12.6 辐射防护

来源： 课堂笔记 §3.3.3

✎ 电离辐射为何危险？ 它会从分子里扯掉电子（电离）——若击中 DNA，细胞的「图纸」可能受损。若细胞修复出错，可能导致失控分裂（癌）。频繁分裂的细胞（如骨髓、黏膜、胚胎）尤其敏感，因为它们常「用到」DNA，错误会被迅速传下去。

三大防护措施（3 个 A）：

**停留时间（Aufenthaltszeit）**尽量短 · **距离（Abstand）**尽量大 · **屏蔽（Abschirmung）**用铅、铅玻璃或钢筋混凝土。

• 为什么是停留时间？ 受到的剂量（近似）与在辐射场中的时间成正比——时间减半，剂量减半。

✎ 三个度量单位（别混！）： 贝可勒尔（Becquerel, Bq） 量的是放射源的活度 = 每秒衰变次数（$1\text{Bq}=1$ 次衰变/秒——表示源有多强）。戈瑞（Gray, Gy） 量的是吸收剂量 = 每千克组织吸收的能量（$1\text{Gy}=1\text{J/kg}$——表示到达了多少能量）。希沃特（Sievert, Sv） 量的是等效剂量 = 戈瑞再用辐射类型的生物危害性加权（α 约比 β/γ 危险 20 倍——表示造成多少生物伤害）。口诀：Bq=源，Gy=能量，Sv=生物效应。 参照：天然本底约 每年 2–3 mSv。

• 为什么屏蔽偏用铅/混凝土？ 又重又密的材料（单位体积电子多）对辐射的减速和吸收最强。✎ 射程经验：α 一张纸 / 皮肤即可挡住；β 几 mm 铝即可；γ 需厚铅或厚混凝土（γ 穿透力最强）。
• 距离起平方作用——这是最有效的一招：

$$I\propto \frac{1}{r^2}$$

✎ 为什么是平方？（与万有引力、库仑定律同理）

1. 点源向各方向均匀辐射——辐射散布在一个球面上。
2. 球面积 $O=4\pi r^2$——随距离的平方增长。
3. 同样多的「辐射量」散布在 $r^2$ 倍大的面上 → 单位面积强度按 $1/r^2$ 减小。
4. 具体说： 距离加倍 → $2^2=4$ 倍面积 → 强度只剩四分之一；距离三倍 → 剩 $1/9$。所以后退一步就帮助巨大。

体内摄入——来自内部的危险

这 3 个 A 只对来自体外的辐射有效。一旦放射性物质进入体内，就称为**体内摄入（Inkorporation，**拉丁语 in corpore = 「在体内」）——此时 3 个 A 全部失效。摄入途径有：吸入（空气、粉尘）、饮食（受污染的食物）、开放性伤口。

为什么如此危险？逐步来看：

1. 距离不再起作用：放射源此刻就在组织内（$r\to 0$——$1/r^2$ 法则让剂量变得极大）。
2. 屏蔽不再起作用：中间不再隔着铅，而是敏感的器官组织紧贴在旁。
3. 停留时间不再能自由选择：物质要等到放射性衰变或被生物排出才离开——你无法一走了之。
4. 尤其棘手的是 α 放射体。α 粒子在体外无害（皮肤就能挡住，见上文射程）——但在体内，它们在极短距离上把全部能量直接释放进活组织，造成最大的损伤。

✎ 两个经典例子：

• 氡（${}^{222}\text{Rn}$）——一种来自土壤的放射性惰性气体（铀衰变系的一环），会在地下室积聚并被吸入；它是继吸烟之后肺癌的第二大成因。
• 碘-131——被身体当作普通碘对待，专门富集在甲状腺（见 §12.7 的算例）。因此核事故后会发放碘片（非放射性碘），预先「饱和」甲状腺，使放射性 I-131 不再被吸收。