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背景辐射

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提示:本条目的主题不是宇宙微波背景辐射
图片显示在核电厂和其他设施的场所,存在者辐射量比背景辐射高的核污染危险。

背景辐射英语:background radiation),又称本底辐射,是在环境中持续存在,可以是源自人为排放或自然存在的辐射,主要的来源有:

  • 来自地球的:这些包括来自食物和水、地上的物体及其它建筑材料的产品等,合并起来一起产生的辐射源;
  • 来自太空的:以宇宙线的形式呈现;
  • 来自大气层的:主要来自由地壳内经过放射性衰变散逸至大气层内的,随后的衰变会使大气层内的灰尘和微粒都带有辐射。另外的贡献是源自高能宇宙射线轰击大气层中的原子产生的放射性元素。

大约有3%的背景辐射来自其他的人造来源,像是:

意外的暴露在人造的放射源下会导致接收到数倍于天然或正常的人造辐射暴露量。另外,放射性治疗也会造成较高的辐射接触。然而,来自自然背景辐射的暴露,还是接收到的辐射主要来源。

自然背景辐射[编辑]

自然背景辐射有两个主要的来源:宇宙射线和源自地球的,全球平均的背景剂量为每年每人2.4毫西弗 (mSv)[1],台湾年平均天然辐射约为1-2毫西弗。[2]这些曝露几乎全都来自宇宙射线和环境中的天然放射性核素。这个数值远大于人造的辐射曝露,在2000年的一年当中,累积历年的核武试验、核电厂意外和核能工业操作的总合,为年平均值5μSv[3];并且也大于来自医疗接触,由0.04至1mSv的年平均值。老旧的燃煤发电厂未能有效拦截的粉尘才是人造背景辐射的最大来源。

背景自然辐射的强度也会因地而异,有些地区明显的高于平均值[4],这些地区包括伊朗的蓝萨、巴西的瓜拉巴里、和印度的克拉拉[5]、澳洲北部的夫林德岭[6]、和中国的阳江[7]。在蓝萨曾经纪录到的年峰值剂量是260mSv[8]

宇宙射线[编辑]

地球,和生活在其上的所有生物,都不断的遭到来自外太空的辐射轰击。这些辐射主要包括从质子的带正电离子,和在太阳系之外释出的大。这些辐射和原子核的交互作用,在大气层内创造出的次级辐射包括X射线缈子质子α粒子π介子电子、和中子。来自宇宙射线的直接剂量很大的程度上来自缈子、中子和电子,并且这些剂量的变化在很大的程度上是基于地球磁场和高度。这种辐射的强度在对流层的上层,大约10公里的高度上最强,因此航空公司的人员和经常搭机的乘客,他们每年花费较多的时间在这种环境中,需要特别的关注。同样的,在太空中的太空人也会因为宇宙射线,而比在地面上的人曝露在更高剂量的背景辐射下。在低轨道的太空人,像是国际太空站或是太空梭,虽然受到地球磁场遮罩的部分保护,但也会进入地球磁场和宇宙射线作用产生的范艾伦辐射带内而受到侵袭。在地球的低轨道之外,像是前往月球旅行的阿波罗太空人,会遇到更强的背景辐射,并且这也是未来人类要长期探索月球或火星的一大障碍。

宇宙射线也会造成大气层中的元素产生蜕变,宇宙射线产生的次级辐射与大气层内的原子核结合,生成不同的放射性核素,能产生很多所谓的宇宙成因核素,其中墬值得注意的是由原子交互作用产生的碳-14。这种宇宙成因核素最后会抵达地球的表面,并且可以与生物合并。这些核素的产量会因未向内的宇宙线通量的短期变化而有所不同,但是在数千年至数百万年的长时间内,其产生却是源源不绝从未间断过。这不变的产量、与生物的结合和相对较短的半衰期,使碳-14被用在放射性定年上,可以测量古生物,像是人造木器或人类遗骸的年代。

地球上的来源[编辑]

放射性物质来自全球各地,它出现在自然的土壤、岩石、水、空气和植被。与地球的辐射有关的主要放射性核素通常是低放射性的,例如的同位素,或是罕见但极具放射性的元素,像是。这些来源有许多因为放射性衰变,从地球诞生时就开始减少,所以现在没有太多的数量留存在地球上。因此,现在地球上仍活动的铀-238因为45亿年的半衰期,仅有当初的一半多,而半衰期12.5亿年的-40的活动只剩下原来的8%。这些同位素的活动(由于衰变)对人类的实际的影响非常小,因为人类发展的历史在最近的活动,相较于数十亿年的半衰期只占了很小的一部分。换个方法说,是人类的历史太短,相对于数十亿年的半衰期,这些长寿的同位素活动在这颗行星上已经持续不断的在进行著。

另一方面,许多短半衰期的同位素,比起强度更高的放射性同位素,却未在地球的环境中衰减殆尽,这是因为自然界不断的创造它们。像是碳-14(宇宙成因)、镭-226(铀-238衰变的产品)、氡-222(镭-226衰变的产品)。

来自人体内的辐射[编辑]

