核辐射

核辐射（nuclear radiation），是不稳定放射性原子核以亚原子粒子^[注1]射线（射线、射线、中子射线等）或电磁波（射线）的形式释放出的能量。^[12][13]而释放的能量可以使物质电离或激发，产生原子核嬗变或使其具有放射性，以及破坏分子的化学键等效应，故核辐射也是一种电离辐射。^[1][7][6]

核辐射对人类来说是一种重要的能源，已经普遍应用于军事、核工业、原料勘探、农业的照射培育新品种、蔬菜水果保鲜和粮食储存，以及医学上对疾病的诊断和治疗、科学研究等领域。^[3][2]但在日常生活中，如果过度暴露在核辐射下，则会对健康造成危害，导致活体组织的细胞损伤和器官损伤。在高急性剂量下，更会导致辐射烧伤和辐射病，而长期低剂量则会导致癌症，出现急性辐射综合征等病状。^[6]前苏联克什特姆、切尔诺贝利、美国三里岛核电站等核事故都造成了严重的核辐射灾难，导致数名人员出现了急性放射病症状，三个月内死亡。^[14][15]

国际辐射防护委员会（ICRP）制定了相关核辐射（电离辐射）防护标准。^[16]规定职业工作人员的有效剂量限值为连续5年内平均每年不超过20毫希，公众个人则规定连续5年内平均每年不超过1毫希。^{[6][11][17][16]}低剂量的核辐射不能立即被人类感官察觉到，需要用仪器测量。一般外照射可佩戴个人剂量计测量，体表及衣服上的放射性污染检测可使用各种体表污染监测仪，体内污染及内照射剂量的测量可通过尿、血中的放射性含量的分析估算，还可通过全身计数器直接测定。^[3]

辐射是通过空间或物质介质以波或粒子的形式传播能量的一种过程，如光辐射、核辐射等。^[8][9]根据其辐射粒子的能量可分为两大类，即电离辐射和非电离辐射。电离辐射是一切能引起物质电离的辐射，非电离辐射其射线能量比较低，是不能使物质的原子或分子产生电离的辐射，如紫外线、红外线、激光、微波等。^[13]

同位素是指原子序数相同而原子质量数不同，也就是核里质子数目相同而中子数目不同在元素周期表内占据着同一位置的物质。一个元素的所有同位素，其化学性质几乎相同。一种元素往往有几种到几十种同位素。^[10][11]钋的同位素最多，从钋-192(192Po)到钋-218(218Po）共有27种。目前已知的118种元素的同位素共达2000余种，而对于在核内具有指定数目的中子和质子的一种原子又称为“核素”。^[11]因此，放射性同位素是指原子核不稳定，能自发地放出射线而变成另一种核素（即改变了原子核中的质子数和中子数）的同位素。^[11]而能自发地放出、等带电粒子或射线，或在俘获轨道电子后放出X射线，或发生自发裂变的核素称为放射性核素。^[10]

核辐射是不稳定放射性原子核以亚原子粒子^[注1]射线（射线、射线、中子射线等）或电磁波（射线等）的形式释放出的能量。^[12][13]所有的物质都由原子组成，原子又分为原子核以及核外电子，原子核进一步包含质子和中子两种微粒。一般的原子都是稳定的，而当原子不稳定时，多余的能量（放射性）则会释放出能量达到平衡（稳定），而这种自发发射称为核辐射。而释放的这些粒子或电磁波具有足够的能量，可直接使粒子电离，所以辩证的讲，所有的核辐射都是电离辐射，但反之则不一定，例如X射线（原子核外产生）是一种电离辐射，但不是核辐射。^[1][7]此外，一些原子的原子核因放射性衰变而发射核辐射，但剩余的元素则是通过在反应堆种收到其他电离辐射从而具有放射性。^[12]

而早期的核辐射是指核爆炸瞬间释放出的具有很强贯穿能力的中子和射线，爆炸后15s后瞬时杀伤破坏特征已不明显的核辐射，列入剩余辐射之中。核爆炸时，在重核裂变链式反应和聚变反应过程中，会放出大量的中子和射线；同时裂变产物和剩余的裂变材料还可能释放出粒子和射线。由于、射线在空气中射程很短，一般穿不出火球和烟云的范围。而中子和射线在空气中可以穿透很远的距离，所以早期核辐射的杀伤破坏作用是中子和射线造成的。^[18]

在核物理学中，当一个原子核与另一个原子核或亚原子粒子碰撞产生一种或多种新核素时，就会发生核反应。核反应必须从根本上改变原子核的特征或性质才能被视为核反应。例如，用高速粒子轰击氮原子核，引起的核反应为，简单表示为，其中为，p为质子。^[4]此外，核反应也可以指不稳定的放射性核素自发放射辐射，在不发生碰撞的情况下获得更稳定的形式。^[5]

核反应分为三种类型：核裂变、核聚变和放射性衰变。其中核裂变是指用中子与原子核碰撞，导致原子核变得不稳定，分裂成两个大小相似的子核，并在此过程中释放出两个或三个中子以及伽马射线形式的大量能量。较小的子核通常放射性衰变释放α或β粒子逐渐稳定性。^[5][19]核电站中的反应堆就是使用中子轰击铀yóu原子核，引起核裂变反应进一步获得电能。^[19]核聚变是指将两个轻核合并，形成一个较重的核，并在此过程中释放能量。这种相互作用必须要大量的能量才能发生。为了发生聚变，需要克服两个带正电的原子核之间的排斥力。两个原子核必须足够接近，才能引发核聚变。要实现这一点，需要极高的温度和压力的环境，就像恒星内部的环境一样。^[5][20]而核衰变反应是指不稳定的（具有过量粒子和/或能量）发射辐射以实现稳定的随机过程。原子核中过量的中子和质子会导致这种不稳定性，从而导致α粒子、β粒子、高能光子（伽马辐射）或中子的发射。^[5]

根据入射粒子的不同也可以将核反应分为中子核反应、带电粒子核反应以及光核反应等。^[21]其中，中子核反应一般发生在核裂变之中，主要是指由中子射线轰击重原子核而发生反应，例如核电站的反应堆即是中子轰击铀235（235U）引发的链式反应。^[5]带电粒子核反应主要是指质子、、粒子等带电粒子参与的核反应。例如，用镭核衰变放出的粒子轰击铍核，产生核反应，可放出中子。此外，光子核反应其入射粒子一般为光子，通过核反应会释放出质子、中子、氘核、粒子以及光子等。^[22]

