輻射元素 Radioactive Elements (繁體)

2023/09/11 

(一) 輻射簡介 

我們每天都接觸到輻射，例如應用於醫療體系的診斷程序，和利用輻射能量的療程。 外出旅遊，安檢包括 X 光掃描，飛機旅程中會接觸少量的宇宙射線。 屋外的土壤和石塊都有氡氣，建築用的混凝土和磚石，亦可能有微量的放射性物質，例如鐳、鈾和釷。太陽的射線、各種電子器材產生的電磁波。 煙草亦會有少量的輻射物質，例如釙和鉛的同位素。 週遭環境內亦有來自宇宙和地面的輻射。 

輻射包括波動的電磁能量，例如 X 光、伽馬射線、和輻射性粒子,alpha, beta 和中子。 超聲波、和無線電波須然不會做成損害，亦屬於音波輻射。 輻射由源頭向外所有方向直線放射，隨著距離以幾何級數減弱。 輻射會否做成損害，是基於承受的劑量。 微量的輻射，身體細胞可以自我修復。 成長中的兒童和青少年，輻射的影響較大。 高劑量的輻射，會導致急性輻射症狀，骨髓、腸胃黏膜、心臟和神經系統嚴重受損、皮膚脫落、死亡率偏高。 較低劑量的輻射，仍然會破壞細胞中的 DNA，引發癌症，和傷害成長中的胎兒。 接受輻射治療，將整個療程的輻射量幾次攤分，比一次接受同一劑量的損害較低。 局部接受輻射亦比整體同時暴露的危害低。 

(二) 放射性同位素 

輻射的能量歸屬於電磁頻譜，可見的顏色光能量較低；UV 射線、X 光、伽馬射線則屬於高能量。 地面出現的高量輻射大部份來自不穩定的放射性同位素。 構成各種物質的原子，大部份都處於穩定狀態。 原子核內的質子和中子有確定的數目，和圍繞的電子相應。 放射性同位素的質子和中子數量出現偏差，需要釋出能量回復穩定狀態。 例如正常穩定的碳原子有 6 個質子和 6 個中子，碳 C-14 同位素有 8 個中子和 6 個質子。 放射性原素釋出能量的過程和時段稱為放射性衰變期，可以應用於考古、測量、工業和醫療程序。 

放射性同位素可以來自天然的環境，亦可以經過核反應堆或迴旋加速器製造。 人工製造的放射性同位素半衰期較短，即降低至輻射量一半的時間，所以較為容易儲藏和控制。 人工製造的放射性同位素，較高能量的可以用於癌症放射治療。 釋放出 gamma 或正電子射線的同位素，可以用來攝取影像。 例如釋放出 gamma 射線的鍀 Technetium， 應用於骨骼和心肌造影。 碘 131 則經常用於甲狀腺造影，和治療甲狀腺功能亢進和甲狀腺癌。 坊間謠傳要服用高碘含量的鹽可以阻礙甲狀腺吸納放射性的碘，但冷卻核反應堆的水產生的放射性原素是氚，氫的同位素。 

(三) 核能發電 

全世界有 32 個國家採用核能發電，2023 年的統計共有 436 個核反應堆正在運作。 法國和多個東歐國家都依賴核能發電來供應大部份的電力需求。 美國有 93 個核反應堆，加拿大有 19 個，中國有 55 個，包括鄰近深圳的大亞灣核電站。 

核能發電若果處理恰當，是高效率的潔淨能源，溫室氣體例如二氧化碳的排放量近於零。 嚴重的核泄漏事故只有前蘇聯的車諾比核反應爐，因操作失誤爆炸，和因地震和海嘯導致的日本福島核電廠損毀。 核電廠發電的原理是用鈾加工製成的核燃料在核反應堆內進行核分裂，釋放出大量熱能。 用高壓力下的冷水將熱能帶出。 水溫提升達到攝氏 300 度，釋出熱力產生蒸汽。高溫和高壓的蒸汽推動渦輪，帶動發電機旋轉。 核電站大致分為兩個部份，產生熱能的核反應堆和廻路系統，與及利用蒸汽發電的渦輪和電機系統。 冷卻器引入河水或海水，在冷卻塔內將熱水降溫。 核電廠必需嚴格監管和維修，防止核燃料泄漏做成污染。 

日本排放廢水導致的爭議，主要是擔心除卻冷卻機組的海水，尚有地震破壞後滲入反應堆内被污染的水。 除卻低輻射量的氚和碳 C-14 以外，可能含有高放射性核元素，例如鈈(plutonium)、鍶(strontium)和銫(cesium)。 日本宣稱廢水是經過濾後才排放。 

(四) 氚對人體的影響 

大部份的核能發電廠，都會排出用來冷卻的廢水。 廢水須然沒有接觸核子燃料，但被釋出的射線影響，水裡面的氫原子會轉變成為有輻射性的同位素氚，比氫原子多出兩個中子。 部份融解在水內的碳酸氣，碳原子亦轉會化成為 C-14 同位素。 氚亦會在大氣層內因為宇宙射線的影響自然產生。 水的化學程式是 H2O，含氚的水是 HTO，狀態和化學性質跟水無異。 HTO 吸納進入人體之後，近半數會在 10 天內排出，少數會和脂肪、蛋白、糖份結合，但半數亦會在 40 天內排出。 氚在自然界的半衰期是 12.33 年，即在 12 年後半數會變成沒有輻射性的氦 Helium。 福島核電站事故發生已經超過 12 年。 

氚的輻射量較低，釋放出 beta 射線，不能夠穿透皮膚。 若果飲用或食用大量含氚的水或食物，則可能會對人體細胞做成損害，增加致癌的風險。 少量的輻射，人體可以自然修復。 加拿大近核電廠附近的食水，氚含量每公斤約 18 貝克，遠低於 7000 貝克的安全上限。 福島排出的廢水，氚含量是每公斤 1500 貝克。 含 HTO 的水可以經海流稀釋散播，亦可以揮發後進入大氧層，或被海洋生物和植物吸納。 檢測水質，氚的威脅偏低，需要注意是其他高放射性的化學元素。 

(五) 放射治療 

放射治療是使用高能量的射線來抑制癌細胞生長，將癌症腫瘤縮少，可以作為手術前或手術後的輔助治療。 放射治療對部份癌細胞相當有效，但最理想是在擴散前開始治療，例如皮膚、頭和頸部、乳房、前列腺、子宮、和淋巴腫瘤。 先規劃和將接受放射治療的部位分隔，再計算和訂定治療的次數和劑量，儘量減少對週邊組織的損害。 近距離放射治療是將輻射種子植入或置放在需要治療的組織內或附近，按照計算的時間停留在預定的部位。 放射治療的弊端是未必能夠徹底消滅所有的癌細胞，而且會損害週邊組織，例如肺和心臟。 放射治療後動手術，可能影響傷口的癒合。  

放射性同位素亦經常用於診斷和治療程序。 碘-131 會被甲狀腺凝聚吸收，容許造影、治療甲亢和癌病。 其他放射性原素多數需要依附在特定的活性分子上，才能夠運送達到需要治療的部位，作為一種標靶治療。 放射性同位素會根據半衰期在體內變得穩定和失去輻射，通常是數分鐘至數小時。 接受放射性同位素治療的病人需要適當隔離，直至輻射量下降至安全程度，才能夠恢復正常活動和生活。 醫護人員亦需要儘量避免受到輻射影響，配戴監察承受輻射量的紀錄儀。