[科普中国]-局部辐射效应

辐射生物学效应分类

（一）按照射方式分

1．外照射与内照射（externalandinternalirradiation）：辐射源由体外照射人体称外照射。γ线、中子、x线等穿透力强的射线，外照射的生物学效应强。放射性物质通过各种途径进入机体，以其辐射能产生生物学效应者称内照射。内照射的作用主要发生在放射性物质通过途径和沉积部位的组织器官，但其效应可波及全身。内照射的效应以射程短、电离强的α、β射线作用为主。

2．局部照射和全身照射（localandtotalbodyirradiation）

当外照射的射线照射身体某一部位，引起局部细胞的反应者称局部照射。局部照射时身体各部位的辐射敏感性依次为腹部>胸部>头部>四肢。

当全身均匀地或非均匀地受到照射而产生全身效应时称全身照射。如照射剂量较小者为小剂量效应，如照射剂量较大者（>1gy）则发展为急性放射病。大面积的胸腹部局部照射也可发生全身效应，甚至急性放射病。根据照射剂量大小和不同敏感组织的反应程度，辐射所致全身损伤分为骨髓型（bonemarrowtype）、肠型（gastro-intestinaltype）和脑型（centralnervoussystemtype）三种类型。1

（二）按照射剂量率分

1．急性效应（acuteradiationeffect）：高剂量率照射，短时间内达到较大剂量，效应迅速表现。

2．慢性效应（chronicradiationeffect）：低剂量率长期照射，随着照射剂量增加，效应逐渐积累，经历较长时间表现出来。2

（三）按效应出现时间分

1．早期效应（earlyeffec）：照射后立即或数小时后出现的变化。

2．远期效应（lateeffect）：亦称远后效应。照射后经历一段时间间隔（一般6个月以上）表现出的变化。

（四）按效应表现的个体分

1．躯体效应（somaticeffect）：受照射个体本身所发生的各种效应。

2．遗传效应（geneticeffect）：受照射个体生殖细胞突变，而在子代表现出的效应。

（五）按效应的发生和照射剂量的关系分

1．确定性效应（deterministiceffect）：旧称非随机性效应（nonstochasticeffect）。指效应的严重程度（不是发生率）与照射剂量的大小有关，效应的严重程度取决于细胞群中受损细胞的数量或百分率。此种效应存在阈剂量。照射后的白细胞减少、白内障、皮肤红斑脱毛等均属于确定性效应。

2．随机性效应（stochasticeffect）：指效应的发生率（不是严重程度）与照射剂量的大小有关，这种效应在个别细胞损伤（主要是突变）时即可出现。不存在阈剂量。遗传效应和辐射诱发癌变等属于随机性效应。

影响辐射生物学效应的因素（一）辐射因素

1．辐射类型：高let辐射在组织内能量分布密集，生物学效应相对较强。故在一定范围内，let愈高，rbe愈大。

2．剂量和剂量率：照射剂量大小是决定辐射生物效应强弱的首要因素，剂量越大，效应越强。但有些生物学效应当剂量增大到一定程度后，效应不再增强。另外，在一定剂量范围内，同等剂量照射时，剂量率高者效应强。

3．照射方式：同等剂量照射，一次照射（singledose）比分次照射（fractionateddose）效应强；同样，全身照射比局部照射效应强。

（二）机体因素

1．种系差异：一般说，生物进化程度愈高，辐射敏感性愈高。

2．性别：育龄雌性个体的辐射耐受性稍大于雄性。这与体内性激素含量差异有关。

3．年龄：幼年和老年的辐射敏感性高于壮年。

4．生理状态：机体处于过热、过冷、过劳和饥饿等状态时，对辐射的耐受性亦降低。

5．健康状况：身体虚弱和慢性病患者，或合并外伤时对辐射的耐受性亦降低。

（三）介质因素

细胞的培养体系中或机体体液中在照前含有辐射防护剂（radioprotectant），如含sh基的化合物可减轻自由基反应，促进损伤生物分子修复，能减弱生物效应，反之，如含有辐射增敏剂（radiosensitizer），如亲电子和拟氧化合物能增强自由基化学反应，阻止损伤分子和细胞修复，能提高辐射效应。防护剂和增敏剂在临床放射治疗中都有应用，前者为保护正常组织，后者为提高放疗效果。3