一些组成人体的基本元素,主要是钾和碳,具有放射性同位素,会使我们的背景辐射量增加而变得更为明显。一个体重70kg的人体内有40克钾,因此有0.000117 × 140 = 0.0164 g 钾-40(40K)和大约10奈克(10−8 g)的碳-14(14C)。来自外部的放射性物质,不包括内部的污染,人体从生物体吸收的内部辐射暴露量最大的就是钾-40,每秒钟大约有4,300个40K原子核衰变[9],使钾原子的衰变成为辐射数目的最大来源。40K生成的β粒子能量是14C的10倍,14C的衰变每秒中产生的β粒子约为1,200个。但是,有一半的14C原子是处于细胞的遗传资讯内,而钾原子不在DNA的成分内。在DNA内的14C原子每秒约有50个衰变,从碳原子变成原子[10]

[编辑]

虽然是一种稀有元素,但在世界上许多的地区都可以发现到高浓度的这种强烈的放射性元素,但特别受到关注的原因是因为他是来自地面的电离辐射,且对人体健康有重大的危害。氡是由铀的衰变产生的,在地壳中是较常见的元素,但是通常集中在世界各地含矿的岩石内。氡由这些矿石中渗漏出来,进入大气层或地面的水中,而且与这些地区,它可以在住宅内累积到足以伤害人类的高浓度。在北美洲和欧洲的一些地区,特别是工业化的北部地区,一些绝缘良好和密闭的房屋,已经导致氡成为背景辐射的主要来源。在一些地区,包括英国康瓦耳亚伯丁夏,已经有足够高的天然辐射程度,使得核能许可站无法在该地成立—在它们开始运作之前,背景辐射就已经超过法律允许的数值,而且自然的表土和岩石都需要如同低放射性废料般的处理。

来自氡的辐射是间接的,氡的半衰期很短(只有4天),但是会衰变成其他固体颗粒的镭系列有腐蚀性的放射性核素。这些放射性粒子被吸入和保留在肺中的期间,会继续暴露在辐射中。再受影响地区的人,每年会接受到10毫希的背景辐射[3]。氡是造成肺癌的第二个主要源因,数量紧追在抽烟的数目之后,单单在美国就造成每年15,000至22,000人因癌症而死亡[11]

人类造成的背景辐射[编辑]

人造放射源[编辑]

背景辐射来源整理[编辑]

人类暴露于游离辐射的平均值 (mSv/年)
辐射来源 全世界[12] 美国[13] 日本[14] Remark
空气 1.26 2.28 0.40 主要来自空气中的
食物与饮水 0.29 0.28 0.40 K-40, C-14等
来自地面 0.48 0.21 0.40 土壤或建材相关
宇宙辐射 0.39 0.33 0.30 与海拔高度相关
小计(自然来源) 2.40 3.10 1.50
医疗 0.60 3.00 2.30 全世界的统计中排除放射线疗法
美国统计中多为电脑断层与核子医学
消费 - 0.13 抽烟、航空飞行、建筑物等
核子试爆 0.005 - 0.01 1963年极值为0.01msv,随时间下降至今,越接近试爆点越高
职业暴露 0.005 0.005 0.01 全世界工人平均为0.7 mSv, 多为矿坑中的氡[12]
美国多为医疗与航空从业者[13]
车诺比核灾 0.002 - 0.01 1986年极值为0.04,随时间下降至今,越接近事故地点越高
核电厂的核燃料循环 0.0002 0.001 接近发生源时可高至0.02 mSv
其他 - 0.003
小计(人工来源) 0.61 3.14 2.33
总计 3.01 6.24 3.83 millisievert per year

相关条目[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ http://www.unscear.org/docs/reports/gareport.pdf
  2. ^ 新闻小辞典/核辐射单位比一比:微西弗跟毫西弗是什么?
  3. ^ 3.0 3.1 United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation
  4. ^ Annual terrestrial radiation doses in the world 互联网档案馆存档,存档日期2007-06-23.
  5. ^ Population study in the high natural background ra...[Radiat Res. 1999 - PubMed Result]
  6. ^ Extreme Slime
  7. ^ High natural background radiation areas (Yangjiang, China)
  8. ^ The Radiation Paradox in Science Magazine, 5 August 2005, 309 (5736), pp 883 - 885 [1]
  9. ^ Radioactive human body—Harvard University Natural Science Lecture Demonstrations
  10. ^ Asimov, Isaac. The Explosions Within Us. Only A Trillion Revised and updated. New York: ACE books. 1976: 37–39 [1957]. 
  11. ^ Radon and Cancer: Questions and Answers - National Cancer Institute (USA)
  12. ^ 12.0 12.1 United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Sources and effects of ionizing radiation. New York: United Nations. 2008 (published 2010): 4 [9 November 2012]. ISBN 978-92-1-142274-0. 
  13. ^ 13.0 13.1 Ionizing radiation exposure of the population of the United States. Bethesda, Md.: National Council on Radiation Protection and Measurements. 2009. ISBN 978-0-929600-98-7. NCRP No. 160. 
  14. ^ Ministry of Education, Culture, Sports, Science, and Technology of Japan "Radiation in environment" retrieved 2011-6-29

外部链接[编辑]