本底輻射

本底輻射是指人類生活環境本來存在的輻射，主要包括宇宙射線和自然界中天然放射性核素發出的射線。生活在地球上的人都受到天然本底輻射,不同地區、不同居住條件下的居民,所接受的天然本底輻射的劑量水平是有很大差異的。通過對天然本底輻射的組成和地區差異的討論，可以更好地理解實踐中輻射防護體系的劑量限值和核事故情況下干預水平值的含義,以及它們包涵的危險概念。本底輻射主要有外照射與內照射兩種，產生原因有鍋爐燃煤、工業廢料利用、鈾與釷礦工業以及其他因素，具有一定的潛在的危害，需要對其監測與防護。

基本介紹

• 中文名：本底輻射
• 外文名：Background radiation
• 宇宙射線：0.4mSv
• 地表γ：0.5mSv
• 吸入：1.2mSv
• 食入：0.3mSv
• 潛在影響：放射線治癌的可能
• 領域：核能

本底輻射的含義

公眾一直生活在輻射環境之中,在一般情況下,天然輻射的劑量最大.這些天然輻射源主要包括:宇宙射線、室內外地表層的γ貫穿輻射,以及放射性氡氣體和食入天然放射性物質的輻射.前兩者基本構成外照射,後兩者基本構成內照射.據聯合國原子輻射效應科學委員會估計,全世界人均天然輻射的劑量約為2.4 mSv/年,我國人均劑量約為2.3 mSv/年.

天然本底輻射及其照射劑量

人體接受的輻射能稱之為放射線照射,根據射線對人體照射方式的不同,分為外照射和內照射。前者如x射線透視,γ射線照射治療癌症。後者如服用含放射性同位素的藥品、食品等。天然本底輻射既有外照射,又有內照射。

外照射源

1、 宇宙射線

初級宇宙射線主要是由帶正電的高能粒子(質子、a粒子等)組成,當其進人大氣層後,與空氣中的原子核發生反應,產生介子、中子和y射線,成為次級宇宙射線,按其穿透能力,這種次級宇宙射線分為軟、硬兩種成分,前者以電子、光子為主,後者以介子為主,其穿透能力大,可穿過10cm厚的鉛板。

宇宙射線的強度隨高度而增加,在距離海平面16-20km的高空達最大值,同時,軟、硬成分的比例也隨其高度發生變化。初級宇宙射線受地磁場影響,其帶電粒子隨地球緯度的變化而變化。因此,通常以中緯度(50^。)海平面為基準,計算出宇宙射線給予人類的劑量率。

宇宙射線又分為初級宇宙射線和次級宇宙射線。初級宇宙射線是從宇宙空間進入地球的高能粒子流，主要由質子、α粒子和電子構成。初級宇宙射線與大氣中的原子核（氮、氧等）相互碰撞而釋放出次級質子、中子、介子、重離子等形成次級宇宙射線。

宇宙射線的強度隨海拔高度的增加而增大。因此，高原地區的人群受到的宇宙射線照射劑量比平原地區的人群高。在海平面上，宇宙射線對人體的年平均照射當量劑量約為0.3mSv。然而，居住在海拔相當高的地方，例如中國拉薩，居民接受的年劑量是居住在海平面高度的人的數倍。在飛機飛行的高度，宇宙射線的強度比地面高得多。在洲際航線的巡航高度上，劑量率可以達到地面值的100倍。

2 、地表放射性核素

地殼由各種元素組成,其中不乏放射性核素。這些核素不斷發生連續衰變,形成3個衰變系列,即以²³⁸U為衰變母體的19種核素和以Th為衰變母體的13種核素,以及以鈾的一個同位素²³⁵U為母體的15種核素。它們在岩石和土壤中的質量分數隨地域不同而變化很大,在不同類型的岩石、土壤和水中亦存在很大差別。在調查、研究室內放射性核素外照射對人體的影響時,應考慮到由不同建築材料(包括石材、磚、木材和水泥以及鋼筋等)構成的建築物的輻射水平。根據在其內、外天然輻射側量結果,再結合人在室內、外的停留時間則可計算室內、外的照射劑量。

