辐射是指物质以电磁波或粒子的形式释放能量，通过与其它物质相互作用进行能量的传递和交换。辐射按照其作用于物质时所产生的效应不同，一般分为电离辐射和非电离辐射。电离辐射能量大于10 eV，该能量足以从原子或分子中移除电子，使其电离，常见的电离辐射有：γ射线、中子、α粒子、β粒子等；非电离辐射能量一般小于10 eV, 常见于：紫外线、可见光、红外线和无线电波等。

非电离辐射也称为电磁辐射，人类每时每刻都生活在电磁辐射中，电脑、电视、手机、电视台信号塔、通信基站等都是电磁辐射源。生活中的电磁波一般不会对人体产生伤害，只有电磁辐射频率和功率超过一定限度后，才有可能对人体造成危害，出现头痛、失眠等负面生物效应，即过量的电磁就变成“电磁污染”。非电离辐射不会引起细胞的直接损伤或电离，但强磁场环境会改变人体内蛋白质的特性，电磁辐射对人体的生物学效应和医学应用是当下研究的热点之一。能量传递是电磁场的主要生物效应，当人使用手机或在基站附近时，电磁波大部分能量将由人体反射或绕过人体，小部分能量将被人体表皮组织吸收，受其影响，身体内的一些分子振动或旋转，电磁能转换为热量。如果电磁波功率足够大且持续时间长，热量会较大，可能会对人体造成一定伤害，但生活中的移动通信功率非常小，因而吸收电磁波所引起的表皮组织热量会相当小。

图1 各类辐射波长与频率分布

辐射按照来源又可分为天然辐射源和人工辐射源，天然辐射包括来自外层空间的宇宙射线，图2展示了电离辐射常见的天然辐射源。图3是来自外层空间的宇宙射线，初级宇宙射线主要由重带电粒子组成，平均能量为10¹⁰ eV,最高能量可达10²⁰ eV，其空间分布为各向同性的，约为4个粒子/(cm²s)。

图2 电离辐射的天然辐射源

初级宇宙射线绝大部分在大气中被吸收，初级宇宙射线与大气层中N、O等原子核作用产生次级宇宙射线，成分有电子、光子、质子、中子和π介子等。到达地球表面的几乎全部是次级宇宙射线，其强度与地磁纬度和太阳活动周期紧密相关，宇宙射线所致的个人年有效剂量约为0.3 mSv。

天然放射性核素是和宇宙共生的，此外，地球内部也有放射性，地壳中的放射性核素主要来自铀系(²³⁸U)、钍系(²³²Th)、锕系(²²⁷Ac)等三个天然放射性系和镎系(²⁴¹Pu)。在这些放射性核素中，氡(Rn)是一种常温下为气态的放射性元素，已经发现氡的同位素共33个(A=196~228)。氡是一种影响全球室内空气质量的污染物，据美国环境保护署称，氡是仅次于吸烟的第二大肺癌病因，流行病学研究确认呼吸高浓度氡与肺癌发病率之间有着明显的联系。对于新建住房，氡的平衡当量浓度年平均值不应该超过100 Bq/m³。

图5 人类所受电离辐射照射来源

人们所说的核辐射一般是指电离辐射，除了宇宙射线等自然辐射源外，由于人的生产和科研等产生了越来越多的人工电离辐射源。福岛核事故后，大量放射性物质排入海洋，成为破坏自然环境的人工辐射源。用于核医学的X光机、伽马刀、加速器等等，都是人工辐射源。

图6 电离辐射的人工辐射源

 电离辐射的载体是各类放射性核素，生活环境中放射性核素的来源包括：天然放射性核素和人工放射性核素，人体无时无刻不被暴露在各类辐射源中。

图7 人体暴露在各种辐射源

      人体通过食物、饮水和呼吸，持续摄入环境中的放射核素，同时由于代谢平衡的作用，也在排出放射性物质，使得我们身体内放射性核素的量保持相对稳定。人体内最主要的放射性来自于40K和14C。钾作为人体生命的必要元素，其含量与人的年龄和性别有较为密切的关系，成年男性体内40K的比活度平均为60 Bq/kg, 对于体重为65kg的成年男性，其体内40K是3900 Bq。也就是说该男子体内每秒钟有3900个40K原子核发生衰变。在某种程度上，人体也是一个小型放射源，正常情况下体内各种放射性核素如下表所示：

       正如物体的质量可以用克、千克、吨等单位度量，辐射也需要用专门的单位度量。下面介绍3组核辐射相关的单位。首先是描述核辐射源强度的单位--贝克勒尔(Bq)和居里(Ci)，分别用于纪念法国科学家安东尼·贝克勒尔和居里夫妇, 1903年，贝克勒尔和居里夫妇由于对放射性的研究而共同获得诺贝尔物理学奖。贝克描述了放射性原子核单位时间衰变的次数，1贝克表示每秒钟有一个核衰变事件，Bq单位较小，常用于描述较低剂量的核辐射，1居里表示1秒内有3.7✖10¹⁰个核衰变事件, 因此1 Ci=3.7✖10¹⁰ Bq。

其次是衡量由于电离辐射导致的能量吸收剂量的物理单位戈瑞(Gy)，用于纪念英国物理学家、放射生物学家路易斯·戈瑞，它描述了单位质量物体吸收电离能量的大小，1 Gy=1 J/kg. 1戈瑞表示1千克人体组织吸收辐射的能量为1个焦耳。Gy常用于评估人体对核辐射的吸收剂量。

最后是用于描述辐射生物效应的单位西弗(Sv, 西沃特)，用于纪念瑞典核物理学家希沃特。一方面，不同性质的辐射，其辐射权重不一样；另一方面，单位辐射剂量对不同生物组织的伤害也不同，比如生殖腺体为0.2、大腿只有0.01、全身为0.05, 需要进行加权换算。为了描述各种电离辐射对生物体的危害，引进了“剂量当量”的概念，可以看成是吸收剂量(Gy)和辐射权重因数的乘积，再经过组织权重因子加权计算得到的结果。西弗的单位比较大，更加常用的是毫西弗和微西弗，1 Sv=1000 mSv=1 J/kg。虽然戈瑞和西弗都表示辐射吸收剂量，但戈瑞所表示的吸收范围更广，而西弗仅仅用来表示剂量当量——辐射对生物组织的伤害。

       Sv常用于评估核辐射对人体健康的潜在危害，以短时间遭受到辐射的成年人为例。受照剂量在100 mSv以内时，对人体无直接明显影响。在100~500 mSv时会出现血液中白细胞减少的情况，但外表无明显变化，人也不会有明显不适。但达到1~2 Sv剂量的辐射时，就会出现脱发的情况，人会出现呕吐、疲劳等症状。当辐射剂量达到2~4 Sv时，血液中的白细胞会明显减少，会出现剧烈头痛呕吐。当剂量达到4~6 Sv时，造血、免疫、生殖系统以及消化道等脏器均受影响，危及生命。

注:以上图片均来自于北京大学物理学院《保健物理学》和清华大学工程物理系《高等保健物理学》课程的课件

供稿：崔志强博士