根据入射粒子的能量也可以将核反应分为低能、中能、高能核反应。一般能量小于50MeV为低能核反应，此时产生的出射粒子一般最多为3~4个。能量在50MeV～1000MeV为中能核反应，此时可使核散裂成许多碎片，还可产生介子^[注1]。大于1000MeV即为高能核反应，此时除可产生介子外，还可产生其他基本粒子。^[23]例如，加速器驱动清洁核能系统 (ADS) 通常只涉及到低、中能核反应。^[24]

关于核辐射的研究最初诞生于基础研究之中。1895年，伦琴在研究阴极射线管的工作中发现了X射线，^[10]随后波兰科学家居里夫人（Marie Curie）就意识到某些原子能够自发地释放能量，并将这种现象称为放射性。^[25]1919年，卢瑟福（Ernest Rutherford）首先实现了第一个人工核反应，他用粒子轰击氮核，产生了和质子。1930年，玻特（W.Bothe）和贝克尔（H.Becker）用粒子撞击铍核时，发现中子辐射。4年后，居里夫妇居里夫妇用粒子轰击铝核时，观察到了正电子辐射（辐射），确定其是由发生衰变而产生。^[26]在此期间，人类相继发现了各种放射现象以及放射源，中子和重核裂变现象的发现也使得人类逐渐进入了原子能时代。1942年，美国建成了第一座受控核裂变反应堆，随后许多国家相继研制成功原子弹、氢弹。核技术已成为现代科学技术的重要组成部分，是当代重要的尖端技术之一，核辐射研究也因此获得了快速发展，并在军事、工业、医疗、辐射安全防护、环境监测、安全检查等领域得到了越来越多的应用。^[10]

而关于辐射防护，也是自伦琴发现X射线以后，^[27]人们便认识到X射线对人体有危害。最初提出的核辐射防护标准是“红斑剂量”，即辐射引起皮肤出现红斑的剂量。1925年，提出“耐受剂量”概念。以皮肤红斑剂量的1/100作为剂量标准，约为0.2伦琴/天。1934年，国际X射线与镭防护委员会正式采纳了该剂量标准。1950年，国际放射防护委员会(ICRP)提出“最大容许剂量“概念。1977年，ICRP第26号出版物确定采用“有效剂量当量”来衡量人员受照剂量的大小，对人员的剂量限值也按有效剂量当量计量。^[28][11]

1990年，ICRP第60号出版物用“当量剂量”“器官剂量”取代“剂量当量”，用“有效剂量”取代“有效剂量当量”随着人们对辐射危害研究的不断深入，剂量评价标准越来越科学亦推动了相关监测技术与仪器设备的发展。相继出现了被动式和主动式外照射个人剂量监测设备。被动式剂量计主要有胶片、荧光玻璃、热释光、光释光等类型；主动式剂量计主要有盖革管、半导体等类型。内照射个人剂量监测通常采用体外直接测量和生物样品分析两种方法。体外直接测量设备主要有全身计数器、肺计数器、甲状腺计数器等，生物样品分析设备主要有尿铀、尿钚bù、尿氚chuān等分析检测设备。^[28][29]

射线亦称粒子束，是高速运动的氦-4原子核，^[30]一般是由原子序数大于82的放射性核素衰变时发射出来的，当核素放射出粒子后，原子序数将减少两个单位而变为另外一个元素。^[18][27]

粒子由两个质子和两个中子组成，是带正电的重粒子，质量为4.002775道尔顿（u），能量通常在4~7MeV。^[18][13][27]一般粒子具有40-100MeV的能量，寿命为几微秒到1010年。它从核内射出的速度为每秒20千米，粒子的射程长度在空气中为几厘米到十几厘米。^[27]具有质量大，速度慢，在被照射物质中单位长度路径上滞留时间较长，产生的电离密度大的特点。^[13][27]

粒子与物质发生作用的主要方式是直接与原子核外的电子发生弹性碰撞或者非弹性碰撞，由于粒子质量远大于电子，其运动方向几乎不发生改变，运动轨迹近似为直线。1个5MeV的粒子在物质中一般要经过十几万次的电离碰撞才将其能量全部耗尽，最终捕获2个电子转变为氦原子。^[18]

射线是指高速运动的电子流，其速度可达光速的99%，^[13]与电子没有本质区别，只是来源不同，电子一般是从原子核外电子轨道放出的，能量通常较低，且是单能的；而射线一般是原子核衰变时从原子核发出的，能量通常较高，且是连续分布的。^[18]

单个的粒子质量为0.000549道尔顿，带有一个单位的电荷，所带能量100keV至几兆电子伏特不等，在气体中射程可达20米。^[27]具有贯穿能力很强，电离作用弱。^[13]

射线与物质作用的主要方式有两种：一种是与核外电子发生弹性或非弹性碰撞，每次碰撞之后运动方向发生较大改变，损失能量的比例很大；另外一种直接与原子核发生相互作用，射线损失的能量以能量连续的X射线的形式(致辐射)释放，这种情况在射线能量较高、作用物质的原子序数较高时比较明显。^[18]

中子不带电荷，质量数为1。^[27]原子核中受到核力约束的中子是稳定的，但自由中子是不稳定的，半衰期约为10.6分钟，会自发地衰变为质子，同时产生一个电子和一个反中微子。^[18]

中子按其能力高低，可分为高能中子、快中子、中能中子和慢中子。热中子与周围介质原子（或分子）处于热平衡状态，其能量约为10-2eV，当介质温度为20.44℃时，能量为0.0253eV。由于镉对能量低于0.5eV的中子具有很大的吸收截面（2550barn，1barn=10-24cm2），在很多慢中子环境中，常用约1mm的镉片进行热中子屏蔽，被镉片吸收的中子称为镉下中子，穿过镉片的中子称为镉上中子。中子与机体组织的作用主要表现为其与各类原子核的弹性散射，以及与氮核的（n，α）和（n，p）反应，其危害极大。由于核设施中快中子的能量非常高，而热中子所占的份额最多，因此屏蔽设计时主要考虑的是快中子和热中子。^[27]

