般可使本底增高18~85%。

工业废料综合利用品所造成本底的增高工业废料如:石煤渣、炉渣及各种尾矿渣等,当前的综合利用品主要是制造建筑材料,生产煤渣砖、水泥等。由于它们含有比普通建材高得多的天然放射性核素,因此用煤渣砖及铀尾砂砖建造的房屋伽马照射量率水平及室内氦析出量均有明显提高。一般可提高数倍至1个数量级。随着煤炭工业的发展,其综合利用品今后还将不断增多,因而由此引起本底增高的因素必须认真加以解决。

铀、钍矿冶工业对环境的污染随着核工业飞速发展,对铀、钍燃料需求量的必将大力发展铀、赴矿业的开采和冶炼。铀、钍矿业的开发,将产生大量的放射性“三废”,如处置不当可造成环境的放射性污染,引起天然本底的增高。

其它方面的因素如放射性同位素在医学、次业、工业等国民经济各个领域的应用,均有部分残存放射性扩散到环境中去,引起本底的微量变化。宇航事业的开发,也将会使越来越多的人接受高宇宙射线的照射等等,都会使某些人接受的本底辐射水平向较高剂量方向变化。

高本底地区的辐射水平调查世界上有些地区，由于地表层含有高浓度的铀、钍，从而使地表γ射线剂量高于一般地区，称为高本底地区。例如，印度的克拉拉邦、巴西的大西洋沿岸以及我国广东省阳江县的部分地区3。

高本底地区的分布岩石、土壤和水中的放射性核素(U、Th系列和40K等)的质量分数极不均匀,变化范围很大。如岩石和土壤中铀的质量分数分别为1.5x10-2~4.8x10-2和1.1x10-2~5.9x10-2Bq/g。这就使得一些地区的放射性核素质量分数较其他地区高,辐射强度大,本地居民接受的照射剂量亦相应增大。如伊朗某些地区和巴西大西洋沿岸某地的剂量分别为3.5和5.5mGy/a。

人类经过百余年来对放射线的应用和科学实验研究,已积累了关于大剂量射线致病和其他生物效应的丰富资料,但却缺乏对小剂量射线引起的生物效应和人体病变的认识。因此,开展高本底地区辐射水平及流行病学调查、研究,可为研究小剂量射线长时间照射产生的生物效应提供基础资料。

主要调查结果1、广东阳江地区

1991年以来,中国、日本等国的科研人员对我国广东省阳江地区的照射剂量进行评价,开展了现场调查、研究。阳江地区室内的剂量率比室外高2倍,距墙越近,剂量值越高。根据使用锗半导体探测器对墙体材料的下能谱分析结果,土砖中238U和232Th及其衰变子体的质量分数比正常区高数倍,建房时间越久,其剂量越低。土壤样品分析结果表明,粘土中放射性核素的质量分数高,是导致室内剂量高的主要因素。同时,亦与该地区习惯门窗紧闭,使得氧在室内得到迅速积累关系密切。根据末梢血淋巴细胞的解析结果,不稳定型异常出现的次数随累积剂量的增加而增大。在10mGy/a的照射下,可能辨别出接受剂量大的染色体在数量上有变化,但是,不稳定型异常随细胞分裂从体内排出,对人体健康不构成影响。另外,该地区癌症死亡率统计值不但未大于附近地区,反而略有减小。

2、巴西卡拉帕里地区

该地区位于大西洋沿岸。道路上测得的剂量率为0.-0.4μGy/h,室内测得的剂量率达到0.4μGy/h,比1960年UNSEEA发布的1-2卜μGy/h低,这是由于城市建设改变了辐射环境的结果。该地区海滨沙滩的剂量率达到6.2μGy/h，有的达到15μGy/h，为沙浴 提供了有利条件。根据对土壤和沙土样品的分析，其232Th和226Ra的比活度分别为38.4和4.09kBq/kg。

3、印度喀拉拉

根据在喀拉拉某市的测量结果,沙土地上1.5m高的剂量率为0.4μGy/h,铺沥青地面的剂量率减小到0.2μGy/h。剂量率最高值出现在距海岸线10m的1.5m高度处,达到8μGy/h,远离海岸1.5km处,剂量率减小到正常值(0.09一0.16μGy/h)。室内混凝土地面的剂量率是沙土地面的1/3,由于海平面剂量率低,从事渔业的渔民接受的剂量率较不出海的人低。

