辐射元素 Radioactive Elements (简体)

 2023/09/11 

(一) 辐射简介 

我们每天都接触到辐射，例如应用于医疗体系的诊断程序，和利用辐射能量的疗程。 外出旅游，安检包括 X 光扫描，飞机旅程中会接触少量的宇宙射线。 屋外的土壤和石块都有氡气，建筑用的混凝土和砖石，亦可能有微量的放射性物质，例如镭、铀和钍。太阳的射线、各种电子器材产生的电磁波。 烟草亦会有少量的辐射物质，例如钋和铅的同位素。 周遭环境内亦有来自宇宙和地面的辐射。 

辐射包括波动的电磁能量，例如 X 光、伽马射线、和辐射性粒子,alpha, beta 和中子。 超声波、和无线电波须然不会做成损害，亦属于音波辐射。 辐射由源头向外所有方向直线放射，随着距离以几何级数减弱。 辐射会否做成损害，是基于承受的剂量。 微量的辐射，身体细胞可以自我修复。 成长中的儿童和青少年，辐射的影响较大。 高剂量的辐射，会导致急性辐射症状，骨髓、肠胃黏膜、心脏和神经系统严重受损、皮肤脱落、死亡率偏高。 较低剂量的辐射，仍然会破坏细胞中的 DNA，引发癌症，和伤害成长中的胎儿。 接受辐射治疗，将整个疗程的辐射量几次摊分，比一次接受同一剂量的损害较低。 局部接受辐射亦比整体同时暴露的危害低。 

(二) 放射性同位素 

辐射的能量归属于电磁频谱，可见的颜色光能量较低；UV 射线、X 光、伽马射线则属于高能量。 地面出现的高量辐射大部分来自不稳定的放射性同位素。 构成各种物质的原子，大部分都处于稳定状态。 原子核内的质子和中子有确定的数目，和围绕的电子相应。 放射性同位素的质子和中子数量出现偏差，需要释出能量回复稳定状态。 例如正常稳定的碳原子有 6 个质子和 6 个中子，碳 C-14 同位素有 8 个中子和 6 个质子。 放射性原素释出能量的过程和时段称为放射性衰变期，可以应用于考古、测量、工业和医疗程序。 

放射性同位素可以来自天然的环境，亦可以经过核反应堆或回旋加速器制造。 人工制造的放射性同位素半衰期较短，即降低至辐射量一半的时间，所以较为容易储藏和控制。 人工制造的放射性同位素，较高能量的可以用于癌症放射治疗。 释放出 gamma 或正电子射线的同位素，可以用来摄取影像。 例如释放出 gamma 射线的锝 Technetium， 应用于骨骼和心肌造影。 碘 131 则经常用于甲状腺造影，和治疗甲状腺功能亢进和甲状腺癌。 坊间谣传要服用高碘含量的盐可以阻碍甲状腺吸纳放射性的碘，但冷却核反应堆的水产生的放射性原素是氚，氢的同位素。 

(三) 核能发电 

全世界有 32 个国家采用核能发电，2023 年的统计共有 436 个核反应堆正在运作。 法国和多个东欧国家都依赖核能发电来供应大部分的电力需求。 美国有 93 个核反应堆，加拿大有 19 个，中国有 55 个，包括邻近深圳的大亚湾核电站。 

核能发电若果处理恰当，是高效率的洁净能源，温室气体例如二氧化碳的排放量近于零。 严重的核泄漏事故只有前苏联的车诺比核反应炉，因操作失误爆炸，和因地震和海啸导致的日本福岛核电厂损毁。 核电厂发电的原理是用铀加工制成的核燃料在核反应堆内进行核分裂，释放出大量热能。 用高压力下的冷水将热能带出。 水温提升达到摄氏 300 度，释出热力产生蒸汽。高温和高压的蒸汽推动涡轮，带动发电机旋转。 核电站大致分为两个部分，产生热能的核反应堆和回路系统，与及利用蒸汽发电的涡轮和电机系统。 冷却器引入河水或海水，在冷却塔内将热水降温。 核电厂必需严格监管和维修，防止核燃料泄漏做成污染。 

日本排放废水导致的争议，主要是担心除却冷却机组的海水，尚有地震破坏后渗入反应堆内被污染的水。 除却低辐射量的氚和碳 C-14 以外，可能含有高放射性核元素，例如钚(plutonium)、锶(strontium)和铯(cesium)。 日本宣称废水是经过滤后才排放。 

(四) 氚对人体的影响 

大部分的核能发电厂，都会排出用来冷却的废水。 废水须然没有接触核子燃料，但被释出的射线影响，水里面的氢原子会转变成为有辐射性的同位素氚，比氢原子多出两个中子。 部分融解在水内的碳酸气，碳原子亦转会化成为 C-14 同位素。 氚亦会在大气层内因为宇宙射线的影响自然产生。 水的化学程式是 H2O，含氚的水是 HTO，状态和化学性质跟水无异。 HTO 吸纳进入人体之后，近半数会在 10 天内排出，少数会和脂肪、蛋白、糖分结合，但半数亦会在 40 天内排出。 氚在自然界的半衰期是 12.33 年，即在 12 年后半数会变成没有辐射性的氦 Helium。 福岛核电站事故发生已经超过 12 年。 

氚的辐射量较低，释放出 beta 射线，不能够穿透皮肤。 若果饮用或食用大量含氚的水或食物，则可能会对人体细胞做成损害，增加致癌的风险。 少量的辐射，人体可以自然修复。 加拿大近核电厂附近的食水，氚含量每公斤约 18 贝克，远低于 7000 贝克的安全上限。 福岛排出的废水，氚含量是每公斤 1500 贝克。 含 HTO 的水可以经海流稀释散播，亦可以挥发后进入大氧层，或被海洋生物和植物吸纳。 检测水质，氚的威胁偏低，需要注意是其他高放射性的化学元素。 

(五) 放射治疗 

放射治疗是使用高能量的射线来抑制癌细胞生长，将癌症肿瘤缩少，可以作为手术前或手术后的辅助治疗。 放射治疗对部分癌细胞相当有效，但最理想是在扩散前开始治疗，例如皮肤、头和颈部、乳房、前列腺、子宫、和淋巴肿瘤。 先规划和将接受放射治疗的部位分隔，再计算和订定治疗的次数和剂量，尽量减少对周边组织的损害。 近距离放射治疗是将辐射种子植入或置放在需要治疗的组织内或附近，按照计算的时间停留在预定的部位。 放射治疗的弊端是未必能够彻底消灭所有的癌细胞，而且会损害周边组织，例如肺和心脏。 放射治疗后动手术，可能影响伤口的愈合。 

放射性同位素亦经常用于诊断和治疗程序。 碘-131 会被甲状腺凝聚吸收，容许造影、治疗甲亢和癌病。 其他放射性原素多数需要依附在特定的活性分子上，才能够运送达到需要治疗的部位，作为一种标靶治疗。 放射性同位素会根据半衰期在体内变得稳定和失去辐射，通常是数分钟至数小时。 接受放射性同位素治疗的病人需要适当隔离，直至辐射量下降至安全程度，才能够恢复正常活动和生活。 医护人员亦需要尽量避免受到辐射影响，配戴监察承受辐射量的纪录仪。