由于中子不带电，中子与核外电子不存在库仑作用，与电子的电磁相互作用也极其微弱，因此中子基本只与物质的原子核发生散射或吸收等形式的相互作用，结果可能是中子消失并产生一个或多个次级辐射，也可能是中子的能量或方向发生显著的改变。所以，从结果来看，同射线与靶物质的作用比较类似，都是产生次级辐射，但两者又有较大不同，中子与靶物质相互作用产生的次级产物差不多总是重带电粒子，而射线得到的总是次级电子。这些重带电粒子可能是核反应的结果，也可能是由于与中子碰撞而获得能量的靶物质原子核本身。中子与物质发生相互作用的反应截面很小，其大小主要与中子能量、作用物质的原子核核素种类有关。中子与物质发生相互作用的类型及截面大小与中子能量大小存在着强烈的依赖关系，在某些能量区域，作用截面很小，而有些能量区域，作用截面则大出许多，在某些较窄的能量范围，截面有可能突然地急剧增加，类似共振现象。^[18]

中微子不带电荷，没有质量，只能通过很弱的纯核力发生作用，除此之外不能与物质发生任何其他相互作用。因此，尽管中微子携带了5%的来自反应堆释放出来的能量，但不会对人体造成辐照损伤，所以在辐射防护方面也将其忽略。^[27]

射线没有质量，也不带电，呈电中性，一般是原子核由高能态向低能态跃迁时(衰变)释放的射线，是波长短于0.01埃的电磁波，静止质量为0。^[13][18]衰变和核裂变放出的光子的能量通常不高于20MeV，根据其能量不同与物质发生的相互作用方式主要有光电效应、康普顿效应和电子对效应三种。^[18]

其中光电效应是指光子与靶物质原子核外的某一电子作用时，将自身全部能量传递给电子，光子自身消失，该电子挣脱原子的束缚成为自由电子的过程，光电效应产生的自由电子通常称为光电子。^[18]通常主要发生在射线能量较低的情况，在10～30keV的能量范围占优势。^[31]也是射线和物质作用的主要形式。^[27]

康普顿效应是指入射光子与靶物质原子核外的某一电子发生非弹性碰撞，将自身的一部分能量传递给电子，该电子挣脱原子核的束缚而成为自由电子，此电子称为反冲电子，入射光子的能量和运动方向发生变化而转变为散射光子。在0.03~25MeV的能范围占优势。^[31]

电子对效应是当光子经过靶物质原子核时，与原子核的库仑场发生作用，结果光子消失，同时产生一个负电子和一个正电子的过程。由于负电子和正电子是光子的能量转换而来的，因此，入射光子的能量必须至少大于两个电子的静止质量，即>1.022MeV时才可能发生电子对效应，^[18]在25~100MeV的能量范围电子对效应占优势。^[31]

光子与物质发生某种相互作用的概率大小通常用反应截面描述，反应截面的大小主要与物质的原子序数和光子的能量有关。总的来说，作用物质的原子序数越高，光电效应、康普顿效应和电子对效应的反应截面越大，所以采用原子序数较高的材料如铅、钨等屏蔽射线的效果最好。但反应截面与光子能量的关系比较复杂，在低能区光电效应占优势，在中能区康普顿效应占优势在高能区则是电子对效应占优势。^[18]

核辐射的天然来源一般包括宇宙射线、地球辐射源和体内放射物质。^[18][32][33]其中宇宙射线是指从地球外层空间穿透地球大气层到达地面的电离辐射，也包括它们在穿透大气层的过程中与地球大气层作用产生的次级电离辐射，在这个过程中大部分宇宙射线都被大气层吸收了，因此，海拔越高，宇宙射线越强。另一方面，带有电荷的宇宙射线还会受到地球磁场的作用而向两极偏转，因此地球两极的宇宙射线会比低纬度地区的强一些，特定条件下还会产生美轮美奂的极光。^[18]

地球辐射是指地球岩石、土壤、大气等物质中含有的天然放射性核素分为宇生放射性核素和原生放射性核素，对人类产生辐射照射的主要是原生放射性核素。原生放射性核素是地球形成之初就已经存在的天然放射性核素，由于地球寿命已达40多亿年，所以现在仍存在的只剩下半衰期极长的放射性核素及其衰变子体，主要是以238U(半衰期约45亿年)232Th(半衰期约120亿年)、235U(半衰期约7亿年)为首的三个放射系和40K(半衰期约12.8亿年)87Rb(半衰期约475亿年)等几种核素，它们的半衰期最短的有几亿年，长的达到几十亿甚至几百亿年，广泛地分布于地壳中，地球上的所有物质都含有一定的放射性，但绝大多数情况下对人类生存和健康的影响几乎可以忽略不计。^[18]

人体通过饮食、呼吸和排泄等方式与自然界发生物质交换与循环，不可避免地摄入这些放射性核素，但含量非常少，剂量率贡献极低。人体内含有较高比例的元素是碳、氢、钾等，占比最大的放射性核素主要是40K、14C、3H等，铀、钍tǔ及其衰变子体也有一定含量，衰变子体镭的化学性质与钙相似，通常聚集在骨骼中。^[18]

而人工核辐射主要有放射性诊疗和放射性治疗辐射源，如核磁共振、放射性药物等，以及人类制造加工的放射性物质和能够产生电离辐射的装置，如放射性废物、核武器爆炸落下的灰尘以及核反应堆和加速器产生的照射等。^[33][18]其中，当反应堆中的放射性燃料废弃后，被称作“乏燃料”，如果不做好储存和控制，则会导致严重的辐射危害。例如在反应堆中连续进行3-5年的核活动后，未燃尽的235U、239Pu、233U等可裂变同位素的燃料浓度最终会降到最低水平以下，从反应堆中卸下来，被归类为“高”放射性废物(HLW)，一旦泄露都可能对环境以及人类造成核辐射伤害。^[34][35]在工业与医疗等人工核辐射源中，医学诊断和治疗所产生的照射，约占人工辐射的95%。^[33][18]

核辐射可以通过直接电离引起核嬗变或者使原本的原子具有放射性。^[1]当波长短、频率高、能量高的射线（中子辐射、射线或射线等）照射物质或者轰击其他粒子时，通过核反应可能会导致该物质一种化学元素或同位素转化为另一种化学元素，这个过程被称为核嬗变，也可能通过能量转化，产生次级电离，形成反冲核，使原本粒子产生放射性。^[1][7]