4、伊朗拉姆萨尔地区

拉姆萨尔是伊朗北部里海沿岸的一个镇,该镇高辐射水平与温泉水中的沉积物有关。高辐射点沿温泉水流分布,下游水流面高lm处的剂量率为22μGy/h,有的达到73μGy/h水流附近房屋内地面上lm的剂量率达到28μGy/h,居室内亦达15μGy/h,室内的平均值为9μGy/h,室外农田平均值为1μGy/h。根据该地区居民在室内、外停留的时间,推算出本地居民的人均照射剂量率为71μGy/h除上述一些地区外,在美国一些高本底辐射地区亦进行了剂量测定和流行病学统计调查,其结果表明,居民的癌症和心脏病死亡率低于正常地区。上述调查受到各种复杂因素的干扰,还有待于进一步的调查研究,仅据此即做出明确结论还为时过早。

本底辐射的潜在影响放射线致癌的随机性根据影响方式的不同,射线对人体的影响分为非随机影响(也称确定影响)和随机影响(也称概率影响)。前者是人体接受辐射剂量达到一定值(剂量闭)后,肯定会患某些放射疾病,如脱发、白血病和不孕症等,每种疾病都有一个患病的起始剂量,即阈剂量。人体接受的剂量达到此值,即发生疾病,如患白内障的阈剂量为5Gy,低于该值则不会因射线辐射而患此病4。

随机影响是指,辐射损伤(疾病)发生的几率与剂量大小有关,患病程度则与其大小无关,并且不存在阈剂量。这表明,剂量与患病为概率关系,只要受到照射,不管剂量大小,每个人都有因射线照射而导致疾病的可能性。患病是偶然事件,它服从统计规律,患肺癌的个别病例,并非能科学地证明射线致癌病的危险,只有经过开展环境辐射剂量测定、调查和流行病学统计调查,对两种调查结果进行线性回归分析后,才能得知两者之间的实际关系。根据此观点,本底辐射并非安全,它虽然不属于强辐射,但也有随时致人体患病,特别是癌症的可能,应时刻予以警惕!

本底辐射致癌的新例证前已述及,水中含有某些放射性核素,包括致癌核素—氡。氡通过饮用水、呼吸进人人体,形成内照射源。人不仅吸人室外大气中的氡,还吸人室内使用水时(如洗菜、洗浴、洗衣等等)释放出的氡，从而增大了人体内照射剂量。为此,美国对饮用水中氧的质量分数做出了限量规定，制定了法定标准。由于氡致癌，美国环保局(E以)规定,水中氡最大污染水平目标(MCGL)值为零,考虑到净化水的成本,又提出了接近MCLG值的最大污染水平(MCL)值,即1Bq/L。1996年,EAP修订饮用水安全法，与国家科学院(NAS)签约,共同开展关于饮用水中氡的危险性评价。于是,1997年5月在美国研究审议会议中组建了“关于饮用水中氡危险性评价委员会”5。1997年7月14一15日举行第1次会议,其后,在9个月内召开了6次研讨会。1999年,将其研讨结果以“饮用水中氡的危险性评价”为标题予以公开发表。在这本专辑中公布了美国关于水中氡致癌死亡统计数据值(1998)：美国约有16万人因患肺癌死亡,推测其中1.9万人由于过多地吸人了居室内的氧致癌,这些死亡者大多数为吸烟者，在1.9万名癌症死亡者中,推测有160人是因吸人了居室内使用水时释放出的氡。另外,饮用含氡水致胃癌的很少，推测有20人,而其他原因致胃癌的有1.3万人。

上述统计调查结果,再次提醒人们应提防天然本底辐射的危险,加强其剂量调查测量与评价工作。

展望(1)人类长期生活在具有天然本底辐射的环境中,辐射致癌的危险时刻威胁着人们的生命安全。因此,探索辐射致癌机理及其防护是当前乃至今后长期的研究课题。

(2)开展天然辐射剂量和流行病学统计调查,为研究天然辐射对人体的危害提供重要资料。

(3)加强核科学知识的科普宜传,提高民众对天然辐射致癌的科学认识和自我保护意识。

(4)天然放射线照射致人体患病已引起社会广泛关注,因此,核勘查技术的应用应向环境辐射剂量调查扩展。