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輻射是自然的物理現象,人類自古即與輻射共存至今,然而今天卻有很多人聞輻射而色變,到底輻射真的那麼危險?還是我們對輻射認知不足?讓我們一起來瞭解輻射。

輻射的種類編輯

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輻射的種類

輻射是一種能量傳遞的方式,也就是把能量往四面八方發射。輻射可以粗分為「非游離輻射」與「游離輻射」兩種,其中非游離輻射能量較低,其種類包含可見光、紅外線、微波、無線電波...等等,雖然照射大量的紫外線或電磁波可能對人體產生傷害,但一般不將曬傷之類的傷害歸類於輻射傷害,因此本文不討論非游離輻射的範疇。

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不同種類游離輻射的穿透力

能量較高的輻射是游離輻射,因為可以將原子游離成電子與陽離子,故名得此名。游離輻射又可區分為高能粒子流與高能電磁波,其中高能粒子流包含α粒子、β粒子(+/-)與中子,高能電磁波包含γ射線、X射線與特定波長的紫外線。每一種粒子或射線的電離能力與穿透性均不同,例如α粒子的電離能力很強,但穿透力非常弱,只要一張紙就能阻隔;γ射線的特性就恰與α粒子相反,他的穿透能力非常強,需要幾英呎厚的混凝土才能降低γ射線,但是γ射線的電離能力卻很弱,對生物的影響相對較小。我們可以用下圖來說明各種輻射的差異。

輻射的來源與應用編輯

游離輻射依來源可分成兩類型:自然的與人造的。然而不管是自然的或人造的,其輻射都來自於衰變過成所產生的各種粒子與射線,其對於生物的影響不會因為來源是自然的或人造的而有所不同,因此輻射絕對不是「天然ㄟ尚好」。下表列出各種不同來源的輻射,以及其來源與應用。

分類 放射性物質 來源與應用
  • 地球的大氣層與磁場提供了很多保護,減少了許多宇宙射線
自然 鉀(K)40、碳(C)14 香蕉、馬鈴薯、魚、人類
自然 放射性礦物鈾(U)、鐳(Ra)與釷(Th) 等與氡氣(Rn) 煤炭(含鈾)、天然水如溫泉(含鐳)、水泥(含氡)
自然 電子e- 、 緲子μ±、碳-14、中子、質子p+、氦核He2+、其他重核子、γ射線 各種宇宙射線 *
人工 X射線、鈷-60、正子、γ射線、質子、重離子、碘-131、鍶-89、釤-153、碘-123、碘-125、鎝-99、鉈-201、鎵-67、氟-18、碳-11、氧-15 放射醫療

X光攝影與斷層掃描(CT)、癌症正子治療、質子或重離子治療術、體內造影術用的放射性示蹤劑、正電子發射斷層成像術(PET)

人工 γ射線 醫療手術、農產品殺菌、防發芽、基因改造
人工 鋂-241、鐳-226、β射線、 民生應用:煙霧偵測器、自發光的夜光材料、傳統CRT電視
人工 鈾(U)、釙(Po) 用於核能發電、核武
人工 銫(Cs)、鈽(Pu)、鈷(Co) 核裂變產物,可能來自於核能意外

輻射對人的影響編輯

輻射傷害同時受到閾值和機率的影響,低於閾值的暴露不必然產生傷害。

游離輻射進入人體後,會有各種不同的影響。可能造成發熱、化學變化、或組織傷害;熱雖然是物理性變化,但大量的熱輻射可能造成輻射灼傷。短期大量的輻射性灼傷,不易治療,甚至會因感染而死亡;但是這種狀況只有在核彈爆炸、或嚴重的核能災難或意外才會發生。平常的自然輻射,人體組織已經適應能修補恢復正常。

游離作用也可能產生化學變化,分子被活化成離子(自由基),可能與其他物質重組成新化合物,改變了化學特性。另外極少部分高能量的粒子或中子可以產生核反應,例如將氮轉變為碳。這些化學變化可能破壞細胞組織或者DNA。當DNA重組時,由於雙螺旋結構具有複製的功能,多數可恢復原狀;但有少數可能會產生變異,造成基因突變;,可能變成腫瘤;部分無法存活,細胞會死亡,組織會再補充新的細胞。

不同的放射性物質會透過不同的衰變過程產生輻射,例如鈾-238會衰變為釷-234並產生α粒子,碳-14則會衰變為氮-14並產生β粒子, 不同種類的粒子與射線又具備不同的穿透力與電離能力,因此要度量輻射對人體的影響時,要考量各種不同粒子與射線的特性。 另外,人體不同部位的細胞受到輻射照射後對健康的影響也不同,例如造血的脊髓與保護外表的皮膚受輻射照射後造成的影響就不同。為了滿足種種考量,一般常用「等效吸收劑量」(簡稱劑量)來表示輻射對人體健康的影響,目前國際間以西弗(Sievert, Sv)為等效吸收計量的單位,但因西弗單位太大,故習慣上常用毫西弗mSv = 10-3 Sv, 或微西弗μSv = 10-6 Sv來度量。