当核辐射发生在分子水平时，会原有的破坏化学键并，形成高反应性自由基。即使原始辐射停止后，这些自由基也可能与邻近材料发生化学反应，例如，人体组织细胞受到电离作用后，会直接破坏了机体组织细胞的蛋白质、核蛋白及酶等具有生命功能的物质，导致细胞的变异和死亡，使机体中的水分子产生许多有强氧化性、高毒性的自由基或过氧化合物，破坏了人体组织的分子。^[6]

材料受到核辐射后，会改变其电导率，从而可能导致破坏性的电流水平。^[36]例如在航天领域，在当空间环境充斥着各种带电粒子时，带电粒子入射航天器内部，带电离子的电离能力，通过电离作用使器件材料原子电离，电离的电子一空穴对被器件敏感节点收集，产生异常信号，导致器件工作异常，最终干扰航天器的正常工作。因此，对于高辐射环境（例如核工业和大气层外（太空）应用）的设备的使用，可以通过设计、材料选择和制造方法抵抗核辐射效应。^[37]

为了定量描述射线与物质的相互作用以及它对人体的伤害，需要用到一些特殊的物理量。由于对象是电离辐射，所以常称为辐射量。工作中常用的辐射量有放射性活度、吸收剂量、当量剂量、有效剂量四个。^[18]

放射性活度(简称活度，常用A表示)，可以简单地理解为单位时间内发生放射性衰变的次数，亦即代表放射性物质数量的多少。^[13][18]如果将放射性物质比作弹药库，贮存各类武器弹药，那么放射性活度可以比作弹药库单位时间向外发射的各种武器弹药的总数量。^[18]在实际工作中，通常用区分单位面积、单位体积或单位质量的放射性活度。^[18]

贝可勒尔（Bq）：放射性活度的国际制单位为1/s，专用单位为贝可勒尔（Bq），代表放射性物质的含量（称量），中文符号为贝可，1Bq=1/s，1Bg表示放射性物质在1s内发生了1次放射性衰变。^[18]文献中常有出现较大的单位：TBq，即太贝可（1012贝可）；PBq，即拍贝可（1015贝可）。^[13]

居里（Ci）：曾用放射性活度单位，最初定义源于1克发生放射性衰变的次数（约为每秒370亿次衰变，1Ci=3.7x10Bq）。居里后来被新的标准单位贝克勒尔取代。^[38]

吸收剂量指的是单位质量物质受到电离辐射照射后吸收电离辐射能量的多少，国际单位制是焦耳/千克，即J/kg。吸收剂量适用于任何物质、任何类型的射线或粒子，以及任何照射方式。物质被电离辐射照射后可能发生的效应与单位质量的该物质所吸收的辐射能量大小有着非常重要的关系，例如某些生物体组织接受的吸收剂量达到一定值后可能会发生损伤或死亡，有些金属材料接受的吸收剂量超过一定值后，其脆性、韧性等性质会发生明显变化。^[18]

戈瑞（Gy）：吸收剂量的国际专用单位为戈瑞(Gy)，1Gy=1J/Kkg，^[18]指单位质量物质接收的电离辐射平均能量，中文符号为戈。它是描述电离辐射能量的量，1戈表示1千克物质吸收1焦所需的辐射量。^[38]1焦的能量等于1瓦的灯泡正常发光所需的能量。戈瑞是千进制，即1戈=1000毫戈（mGy），1毫戈=1000微戈（Gy）。^[13]与之紧密相关的量是吸收剂量率，表示单位时间内吸收剂量的变化，国际制单位为Gy/s，常用单位为mGy/h、uGy/h，吸收剂量率常用于表征中子、Y射线等产生的外照射辐射水平。有时说“某某地方核辐射很强”通常是指吸收剂量率很高。^[18]

拉德（rad）：辐射吸收剂量单位，用以计算特定质量的某种物质如砖块、松树或人体器官，吸收致电离辐射的剂量。100rad=1Gy。^[38]

当量剂量和有效剂量，都是专门针对生物体(通常是指人类)而言的，前面所说的吸收剂量只是表示单位质量的组织器官吸收的电离辐射的能量，不能表示电离辐射对组织器官的伤害程度。而当量剂量就是描述电离辐射对人体组织器官伤害的物理量，是某个具体组织器官所受各种电离辐射产生的吸收剂量的加权之和。^[18]

人的不同部位，例如头部和臂部，受到相同力度的打击时，其后果肯定是不同的。不同的组织器官接受相同的当量剂量的照射时，其后果也是不同的。辐射照射对生物体组织器官产生的危险，不仅与辐射种类、能量有关，还随受照射的组织器官的不同而变化。为了总体衡量生物体受照射后可能产生的危险，对生物体所有组织器官所受的当量剂量进行加权求和，即有效剂量。^[18]

希沃特（Sv）：即人类预防射线的量值单位，也是辐射剂量的基本单位之一，中文符号为希。由于希沃特是个非常大的单位，因此通常使用毫希沃特（mSv）。与上述吸收剂量不同的是，必须考虑到射线的不同类型不同的作用空间与时间所产生的生物效应差异，所以把吸收剂量乘上修正因素品质因素，得到当量剂量。希沃特是千进制，即1希=1000毫希（mSv），1毫希=1000微希（uSv）。^[13]

伦琴（R）：一种衡量X射线和辐射暴露的计量单位，相当于1单位质量空气吸收的致电离辐射能量值。伦琴是千进制，即1伦琴=1000毫伦琴（mR），1毫伦琴（mR）=1000微伦琴（uR）。持续暴露量可以用伦琴每小时（R/h）表示。在1986年的苏联，正常的背景辐射量按规定应当保持在4到20毫伦琴每小时之间。^[38]

雷姆（rem）：人体伦琴当量的缩写，用以量化致电离辐射暴露对健康的影响。雷姆衡量的是剂量当量，计算时会考虑到各种因素，比如吸收剂量和辐射类型。它可以被用来预测某一辐射剂量的生物效应，比如癌症，而不管造成辐射的是粒子、粒子、中子、x射线还是波。美国科罗拉多州丹佛市的居民一年中吸收的自然背景辐射略大于1雷姆，5雷姆则相当于美国核工业从业人员每年的最高暴露值。对于大多数人来说，全身暴露于500雷姆的辐射下，哪怕只是瞬间也会导致死亡。替代雷姆的标准国际单位是希沃特（Sv）及由其衍生的更小单位毫希沃特（mSv）和微希沃特（uSv）。这些单位被用于现代的剂量计显示盘上。1希沃特（Sv）=100雷姆（rem）。^[38]

