局部輻射效應

局部輻射效應是生命機體或電氣設備的局部受到α、β、γ射線輻射作用時，根據照射劑量、照射方式以及效應反應表現的情況。

基本介紹

• 中文名：局部輻射效應
• 外文名：Local radiation effect
• 類屬：輻射生物學效應
• 輻射敏感性：腹部>胸部>頭部>四肢
• 主要射線：α、β、γ射線
• 按照射方式分：外照射與內照射
• 影響對象：生物體、電氣設備

輻射生物學效應分類

（一）按照射方式分

1．外照射與內照射（externalandinternalirradiation）：輻射源由體外照射人體稱外照射。γ線、中子、x線等穿透力強的射線，外照射的生物學效應強。放射性物質通過各種途徑進入機體，以其輻射能產生生物學效應者稱內照射。內照射的作用主要發生在放射性物質通過途徑和沉積部位的組織器官，但其效應可波及全身。內照射的效應以射程短、電離強的α、β射線作用為主。

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

當外照射的射線照射身體某一部位，引起局部細胞的反應者稱局部照射。局部照射時身體各部位的輻射敏感性依次為腹部>胸部>頭部>四肢。

當全身均勻地或非均勻地受到照射而產生全身效應時稱全身照射。如照射劑量較小者為小劑量效應，如照射劑量較大者（>1gy）則發展為急性放射病。大面積的胸腹部局部照射也可發生全身效應，甚至急性放射病。根據照射劑量大小和不同敏感組織的反應程度，輻射所致全身損傷分為骨髓型（bonemarrowtype）、腸型（gastro-intestinaltype）和腦型（centralnervoussystemtype）三種類型。

（二）按照射劑量率分

1．急性效應（acuteradiationeffect）：高劑量率照射，短時間內達到較大劑量，效應迅速表現。

2．慢性效應（chronicradiationeffect）：低劑量率長期照射，隨著照射劑量增加，效應逐漸積累，經歷較長時間表現出來。

（三）按效應出現時間分

1．早期效應（earlyeffec）：照射後立即或數小時後出現的變化。

2．遠期效應（lateeffect）：亦稱遠後效應。照射後經歷一段時間間隔（一般6個月以上）表現出的變化。

（四）按效應表現的個體分

1．軀體效應（somaticeffect）：受照射個體本身所發生的各種效應。

2．遺傳效應（geneticeffect）：受照射個體生殖細胞突變，而在子代表現出的效應。

（五）按效應的發生和照射劑量的關係分

1．確定性效應（deterministiceffect）：舊稱非隨機性效應（nonstochasticeffect）。指效應的嚴重程度（不是發生率）與照射劑量的大小有關，效應的嚴重程度取決於細胞群中受損細胞的數量或百分率。此種效應存在閾劑量。照射後的白細胞減少、白內障、皮膚紅斑脫毛等均屬於確定性效應。

2．隨機性效應（stochasticeffect）：指效應的發生率（不是嚴重程度）與照射劑量的大小有關，這種效應在個別細胞損傷（主要是突變）時即可出現。不存在閾劑量。遺傳效應和輻射誘發癌變等屬於隨機性效應。

影響輻射生物學效應的因素

（一）輻射因素

1．輻射類型：高let輻射在組織內能量分布密集，生物學效應相對較強。故在一定範圍內，let愈高，rbe愈大。

2．劑量和劑量率：照射劑量大小是決定輻射生物效應強弱的首要因素，劑量越大，效應越強。但有些生物學效應當劑量增大到一定程度後，效應不再增強。另外，在一定劑量範圍內，同等劑量照射時，劑量率高者效應強。

3．照射方式：同等劑量照射，一次照射（singledose）比分次照射（fractionateddose）效應強；同樣，全身照射比局部照射效應強。

（二）機體因素

1．種系差異：一般說，生物進化程度愈高，輻射敏感性愈高。

2．性別：育齡雌性個體的輻射耐受性稍大於雄性。這與體內性激素含量差異有關。

3．年齡：幼年和老年的輻射敏感性高於壯年。

4．生理狀態：機體處於過熱、過冷、過勞和飢餓等狀態時，對輻射的耐受性亦降低。

5．健康狀況：身體虛弱和慢性病患者，或合併外傷時對輻射的耐受性亦降低。

（三）介質因素

細胞的培養體系中或機體體液中在照前含有輻射防護劑（radioprotectant），如含sh基的化合物可減輕自由基反應，促進損傷生物分子修復，能減弱生物效應，反之，如含有輻射增敏劑（radiosensitizer），如親電子和擬氧化合物能增強自由基化學反應，阻止損傷分子和細胞修復，能提高輻射效應。防護劑和增敏劑在臨床放射治療中都有套用，前者為保護正常組織，後者為提高放療效果。