內照射源

1、從口攝人的放射性核素

食品、水和空氣是維持人體生命及其發育的必需品,但其中均含有某些少量放射性核素。套用放射性照像和半導體探測器測量可得到食品中放射性核素的分布和質量分數,如南瓜、土豆、胡蘿蔔和海帶中的放射性核素質量分數依次增多,豬肉蛋白質含⁴⁰K較多,而脂肪含⁴⁰K和¹⁴C都很少。這些核素通過各種食品進人人體後漸漸積累增多,尤其是生活在高本底地區的人增加得更明顯。如澳大利亞西部的居民,由於經常食用含鈾的羊肉和大袋鼠肉,體內鈾的質量分數是其他地區人體的7.5倍,常吃馴鹿肉的北極人,體內²¹⁰Pb的質量分數高出其他地區人體的3.5倍。攝人的放射性核素首先進人胃、腸,再隨血液循環,不同程度地進人其他器官和組織。如鈾、牡系的某些核素主要澱積於骨骼內,因此,骨骼就會受到較大劑量的內照射。人體內⁴⁰K的質量分數較高,並大致呈均勻分布,經過體內生理調整,其質量分數大體一定。

2、呼吸攝人的放射性核素

空氣中懸浮著許多放射性物質的小顆粒,其中對人體危害最大的是氡及其子體。人體通過呼吸將其攝人體內後,較大的顆粒被鼻腔、咽喉和氣道等呼吸器官上的粘液捕獲,短時期則可被排出體外，對肺影響不大。但粒徑小於10μm的微粒子，特別是2.5μm的微小粒子會滯留在肺泡壁上,成為誘發肺癌的因素之一。此外，由皮膚和傷口直接攝人的放射性核素亦可隨血液循環進人一些器官和組織。

人體受天然本底照射的劑量

正常本底地區由天然輻射源對人類造成的照射水平的估計值見下表。天然輻射源對成年人造成的平均有效劑量約為2.4 mSv，其中內照射所致的有效劑量比外照射高。

輻射源	世界平均年有效劑量（mSv）
外照射
宇宙射線	0.4
地表γ	0.5
內照射
吸入（主要是氡）	1.2
食入	0.3
總計	2.4

引起本底輻射增高的原因

人們在開發利用自然資源及各項建設和科技活動中,都有可能引起環境天然本底的變化。特別是環境受到放射性物質污染或地表被揭露放射性礦物暴露出來後,都會造成天然本底的增高。歸結起來引起本底增高的途徑有:

鍋爐燃煤造成環境的污染

目前世界能源的30%是靠燃燒煤炭所供給的,我國每年大約消耗煤炭6億噸。由於煤炭含有一定量的然放射性核素,特別是經過燃燒後可使放射性核素得到較大的富集,排放含放射性的煙氣和爐渣,不斷的污染周圍環境。加上煤礦開採過程廢棄的煤殲石也含有一定量的放射性核素,都會使環境天然本底受到影響而增高,一般可使本底增高18~85%。

工業廢料綜合利用品所造成本底的增高

工業廢料如:石煤渣、爐渣及各種尾礦渣等,當前的綜合利用品主要是製造建築材料,生產煤渣磚、水泥等。由於它們含有比普通建材高得多的天然放射性核素,因此用煤渣磚及鈾尾砂磚建造的房屋伽馬照射量率水平及室內氦析出量均有明顯提高。一般可提高數倍至1個數量級。隨著煤炭工業的發展,其綜合利用品今後還將不斷增多,因而由此引起本底增高的因素必須認真加以解決。

鈾、釷礦冶工業對環境的污染

隨著核工業飛速發展,對鈾、釷燃料需求量的必將大力發展鈾、赴礦業的開採和冶煉。鈾、釷礦業的開發,將產生大量的放射性“三廢”,如處置不當可造成環境的放射性污染,引起天然本底的增高。