核辐射的强度常用核辐射探测器（nuclearradiationdetector）来进行检测。核辐射探测器又称核探测元件（nucleardetection element），是探测辐射射线用的器件。常用的有电离室、盖革计数器和闪烁计数器、原子核乳胶、固体核径迹探测器和半导体探测器等。这类探测元件可以测量辐射射线和它们的性质。其原理主要是利用射线与物质相互作用时所产生的多种效应。如应用带电粒子与物质作用产生电离的原理制作的电离室、计数管，以及径迹探测器等；利用其荧光作用做成的闪烁计数器：利用电离和激发所引起的化学反应过程制作原子核乳胶、固体核径迹探测器等。对带电离子可直接应用上述性质，对不带电的粒子（如射线），则应用其与物质作用的三种效应（光电效应、康普顿效应、电子对效应）所产生的二次电子来达到上述目的。^[39]

国际核事故分为7级，最低影响的3个等级被称为核事件，最高的4个等级被称为核事故。^[33]

以上表格信息来源^[33]

核辐射对人类来说是一种重要的能源，已经普遍应用于军事、核工业、原料勘探、农业的照射培育新品种、蔬菜水果保鲜和粮食储存，以及医学上对疾病的诊断和治疗、科学研究等领域。^[2]

核辐射在应用中主要指核能，同其他的高新科技一样，核能首先被用于军事方面。^[40]核能的军事应用主要是指研制核武器，其特征是利用能量的瞬间释放形成爆炸，并产生大规模杀伤破坏效应。主要利用铀-235或钚-239等重原子核的链式裂变反应原理制成的核武器，叫做裂变武器，通常称原子弹。^[41]1945年8月，美国在日本广岛和长崎分别投下原子弹，造成了毁灭性的破坏。^[40]

核工业，也称原子能工业，是利用核反应堆或核衰变释放出的能量或电离辐射以获取一定的经济效益或社会效益产业的总称。^[40]核工业最大的贡献即为核电。核电站是利用核分裂或核融合反应所释放的能量产生电能的发电厂。与有机燃料相比，核燃料具有异常高的热值，成品燃料的贮存和运输费用较少。核电站在正常运行情况下释放的有害物质比火电站少得多，有利于环境保护。^[40]1954年，苏联利用石墨水冷生产堆的经验，在奥布宁斯克建成了世界上第一座核电站。1983年6月，中国第一座自行设计的30万千瓦的核电厂“秦山一期”破土动工。随后引进法国技术，在广东省大亚湾建设了2x90万千瓦的大型核电站。^[40]截至2022年，中国所有在运、在建核电机组均为沿海核电站，在运的核电机组共53台，装机容量约5465万千瓦，在建核电机组共19台，总装机容量约2148万千瓦。2022年，全国累计发电量为74170.40亿千瓦时，运行核电机组累计发电量为3662.43亿千瓦时，占全国累计发电量的4.94%。^[42]

利用核辐射传感器可以精确、迅速、自动、非接触、无损检测各种参数，如线位移、角位移、板料厚度、覆盖层厚度、探伤、密闭容器的液位、转速、流体密度、强度、温度、流量、材料的成分等。其原理在于使用核辐射作用于物质，放射性同位素在蜕变成另一元素时释放射线，继而核辐射信号转换成电信号，从而探测技术被测物体的参数。常见的核辐射探测器有：电离室、正比计数管、盖革一弥勒计数管、闪烁计数器和半导体探测器等。^[27]

核辐射在医疗应用领域的应用，主要指基于放射性核素的衰变类型和释放射线的特性在核医学成像和治疗两个方面进行应用。诊断用核素通过在衰变过程中发射光子而对疾病相关组织成像，获得其生理功能状态信息，包括射线和正电子（β+）；而治疗用核素则浓集结合于靶组织，依靠其发射的射线粒子（多为粒子）破坏病变组织达到治疗疾病的目的。^[43][44]

核素诊断成像需要放射光子的放射性核素，如产生射线或β+的湮灭光子，且不伴随α或β粒子发射。目前临床使用的显像设备多为射线探测器，如相机及发射计算机体层成像（emission computed tomography，ECT）等。使用ECT对组织器官进行断层探测，可得到三维立体影像，对病变组织的定位更加精确。^[43]

伽马刀又称立体定向伽马射线放射治疗系统，它将钴-60发出的射线聚焦，集中射于患者病灶，一次性、致死性地摧毁靶点内的组织，达到治疗的目的。伽马刀的单束射线剂量很小，对经过的人体正常组织几乎无伤害，具有不开刀，不出血，无痛苦、不需要麻醉、精确、安全、可靠、疗效确切、对正常组织损伤小等优点。主要用于治疗一些直径较小的肿瘤。^[44]

电离辐射中的核技术在农业领域已经广泛应用于辐照育种、食品灭菌、食品保鲜、病虫害防治、低剂量辐照增产、农用同位素示踪和核分析等多个方面。^[45][46]

在日常生活中，普通人员对天然的辐射（宇宙射线、地球辐射源和体内放射物质）是无法避免的，来自天然辐射的个人年有效剂量全球平均约为2.4mSv（1Sv=1000mSv），其中，来自宇宙射线的为0.4mSv，来自地面γ射线的为0.5mSv，吸入（主要是氡dōng）产生的为1.2mSv，食入为0.3mSv。可以看出氡是天然辐射中最主要的来源。少量的辐射照射不会危及人体健康。^[32][3]而医疗上的放射(X光诊断，CT诊断，肿瘤放射治疗等)，在一定剂量内对人体健康同样是耐受的。^[32]日常生活中，一次胸部、口腔、四肢X射线诊断的有效剂量为0.01mSv；头部和颈部X射线诊断为0.1mSv；乳腺和腹部X射线诊断、头部CT扫描为1mSv；腹部CT、胃钡bèi餐、钡灌肠为10mSv；乘坐飞机旅行2000公里约0.01mSv；每天吸烟20支，一年约有0.5mSv。^[3]而有些地区，因地壳中有丰富的放射性矿藏(如铀、和铺矿)，其照射量率远高于一般地区。该类地区，通常称为高本底地区。如在印度喀拉拉邦和马都拉斯邦的独居石区，平均剂量当量率高达1300毫雷姆(13毫希)，即高于一般地区本底10倍以上。^[11]