影響設備機械工作

隨著核武器、空間技術和核能技術的發展，越來越多的電子設備需要在輻射（包括空間輻射）環境中工作，而輻射會對電子設備產生影響，特別是對半導體器件的作用尤為靈敏。一般說來，局部輻射會降低電子材料、元件、器件和設備的電性能。研究核輻射效應的目的，是為了揭示各種輻射的規律及其影響程度。就局部局部輻射效應的作用時間來說，如局部輻射源除去後，效應立即消除，稱為瞬時效應；如永遠不能恢復，則稱為永久效應；也有經一段時間後恢復的稱為半永久效應。為了進一步弄清局部輻射如何對設備產生影響，需要對損傷機制進行研究。

組成內容

表面效應

在一些半導體器件的鈍化層界面上產生的電離和缺陷，有時也稱為表面效應。基於材料的損傷，對不同原理、不同結構和工藝的元件器件又會產生不同的電性能影響。可用微觀損傷的物理模型，解釋輻射引起巨觀電參數的變化規律。實際上，各種局部輻射效應往往並不是單一地存在；不過,在某種特定條件下，其中某一種效應是主要的。例如，位移效應一般屬於永久效應，但在退火條件下也可部分或全部恢復；電離效應一般屬於瞬時效應，但在結擊穿條件下也可能成為永久效應。為了保證電子設備能適應預定的輻射環境而正常工作，一般需要進行抗輻射加固的研究和設計，包括元件器件的加固、電路的加固和結構、材料的加固等。對一個實際的電子系統的抗輻射加固技術很複雜，除了理論分析之外，往往需要通過實驗和藉助電子計算機進行反覆的模擬和輔助設計。經過專門加固的電子系統，可使抗輻射能力提高2~3個數量級以上。局部輻射效應、損傷機制和加固技術的研究逐步發展，緊密結合，已形成一門嶄新的分支學科──抗輻射電子學。

早在50年代初期，由於反應堆技術和核武器的發展，人們對局部輻射效應開展了研究工作。60年代，由於核武器和空間技術的進一步發展，另一方面由於半導體器件的廣泛套用，在抗輻射電子學方面不僅更加系統地開展局部輻射效應的研究，而且利用核物理和固體物理等各種先進技術基本上弄清了微觀的損傷機制；同時也開展了器件加固技術的研究。70年代，核加固技術的研究已取得很大成就，從研究階段進入到工程套用階段。抗輻射電子學是一門多學科交叉的邊緣學科，特別是核物理、固體（半導體）物理及電子學互相滲透的學科。

電磁脈衝

核電磁脈衝是另外一種重要的局部輻射效應，即由核爆炸時輻射出的強脈衝γ射線產生的電磁效應。不論高空、低空、地面或地下核爆炸都伴隨產生電磁脈衝現象。這種電磁場具有場強高（~10伏/米）分布範圍廣（高空核爆炸時可達數千公里）頻譜寬（從數千赫到數百兆赫）等特點。它的破壞力強，而防護卻比較困難。由於這種核電磁脈衝為核爆炸時周圍的介質（如空氣）所產生，有時也稱為環境電磁脈衝。

此外，在70年代後期，人們廣泛地研究了局部輻射電荷轉移效應產生的其他一些類型的電磁脈衝現象，如強脈衝γ射線直接打到金屬殼體在內部激勵產生的電磁場，稱為內電磁脈衝；又如脈衝γ射線或X射線打到金屬殼體上產生高速飛離的電子，引起金屬中電荷的再分布而感生的電磁場，稱為系統感生電磁脈衝。這兩種電磁脈衝的場強，也都能達到10伏/米以上，而且無法用外部電磁禁止的方法來防止。因此，研究其產生機制、分布規律、對電子系統的影響，以及防護技術，在軍事上，特別對於空間飛行器具有極為重要的意義。

主要危害

局部輻射對材料造成的損傷，主要有三大類：

①、使材料的原子離開原來的晶格位置，產生位移，稱為輻射位移效應；

②、使材料中的原子電離，稱為輻射電離效應；

③、高能輻射產生的次級荷電粒子，在運動中穿過材料界面，因電荷轉移形成瞬時電流和場，稱為電荷轉移效應。