影响设备机械工作随着核武器、空间技术和核能技术的发展，越来越多的电子设备需要在辐射（包括空间辐射）环境中工作，而辐射会对电子设备产生影响，特别是对半导体器件的作用尤为灵敏。一般说来，局部辐射会降低电子材料、元件、器件和设备的电性能。研究核辐射效应的目的，是为了揭示各种辐射的规律及其影响程度。就局部局部辐射效应的作用时间来说，如局部辐射源除去后，效应立即消除，称为瞬时效应；如永远不能恢复，则称为永久效应；也有经一段时间后恢复的称为半永久效应。为了进一步弄清局部辐射如何对设备产生影响，需要对损伤机制进行研究。

组成内容表面效应

在一些半导体器件的钝化层界面上产生的电离和缺陷，有时也称为表面效应。基于材料的损伤，对不同原理、不同结构和工艺的元件器件又会产生不同的电性能影响。可用微观损伤的物理模型，解释辐射引起宏观电参数的变化规律。实际上，各种局部辐射效应往往并不是单一地存在；不过,在某种特定条件下，其中某一种效应是主要的。例如，位移效应一般属于永久效应，但在退火条件下也可部分或全部恢复；电离效应一般属于瞬时效应，但在结击穿条件下也可能成为永久效应。为了保证电子设备能适应预定的辐射环境而正常工作，一般需要进行抗辐射加固的研究和设计，包括元件器件的加固、电路的加固和结构、材料的加固等。对一个实际的电子系统的抗辐射加固技术很复杂，除了理论分析之外，往往需要通过实验和借助电子计算机进行反复的模拟和辅助设计。经过专门加固的电子系统，可使抗辐射能力提高2~3个数量级以上。局部辐射效应、损伤机制和加固技术的研究逐步发展，紧密结合，已形成一门崭新的分支学科──抗辐射电子学。

早在50年代初期，由于反应堆技术和核武器的发展，人们对局部辐射效应开展了研究工作。60年代，由于核武器和空间技术的进一步发展，另一方面由于半导体器件的广泛应用，在抗辐射电子学方面不仅更加系统地开展局部辐射效应的研究，而且利用核物理和固体物理等各种先进技术基本上弄清了微观的损伤机制；同时也开展了器件加固技术的研究。70年代，核加固技术的研究已取得很大成就，从研究阶段进入到工程应用阶段。抗辐射电子学是一门多学科交叉的边缘学科，特别是核物理、固体（半导体）物理及电子学互相渗透的学科。

电磁脉冲

核电磁脉冲是另外一种重要的局部辐射效应，即由核爆炸时辐射出的强脉冲γ射线产生的电磁效应。不论高空、低空、地面或地下核爆炸都伴随产生电磁脉冲现象。这种电磁场具有场强高（~10伏/米）分布范围广（高空核爆炸时可达数千公里）频谱宽（从数千赫到数百兆赫）等特点。它的破坏力强，而防护却比较困难。由于这种核电磁脉冲为核爆炸时周围的介质（如空气）所产生，有时也称为环境电磁脉冲。

此外，在70年代后期，人们广泛地研究了局部辐射电荷转移效应产生的其他一些类型的电磁脉冲现象，如强脉冲γ射线直接打到金属壳体在内部激励产生的电磁场，称为内电磁脉冲；又如脉冲γ射线或X射线打到金属壳体上产生高速飞离的电子，引起金属中电荷的再分布而感生的电磁场，称为系统感生电磁脉冲。这两种电磁脉冲的场强，也都能达到10伏/米以上，而且无法用外部电磁屏蔽的方法来防止。因此，研究其产生机制、分布规律、对电子系统的影响，以及防护技术，在军事上，特别对于空间飞行器具有极为重要的意义。

主要危害局部辐射对材料造成的损伤，主要有三大类：

①、使材料的原子离开原来的晶格位置，产生位移，称为辐射位移效应；

②、使材料中的原子电离，称为辐射电离效应；

③、高能辐射产生的次级荷电粒子，在运动中穿过材料界面，因电荷转移形成瞬时电流和场，称为电荷转移效应。4