其它方面的因素

如放射性同位素在醫學、次業、工業等國民經濟各個領域的套用,均有部分殘存放射性擴散到環境中去,引起本底的微量變化。宇航事業的開發,也將會使越來越多的人接受高宇宙射線的照射等等,都會使某些人接受的本底輻射水平向較高劑量方向變化。

高本底地區的輻射水平調查

世界上有些地區，由於地表層含有高濃度的鈾、釷，從而使地表γ射線劑量高於一般地區，稱為高本底地區。例如，印度的克拉拉邦、巴西的大西洋沿岸以及我國廣東省陽江縣的部分地區。

高本底地區的分布

岩石、土壤和水中的放射性核素(U、Th系列和⁴⁰K等)的質量分數極不均勻,變化範圍很大。如岩石和土壤中鈾的質量分數分別為1.5x10^-2~4.8x10^-2和1.1x10^-2~5.9x10^-2Bq/g。這就使得一些地區的放射性核素質量分數較其他地區高,輻射強度大,本地居民接受的照射劑量亦相應增大。如伊朗某些地區和巴西大西洋沿岸某地的劑量分別為3.5和5.5mGy/a。

人類經過百餘年來對放射線的套用和科學實驗研究,已積累了關於大劑量射線致病和其他生物效應的豐富資料,但卻缺乏對小劑量射線引起的生物效應和人體病變的認識。因此,開展高本底地區輻射水平及流行病學調查、研究,可為研究小劑量射線長時間照射產生的生物效應提供基礎資料。

主要調查結果

1、廣東陽江地區

1991年以來,中國、日本等國的科研人員對我國廣東省陽江地區的照射劑量進行評價,開展了現場調查、研究。陽江地區室內的劑量率比室外高2倍,距牆越近,劑量值越高。根據使用鍺半導體探測器對牆體材料的下能譜分析結果,土磚中²³⁸U和²³²Th及其衰變子體的質量分數比正常區高數倍,建房時間越久,其劑量越低。土壤樣品分析結果表明,粘土中放射性核素的質量分數高,是導致室內劑量高的主要因素。同時,亦與該地區習慣門窗緊閉,使得氧在室內得到迅速積累關係密切。根據末梢血淋巴細胞的解析結果,不穩定型異常出現的次數隨累積劑量的增加而增大。在10mGy/a的照射下,可能辨別出接受劑量大的染色體在數量上有變化,但是,不穩定型異常隨細胞分裂從體內排出,對人體健康不構成影響。另外,該地區癌症死亡率統計值不但未大於附近地區,反而略有減小。

2、巴西卡拉帕里地區

該地區位於大西洋沿岸。道路上測得的劑量率為0.-0.4μGy/h,室內測得的劑量率達到0.4μGy/h,比1960年UNSEEA發布的1-2卜μGy/h低,這是由於城市建設改變了輻射環境的結果。該地區海濱沙灘的劑量率達到6.2μGy/h，有的達到15μGy/h，為沙浴 提供了有利條件。根據對土壤和沙土樣品的分析，其²³²Th和²²⁶Ra的比活度分別為38.4和4.09kBq/kg。

3、印度喀拉拉

根據在喀拉拉某市的測量結果,沙土地上1.5m高的劑量率為0.4μGy/h,鋪瀝青地面的劑量率減小到0.2μGy/h。劑量率最高值出現在距海岸線10m的1.5m高度處,達到8μGy/h,遠離海岸1.5km處,劑量率減小到正常值(0.09一0.16μGy/h)。室內混凝土地面的劑量率是沙土地面的1/3,由於海平面劑量率低,從事漁業的漁民接受的劑量率較不出海的人低。