平时大家经常说到的20mSv，指的就是职业工作人员每人每年的有效剂量限值，这一限值应该说是很低的。^[18]此外，而涉核作业人员，接触核辐射的概率将会增加，例如放射性物质开采、冶炼作业、稀土矿等，参与核电站、核反应堆工作，也是较多接触的一类工作人员。此外参与核研究的科研人员，例如放射性元素研究等实验人员也是受到核辐射影响较高的人群。^[28][32][11]

核辐射对人员的杀伤作用主要是中子、射线照射到人体组织，人体组织细胞受到它们所产生的电离作用后，直接破坏了机体组织细胞的蛋白质、核蛋白及酶等具有生命功能的物质，导致细胞的变异和死亡，使机体中的水分子产生许多有强氧化性、高毒性的自由基或过氧化合物，破坏了人体组织的分子。^[18]当受到早期核辐射剂量很大时，机体组织的大量细胞遭到破坏，就会导致机体生理机能改变和失调（例如造血功能发生障碍，肠胃功能紊乱，以至中枢神经系统紊乱等），发生一种全身性的特殊的疾病一一急性放射病。^[47]

核辐射对环境产生的危害主要来自人工辐射源，以核爆炸的沉降物(以锶sī-90和铯sè-137为最显著)；其次是核工业排放的“三废”。核爆炸造成的环境污染是世界性的。据不完全统计，苏联和美国已进行了700多次核武器试验，其中300多次是在大气层中进行的，裂变当量相当于200百万吨梯恩梯(TNT)，注入高空平流层的锶-90估计可达14.8百万居里(5.5×1017贝可)。另外，在核燃料及放射性核素的生产和应用中，对含放射性物质的废水、废气和固体废物的处理不当或发生事故等，也是造成人为的环境污染的重要原因。^[11]

而人体器官抵御核辐射的能力并不相同，例如头发暴露在200rem或更高的辐射下，会快速、成簇地脱落。大脑由于脑细胞不会繁殖，因此除非暴露量达到5000rem或更高，否则不会直接受损。但与心脏一样，核辐射会杀死神经细胞和小血管，从而导致癫痫发作，立即死亡。此外，甲状腺对于不同类型的辐射源反应有所差别，其对放射性碘的反应较大，一定剂量的放射性可以破坏全部或部分甲状腺。^[48]

至于人类的血液系统当接触到大约100rem是，血液中的淋巴细胞就会减少，使受害者更容易受到感，因此轻度放射病。放射病的早期症状与流感相似，除非进行血细胞计数，否则可能会被忽视。根据广岛和长崎的数据，症状可能持续长达10年，并且还可能增加患白血病和淋巴瘤的长期风险。^[48]

当心脏接触到1000至5000rem的放射性物质会立即损害小血管，直接导致心力衰竭和死亡。^[48]而当受害者的暴露量达到200rem或更多时，会导致肠道内壁的辐射损伤，伴随恶心、血性呕吐和腹泻。辐射将开始破坏体内快速分裂的细胞。这些包括血液、胃肠道、生殖细胞和毛细胞，并最终损害存活细胞的DNA和RNA。^[48]由于生殖道细胞分裂迅速，身体的这些区域在暴露量水平低至200rem时就会受到损害。长时间后，一些放射病患者将导致不育。^[48]

当一个人暴露在核辐射污染时间过久或者超过容忍剂量，一般而言会在几个小时之内出现头晕、呕吐的症状，随后还会把伴随腹泻、头疼以及发烧。在出现了初期症状之后，患者很可能会在短时间之内没有任何的病症，但是在几个星期之内，患者会出现极为严重而且不一样的病兆。要是患者受到的剂量很高，前面提到的这些病兆出现地可能也会比较快、患者内部器官广泛受损。一个健康的成人可容忍的辐射剂量大约是4戈瑞（1焦耳/千克，Gy），超过这个剂量，致死率可以达到50%。虽然在治疗癌症的时候，时常用到辐射治疗，而一般每次治疗使用的剂量是介于1到7戈瑞。但是医疗用辐射不但是经过精密地计算、仔细地控制，而且通常是集中在人体的某个小部分。^[49]

因此，把人体受到核辐射危害根据损伤程度可以分为轻度、中度、重度、极重度四个等级，在极重度放射病中又可分为极重度骨髓型、肠型和脑型放射病。^[33][47]轻度损伤可能发生轻度急性放射病，如乏力、不适、食欲减退等；中度损伤能引起中度急性放射病，如头昏乏力、恶心呕吐、白细胞数下降等；而重度损伤会导致重度急性放射病，虽经过治疗，但受照者有半数可能在30天内死亡，其余50%能恢复。表现为多次呕吐，可有腹泻，白细胞数明显下降；极重度损伤会引起极重度放射性病，死亡率很高，可出现多次吐泻休克，白细胞数急剧下降；一般核事故和原子弹爆炸的核辐射都会造成人员的立即死亡或重度损伤，还会引发癌症、不育、畸形胎等。^[33]

注：表格内信息来源^[48]

有记录记载，世界范围内能够救治存活的核辐射剂量是：全身一次照射不超过800rem。^[32]

中国《放射卫生防护基本标准》（GB4792-84）与《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871一2002），确立了个人剂量限值，确保受照射人员所接收的当量剂量不超过规定的限值。^[16]在日常生活中，职业工作人员的有效剂量限值规定为连续5年内平均每年不超过20mSv，单独一年可以稍高，但不应超过50mSv。对公众个人则规定连续5年内平均每年不超过1mSv。^[6]同时规定任一器官或组织所受的年剂量当量不得超过限值，眼晶体不超过150mSv（15rem），其他单个器官或组织不超过500mSv（50rem）。^[11][17]在某些情况下，工作场所(核电站)或者生活中发生过核爆或者核污染的城市会在天然辐射之外接触到更多的辐射。只要人体受到的辐射量不超过一定的标准(小于1000毫希)，就可以认为是安全的。一般来说，小于1000毫希的照射量，可引起轻微的不适，但可以不通过治疗就能好转。^[32]在不发生核爆炸等危险情况下，人们日常注意不要长时间待在医院放射科室附近，以及穿着外套，并及时清洗即可，同时注意核辐射的内、外照射防护。^[6][33]