西弗(Sv)作為一種計量當量,可以用下列式子解釋:

H = DQN
D 吸收劑量 輻射傳到人身上的能量
Q 品質因數 不同的粒子或射線有不同的品質因數,例如電離能力強的α粒子的Q=20,但電離能力弱的γ射線的Q=1
N 修正因數 不同的器官或生物有不同的修正因數,例如骨髓影響造血功能,其N = 0.12,但影響較小的皮膚N = 0.01

輻射強度則是以每單位時間內人體組織所吸收的等效劑量表示,短期的輻射強度常用微西弗/小時 (μSv/h)表示,長期的輻射強度則常用毫西弗/年(mSv/y)表示。

輻射劑量則是一定範圍內隨時間累積的量,例如一年之內累積的量。

輻射對人體的影響可以分為「確定性效應」與「隨機性效應」兩大類。確定性效應指當輻射劑量大於閾值劑量時,輻射可對人體造人明確的損傷,如白內障、皮膚損傷、生育能力損害等,而且損傷的程度與輻射劑量成正比,輻射劑量越大,傷害就會越大。但是當輻射劑量小於閾值時,這類效應就無法察覺。例如輻射工作者眼睛受到輻射劑量在每年150 mSv以下時,輻射誘發的白內障在此人一輩子中都不會出現,但是超過每年150 mSv的閾值時,就會對水晶體出現傷害,且傷害隨劑量成正比,嚴重者會造成白內障。

隨機性效應則沒有閾值,發生損害的機率與輻射劑量成正比(線性無閾值),但損害程度和輻射劑量無關。例如輻射引起的癌症的機率與輻射劑量成正比,但癌症的嚴重程度與輻射劑量無關。由於隨機性效應帶來的損害是隨機的,可能發生,也可能不發生,因此通常以流行病學的統計方法來進行研究。因此一個地區是否受到輻射影響而使癌症發生率增加,應該就流行病學的統計數據來看,不能單就個案下結論。

按: 線性無閾值理論仍存在爭議,但線性無閾值的假設較非線性來得保守,因此一般輻射防護仍以線性無閾值假設作為基礎,故此處為文仍採用線性無閾值理論,相關爭議可參見科學月刊社理事長林興基的著作 人類健康需要多嚴的輻射劑量規範?

對於一般人,法定的輻射劑量標準值是扣掉天然輻射與醫療輻射後每年1 mSv,這數字是以自然輻射的一半作為參考。對於與輻射相關的職業人員(核電廠員工、空中飛航人員、太空人等),規定連續五年的總劑量不得超過100mSv,單一年的總劑量不得超過50 mSv,這是根據高輻射劑量的致癌率,推測30年累積劑量約增加0.5%的致癌可能性而規定。相對於臺灣人約有28%會染上癌症,由這些由輻射所增加的風險可謂微不足道。

下表中列出國際輻射防護委員會(ICRP)建議的個人劑量尺度與嚴重程度說明:

嚴重程度 每年輻射累積劑量(mSv)
嚴重 30 ~ 300
3 ~ 30
中度 0.3 ~ 3
0.03 ~ 0.3
微不足道 < 0.03

每年250 mSv以下的低劑量輻射對人的影響,目前仍無定論,有一派學者支持低劑量輻射可加速細胞的汰舊換新、提升免疫力、與降低癌症罹患率等,但另有一派學者持相反意見,並各自有所佐證。是以長期低劑量輻射的生理效應是好是壞,目前醫學界仍無定論,官方組織仍採用比較保守的態度,也不建議民眾自行採用號稱具有輻射激效功能的產品,先前在國外也有發生有具放射性的健康項鍊被要求回收的案例。

環境中的輻射編輯

在沒有特定核災意外的時候,全球平均每人每年所受的輻射劑量約為2.93 mSv,其中自然輻射約為2.4 mSv (82%),人造輻射約為0.53 mSv (18%)。臺灣每人每年平均自然輻射劑量為2mSv(71%),人造輻射0.82mSv(29%)。

自然輻射隨時都有、隨處都有,人類無法逃脫自然輻射,要求生活零輻射是無法做到的。臺灣的輻射來源主要有三個來源:

輻射來源 輻射物質/種類
水泥、地表、花崗岩、磁磚 氡、鈾、鐳、釷
宇宙射線 電子e- 、 緲子μ±、14C、中子、質子p+、氦核He2+、其他重核子、γ射線
富含鉀的食物(如香蕉、馬鈴薯)、人類 鉀-40