4、伊朗拉姆薩爾地區

拉姆薩爾是伊朗北部裏海沿岸的一個鎮,該鎮高輻射水平與溫泉水中的沉積物有關。高輻射點沿溫泉水流分布,下游水流面高lm處的劑量率為22μGy/h,有的達到73μGy/h水流附近房屋內地面上lm的劑量率達到28μGy/h,居室內亦達15μGy/h,室內的平均值為9μGy/h,室外農田平均值為1μGy/h。根據該地區居民在室內、外停留的時間,推算出本地居民的人均照射劑量率為71μGy/h除上述一些地區外,在美國一些高本底輻射地區亦進行了劑量測定和流行病學統計調查,其結果表明,居民的癌症和心臟病死亡率低於正常地區。上述調查受到各種複雜因素的干擾,還有待於進一步的調查研究,僅據此即做出明確結論還為時過早。

本底輻射的潛在影響

放射線致癌的隨機性

根據影響方式的不同,射線對人體的影響分為非隨機影響(也稱確定影響)和隨機影響(也稱機率影響)。前者是人體接受輻射劑量達到一定值(劑量閉)後,肯定會患某些放射疾病,如脫髮、白血病和不孕症等,每種疾病都有一個患病的起始劑量,即閾劑量。人體接受的劑量達到此值,即發生疾病,如患白內障的閾劑量為5Gy,低於該值則不會因射線輻射而患此病。

隨機影響是指,輻射損傷(疾病)發生的幾率與劑量大小有關,患病程度則與其大小無關,並且不存在閾劑量。這表明,劑量與患病為機率關係,只要受到照射,不管劑量大小,每個人都有因射線照射而導致疾病的可能性。患病是偶然事件,它服從統計規律,患肺癌的個別病例,並非能科學地證明射線致癌病的危險,只有經過開展環境輻射劑量測定、調查和流行病學統計調查,對兩種調查結果進行線性回歸分析後,才能得知兩者之間的實際關係。根據此觀點,本底輻射並非安全,它雖然不屬於強輻射,但也有隨時致人體患病,特別是癌症的可能,應時刻予以警惕!

本底輻射致癌的新例證

前已述及,水中含有某些放射性核素,包括致癌核素—氡。氡通過飲用水、呼吸進人人體,形成內照射源。人不僅吸人室外大氣中的氡,還吸人室內使用水時(如洗菜、洗浴、洗衣等等)釋放出的氡，從而增大了人體內照射劑量。為此,美國對飲用水中氧的質量分數做出了限量規定，制定了法定標準。由於氡致癌，美國環保局(E以)規定,水中氡最大污染水平目標(MCGL)值為零,考慮到淨化水的成本,又提出了接近MCLG值的最大污染水平(MCL)值,即1Bq/L。1996年,EAP修訂飲用水安全法，與國家科學院(NAS)簽約,共同開展關於飲用水中氡的危險性評價。於是,1997年5月在美國研究審議會議中組建了“關於飲用水中氡危險性評價委員會”。1997年7月14一15日舉行第1次會議,其後,在9個月內召開了6次研討會。1999年,將其研討結果以“飲用水中氡的危險性評價”為標題予以公開發表。在這本專輯中公布了美國關於水中氡致癌死亡統計數據值(1998)：美國約有16萬人因患肺癌死亡,推測其中1.9萬人由於過多地吸人了居室內的氧致癌,這些死亡者大多數為吸菸者，在1.9萬名癌症死亡者中,推測有160人是因吸人了居室內使用水時釋放出的氡。另外,飲用含氡水致胃癌的很少，推測有20人,而其他原因致胃癌的有1.3萬人。

上述統計調查結果,再次提醒人們應提防天然本底輻射的危險,加強其劑量調查測量與評價工作。

展望

(1)人類長期生活在具有天然本底輻射的環境中,輻射致癌的危險時刻威脅著人們的生命安全。因此,探索輻射致癌機理及其防護是當前乃至今後長期的研究課題。

(2)開展天然輻射劑量和流行病學統計調查,為研究天然輻射對人體的危害提供重要資料。

(3)加強核科學知識的科普宜傳,提高民眾對天然輻射致癌的科學認識和自我保護意識。

(4)天然放射線照射致人體患病已引起社會廣泛關注,因此,核勘查技術的套用應向環境輻射劑量調查擴展。