由于内照射是放射性物质进入体内产生的，所以控制内照射的基本原则是防止或减少放射性物质进入体内。放射性物质进入体内的途径主要有呼吸吸入、口腔食入和皮肤进入三种。^[18]

呼吸进入，简称吸入，指放射性物质，包括气体、气溶胶、蒸汽或微小液体、固体粉尘微粒等经过呼吸道被人体吸入。被吸入人体后，放射性气体一般依据其理化性质的不同，进入人体循环系统的数量有很大差别，有些立即被排出，有些则能进入肺部并全部进入血液；粒径较大的气溶胶可能被上呼吸道截留，只有粒径较小的气溶胶粒子才能进入肺泡而转入血液。^[18]

口腔进入，简称食入，指放射性物质通过口腔进入人体。放射性物质通过食入途径进入人体，很少是因为食用或饮用受到放射性物质污染的食物或水，更多时候是因为手或手套接触放射性物质后无意触摸嘴角或嘴唇，从而导致放射性物质进入口腔而被食入。^[18]

皮肤进入，简称皮入，指放射性物质通过皮肤创伤处直接进入或渗透皮肤进入人体血液。当皮肤破裂、被刺伤或擦伤时，放射性物质可能进入皮下组织，然后被体液所吸收。完好的皮肤是一道有效防止大部分放射性核素进入体内的屏障，但是水、碘蒸气、碘溶液或碘化物溶液可以透过完好的皮肤而被吸收。^[18]

针对不同的入体途径有各自具体的防护措施，防吸入的一般措施是要尽量防止和减少空气污染，并对已污染的空气要进行净化和稀释，降低空气中放射性核素的浓度到规定的水平；采用手套箱或通风柜操作放射性物质；使用个人防护用品等。防食入的一般措施是禁止在放射性工作场所进食、饮水和吸烟，并在操作放射性物质时，严格按要求戴手套，事后要认真洗手；不许穿工作服进入食堂和宿舍；防止食用水源受到污染等。防皮入的一般措施是皮肤发生创伤时，要妥善包扎好并戴上手套；不允许用有机溶剂洗手，避免增加皮肤的渗透性等。^[18]

时间防护

时间防护主要指控制受照时间。由于受照剂量的大小与受照时间成正比，也就是说，在一定的照射条件下，照射时间越长，受照剂量就越大。因此在满足工作需要的条件下，应当尽量缩短受照时间。具体方法很多，如熟练业务，提高作业效率，特别是对于较为复杂的操作，还必须事先进行不加放射性物质的空白操作演练，以提高操作熟练程度和操作速度，从而达到有效缩短受照时间的目的；当辐射水平高、操作时间长时，可采取轮换作业的方式，限制每人的操作时间，减少受照剂量，避免在放射源旁作不必要的停留。^[18]

距离防护

距离防护主要指增大辐射源与操作人员之间的距离。外照射剂量与离开辐射源的距离直接相关。对于一个点源来说，在某点产生的照射剂量同该点与辐射源距离的平方成反比，即距离增加1倍，照射剂量将降低为原来的1/4。由此可见，距离增大，人员所受剂量明显减少，这称为距离防护。在实际工作中，可使用远距离操作工具，如长柄钳、机械手、远距离自动控制装置；人员经常活动的场所与放射源保持足够的距离等。^[18]

屏蔽防护

屏蔽防护，就是在辐射源和人之间增加一定厚度的屏蔽材料。时间防护和距离防护虽然是十分有效、经济的方法，但存在着局限性。有时，当操作的空间有限或辐射源的强度较大时，单靠缩短时间和增大距离不能满足安全防护要求，需要在人和辐射源之间设置防护屏障，这种方法叫屏蔽防护。选择什么屏蔽材料主要取决于射线种类，如屏蔽射线的材料可以根据情况选用重混凝土、铁、铅、水等。而对射线的屏蔽，则一般选用有机玻璃、铝片等轻材料，外面适当包以重材料。屏蔽中子则主要使用含硼聚乙烯、石蜡、水等。^[18]

射线防护

粒子的直接电离能力非常强，但穿透能力很弱，对于衰变产生的粒子经过10cm厚的空气层就可完全被吸收，一张普通的打印纸就可完全将其挡住。但如果放射源进入人体内部，将对局部组织器官造成重大损伤，因而要严防放射源进入人体，采用口罩、面具、手套、防沾染服等可有效防止放射性物质接触皮肤或通过呼吸道进入人体，同时应禁止在放射性工作场所进食、饮水、抽烟等，防止放射性物质通过口腔或呼吸道进入人体。^[13]

射线防护

对人体表面的裸露器官（皮肤、眼睛）构成外照射损伤，在生物组织中射程约5毫米，所以对射线的内、外照射的危险都不可忽视。^[13]对射线的防护材料是轻元素材料，如有机玻璃、铝片等轻物质。^[18]对于能量大的射线，如磷—32，切忌用铅等重元素作为防护材料，因为能量大的射线打到重元素上会发生韧致辐射，即具有高能量的带电粒子急剧减速时发出的电磁辐射，而产生射线。^[13]

射线防护

与、等带电粒子相比，射线在空气中能穿行十几米，穿透能力很强，几MeV的射线能够穿透几厘米至十几厘米的金属、几百米的空气层，完全贯穿人体骨骼，对近的和较远的物体都能造成危害。由于射线的直接电离能力很弱，穿透能力很强，相对而言，在实际工作中，射线的外照射危害更大，必须采取物质屏蔽、控制时间、增加距离等方法加以防护。^[13][18]防护材料需为重元素材料，如铅、钢筋水泥。^[13]

中子防护

中子的穿透能力很强，虽然直接电离能力很弱，但间接电离能力很强，因而中子的外照射和内照射危害都很大。从工作实际的角度出发，中子内照射的情况极少出现，主要的实际危害是外照射。能够有效屏蔽中子的材料有水、石蜡、聚乙烯以及含有中子吸收截面较大的（如硼等）材料的复合材料等。^[18]