最主要的輻射來源是建築物與地表,建築物與地表釋皆會放的氡氣與其他放射性物質!美國人習慣住在有地下室的房屋,地下室容易累積地殼釋放出來的氡氣。而臺灣氡氣偏高則是因為建築物常用大量的礦物製品,如磁磚、鋼筋、水泥與石材,這些礦物製品都會累積氡氣。另外,臺灣還有一個世界第一名:平均每人的水泥使用量,富含礦物質的水泥免不了含有放射性礦物,其衰變產生的氡氣就會瀰漫在室內。所以,貼滿磁磚與花崗石的水泥建築,看起來富麗堂皇,但卻是製造氡氣的溫床,而氡氣正是肺癌的成因之一。多使用木製建材,就可以減少礦物產生的輻射。另外,煙草也含有輻射物質,吸煙會把輻射物質吸入肺中,不可不慎。

第二名輻射來源是人體內的鉀-40,因為天然的鉀就含有0.0118%的放射性鉀-40,而鉀與鈉是調節水分進出細胞的重要成份,身體不能沒有鉀。在富含鉀的食物,例如香蕉、馬鈴薯、魚以及乾燥水果(新鮮香蕉的6倍)中,都含有放射性的K40。

最後一項是宇宙線,這是唯一來自地球以外的輻射源。玉山上的宇宙輻射線強度約為平地的三倍左右,接近一年法定劑量的1 mSv,但學者發現世界上有數個天然輻射比平均值高4 - 5倍的地區,其癌症發生率或不孕率或死亡率卻比較低,因此可以確定玉山頂不會平地上更危險!

人造輻射以醫療用X光及核子醫學佔最大比率。美國人的平均醫療用輻射約為0.54 mSv/年,其他民生消費品、輻射落塵、核廢料與其他等約為0.12 mSv/年;合計人造輻射劑量約0.66 mSv/年,約佔美國人每年總劑量的18%。臺灣的人造輻射劑量卻高達0.82mSv/年,主要源自醫療診斷所造成的劑量就佔0.81 m S v/年,明顯高於國際平均值。一次胸部電腦斷層掃描的劑量高達7mSv,是七年的法定劑量,是一般胸部X光攝影的350倍!國人應該更審慎地使用這些醫療輻射,避免過度使用,造成輻射劑量過高並浪費醫療資源。

福島核電廠氫氣爆炸數次,媒體數度傳出輻射超標上千倍,引起大眾人心惶惶,但其實都是新聞記者的錯!正確說法是:爆炸時的最大輻射「強度」超過1000 mSv/年!看起來像是法定「劑量」每年1mSv的一千倍,但是爆炸持續的時間遠小於一年,真正的總劑量是輻射強度的累積,簡單的估算最大值1000mSv/年乘上爆發時間例如5分鐘,這只有0.01mSv,是一年法定劑量的1%而已。報導內容誤把強度當成劑量,可謂失之毫釐差之千里。即使以最大的爆炸,福島四號機在3/15 5:45 ~ 11:16的持續爆發期間,最大強度約為12 mSv/小時,估計總劑量最大值約是12 mSv/小時 × 5.5小時= 66 mSv,但由於並非全程都保持在最高劑量,所以實際測量的總劑量約只有40~50mSv。此劑量絕對不是超標千倍,也還在聯合國原子輻射效應科學委員會定義的低劑量範圍之內 ( < 100 mSv)。福島的輻射隨著離電廠越遠,輻射的劑量也快速下降,因此WHO評估福島居民沒有明顯健康上的疑慮,但持續每年的健康檢測還是有必要的。

下表列出生活常見的中各種輻射劑量以加強理解:

輻射劑量(mSv) 說明
7,000 ~ 10,000 一次嚴重暴露,死亡
2000 一次鈷-60放射性治療
1147 巴西瓜拉帕里地區海邊的黑砂一年放出的劑量
1000 一次嚴重暴露,約有10%的人會噁心嘔吐
500 一次嚴重暴露,末稍血管淋巴球減少
260 伊朗Ramsar地區一年累積的背景輻射
200 低於此劑量的全身急性輻射被曝尚未有醫療證據指出明顯的症狀
10 福島撤退災民抽樣調查,最高暴露劑量
6.9 一次X光斷層掃瞄
<5 福島撤退災民抽樣調查,98%的人所承受暴露劑量
2.82 全球年均的背景輻射劑量
2.82 臺灣年均的背景輻射劑量
1 法律規定承受的年輻射劑量容許值(排除醫療照射與背景輻射)
<1 福島撤退災民抽樣調查,2/3的人所承受暴露劑量
0.156 台北經安克拉治往紐約班機來回
0.05 一次胸部X光檢查
0.01 核電廠周遭一年的允許劑量

結語編輯

輻射自宇宙創始之初即存在至今,太陽能發出光與熱也是核能反應發出的能量,以輻射的形式把能量傳至地球孕育生命;同時各種天然與人工的輻射源也存在於我們日常生活中。輻射也被廣泛應用在生活各層面從農業、醫學到工業與居家安全無處不在。輻射有其便利性,但高劑量輻射亦有其危險性。與其聽信各種奇怪的消息告訴各位應該不計一切手段遠離輻射,不如瞭解輻射、認識輻射,並學習如何與輻射共處,並透過輻射的優點改善人類的生活。

相關傳言編輯

資料來源編輯

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