1957年9月，位于奥焦尔斯克(1994年之前被称之为“车里雅宾斯克-40”)的玛雅科核燃料处理厂发生事故，核事故等级达到6级。这座处理厂建有多座反应堆，用于为前苏联的核武器生产钚。作为生产过程的副产品，大量核废料被存储在地下钢结构容器内，四周修建混凝土防护结构，但负责冷却的冷却系统并不可靠，为核事故的发生埋下隐患。1957年，一个装有80吨固态核废料的容器周围的冷却系统发生故障，放射能迅速加热核废料，最终导致容器爆炸，160吨的混凝土盖子被炸上天，并产生规模庞大的辐射尘云。当时，共有近1万人撤离受影响地区，大约27万人暴露在危险的核辐射水平环境下。至少有200人死于由核辐射导致的癌症，大约30座城市从此在前苏联的地图上消失。直到1990年，前苏联政府才对外公布克什特姆核灾难的严重程度，在克什特姆，面积巨大的东乌拉尔自然保护区(也被称之为“东乌拉尔辐射区”)因为这场核事故受到放射性物质铯-137和锶-90的严重污染，被污染地区的面积超过300平方英里(约合800平方公里)。^[50][51]

1957年10月5日的温斯乔（Windscale）英国历史上最严重的核事故，也是世界上最严重的核事故之一，在国际核事件等级中，严重程度为7级中的1级，火灾发生在英格兰西北海岸坎伯兰（现为坎布里亚郡塞拉菲尔德）的两桩场地的1号机组。这两个石墨慢化反应堆，当时被称为“桩”，是作为英国战后原子弹项目的一部分建造的。1号桩于1950年10月投入使用，随后2号桩于1951年6月投入使用。大火燃烧了三天，并释放出放射性沉降物，蔓延到英国和欧洲其他地区’放射性同位素碘-131可能导致甲状腺癌。此后，高度危险的放射性同位素钋-210也被检测出来。据估计，此次辐射泄漏可能至少引起了另外240例癌症病例，其中100至240例存在生命危险。^[14]

1979年3月28日，美国三里岛核电站发生了严重事故，反应堆堆芯的一部分熔化坍tān塌，但由于一回路压力边界和安全壳的包容作用，泄漏到周围环境中的放射性核素微乎其微，没有对环境和公众的健康产生危害，仅有3名电站工作人员受到略高于季度剂量管理限值的辐射照射。方圆80公里的200万居民中，平均每人受到的辐射剂量小于戴一年夜光表或看一年彩电所受到的辐射剂量。^[15]

1977年，捷克斯洛伐克(现在的斯洛伐克)博胡尼采（Bohunice）核电站发生事故。当时，核电站最老的A1反应堆因温度过高导致事故发生，几乎酿成一场大规模环境灾难。A1反应堆也被称之为“KS-150”，由前苏联设计，虽然独特但并不成熟，从一开始就种下灾难的种子。A1反应堆的建造开始于1958年，历时16年。未经验证的设计很快就暴露出一系列缺陷，在投入运转的最初几年，这个反应堆曾30多次无缘无故关闭。1976年初，反应堆发生气体泄漏事故，导致两名工人死亡，仅一年之后，这座核电站又因燃料更换程序的缺陷和人为操作失误发生事故，当时工人们居然忘记从新燃料棒上移除硅胶包装，导致堆芯冷却系统发生故障。排除污染的工作仍在继续，要到2033年才能彻底结束。^[52]

1984年，摩洛哥的穆罕默迪耶（Mohammedia）发电厂发生了一起严重的辐射事故，1人死于铱yī-192辐射过度暴露而引起的肺出血。其他人也接受了需要医疗护理的大量过量辐射，三人被送往巴黎居里研究所接受辐射中毒治疗。该源用于射线照相焊缝，并与其屏蔽容器分离。由于来源是铱颗粒，本身没有表明它具有放射性的标记，一名工人将其带回了家，几个星期后，其家人一直暴露在辐射中，造成工人、他的家人和一些亲属八人在内死亡。^[53]

1986年4月26日，位于当时苏联境内的切尔诺贝利核电站第四号反应堆在低功率不当测试中失控，从而导致发生爆炸并燃起大火，反应堆建筑被摧毁，并向大气释放了大量辐射。由于忽略了安全措施，反应堆中的铀燃料过热并熔穿了防护屏障，事故发生后不久，国际原子能机构立即向苏联提供援助。^[54]在核电站工作人员和事故抢险人员中，有28人由于受到非常高的辐射剂量而死亡，紧急撤离了电站附近的11.6万居民，事故的主要原因有两个方面：一是运行人员在试验停电条件下发电机转子靠自身的转动惯性能继续供电多长时间的过程中，严重违反操作规程，切断了所有安全控制系统，致使安全保护系统不能启动，二是反应堆（压力管式石墨慢化沸水堆）安全设计上存在严重的缺陷。^[15]

切尔诺贝利事故后，原子能机构起草了得到成员国批准的两项公约，即《及早通报核事故公约》和《核事故或辐射紧急情况援助公约》，这两项公约建立起应急通报、信息交流和应请求提供国际援助的国际框架。这两项公约授权原子能机构作为协调这些活动的国际中心。2003年，原子能机构与受影响最严重国家（白俄罗斯、俄罗斯和乌克兰）的政府以及相关国际组织合作设立了切尔诺贝利论坛，以解决恢复运行问题并开展对受影响区域进行的放射性评定。^[54]

戈亚尼亚事故是1987年9月13日在巴西戈亚斯州戈亚尼亚发生的放射性污染事故，当时该市一个废弃的医院场地被盗了一个不安全的放射治疗源。随后被许多人处理，导致四人死亡。大约249人接受了放射性污染检查，其中1人被发现受到污染。^[55][56]

2010年4月7日，当时一名废品经销商和几名员工由于辐射受伤生病，随后的调查中检测到一种强放射性的钴同位素(钴60)，这种同位素通常用于医疗目的和工业上的特定用途。虽然最初的报道否认了放射性排放，并将该事件描述为轻微的化学泄漏，但随后证实了钴60和“急性辐射”的存在，随后核专家小组在附近确定了11个辐射源，而调查机构无法立即确定放射性物质最终流入马亚普里的来源时，在当地和国家首都地区的社区引发了恐慌。^[57]

2011年3月11日，日本发生了地震，这也被称为日本东部（东北）大地震。随地震发生了海啸，导致海浪高达10米以上，地震和海啸的双重冲击和影响给日本东北部造成了惨重的生命损失和广泛的破坏。^[58]

原子能机构事件和应急中心在维也纳时间约8时15分收到国际地震安全中心发送的关于日本主岛本州岛东海岸附近发生9.0级地震的信息，随后，福岛第一核电站发生事故，该事故最终被归类为国际核和放射事件分级表的7级事故，即重大事故。^[58]