李泳的博客之二——我們能承受多大的核輻射？

   昨天聽Muller教授講了核電站的反應(yīng)堆不會(huì)像原子彈那樣爆炸，但核輻射的危險(xiǎn)依然存在。今天我們就接著聽M老師講輻射，還是他給未來總統(tǒng)的講課。

    人們對放射性幾乎有著先天的恐懼。放射性不僅是潛藏的威脅，也是潛藏的攻擊。基因悄無聲息地變異，直到10年或20年后，當(dāng)癌變最終發(fā)生，它才顯露出來。

放射性是原子核的爆炸，最有名的放射性原子有：鈾、钚、碳同位素、鍶90，還有更新近的釙210，曾被用來謀害俄羅斯反情報(bào)官員利特維連科（Alexander Litvinenko）。

  輻射是指核爆炸后飛出的碎片。和手榴彈一樣，造成傷害的正是爆炸的碎片。它們就仿佛榴霰彈、彈片和子彈，以巨大的速度飛濺出來，有時(shí)甚至接近或等于光速（如伽瑪射線，本身就是光子）。這些碎片穿進(jìn)你的身體，撕裂你的分子。如果足夠多的細(xì)胞被殺死，你也會(huì)很快死去。小一些的傷害也將引發(fā)癌變。

致癌輻射劑量

    我們用單位雷姆（rem）來度量輻射對人體的傷害劑量。【rem即人體倫琴當(dāng)量,R?ntgen equivalent man?，這個(gè)單位現(xiàn)在被西弗（Sv）取代了：1Sv= 100rem。】如果你遭受的全身劑量為100雷姆，可能不會(huì)有什么感覺。你的身體會(huì)修復(fù)大部分傷害，不會(huì)讓你得病。若遭到200雷姆的打擊，你就會(huì)生病，那種病叫輻射中毒或輻射病。你的頭發(fā)會(huì)脫落，你會(huì)感到惡心、疲倦。如果你認(rèn)識(shí)做輻射治療的人（通常是為了殺死癌細(xì)胞），就見過這些癥狀。惡心的部分原因是，你的生理系統(tǒng)在勞碌地修復(fù)輻射的傷害，占用了其他劇烈活動(dòng)（如消化）的能量。

    當(dāng)劑量超過200雷姆，你可能會(huì)死。超過300雷姆時(shí)，你暴露在輻射下的死亡幾率將超過50％，除非你得到輸血和其他強(qiáng)化治療。因?yàn)檫@個(gè)理由，300雷姆就是半數(shù)致死劑量（LD50）。暴露在1000雷姆的輻射下，幾個(gè)小時(shí)就會(huì)讓你失去活動(dòng)能力。在如此高的輻射水平下，醫(yī)療手段可能也無能為力了。

   關(guān)于這些事實(shí)，我們可以記住一句話：幾百雷姆真要命。

    不過，100雷姆以下不會(huì)引起任何癥狀。所以，我們說輻射有“閾值”效應(yīng)。閾值高是因?yàn)槟愕纳眢w強(qiáng)健。它可以應(yīng)對部分損傷，甚至能修復(fù)其中的大部分而不影響身體的正常功能。低劑量盡管可能最終增大癌變的風(fēng)險(xiǎn)（很多年以后），也不會(huì)被人注意；我們等會(huì)兒再談。多數(shù)疾病都有閾值效應(yīng)。如果你的身體能識(shí)別某種病毒，并在它繁殖之前將其殺死，你就不會(huì)患感冒了。

    認(rèn)識(shí)輻射閾值的存在是非常重要的。假定擔(dān)心恐怖分子用臟彈（一種放射性武器）來攻擊，如果輻射擴(kuò)散很廣，那么它對任何暴露的人的劑量都將減小到閾值以下。這意味著如果它以這種方式擴(kuò)散，現(xiàn)場就不會(huì)死人；實(shí)際上可能連病人也沒有。有些恐怖分子就因?yàn)檫@一點(diǎn)而對臟彈的想法感到失望。基地組織大概也正因?yàn)檫@個(gè)，才要它在美國的特務(wù)帕迪拉放棄制造臟彈的請求，轉(zhuǎn)而考慮用天然氣炸毀公寓大樓。

    有些癌癥患者害怕輻射，躲避放射性治療，那是沒道理的。怕輻射的應(yīng)該是他們的癌細(xì)胞。在輻射面前，癌細(xì)胞比正常細(xì)胞還軟弱，大概是因?yàn)樗鼈儼阉行玛惔x的能量都用來無限繁殖，而無力去修復(fù)傷害。也因?yàn)檫@一點(diǎn)，治療癌癥的最有效方法之一就是在患者能承受的范圍內(nèi)盡量多地施以輻射。

1雷姆的劑量需要多少輻射呢？我們考慮伽瑪射線，這種輻射穿透能力很強(qiáng)，而且也是核武器、輻射塵埃、臟彈和核反應(yīng)堆事故致死的主要禍根。你可以將伽瑪射線看做能量極高的X射線。為得到1雷姆的輻射，你需要將身體暴露在10萬億伽瑪射線之下！這個(gè)數(shù)字確實(shí)很大。如果告訴你切爾諾貝利的消防隊(duì)員經(jīng)歷的伽瑪射線比它還多幾百倍（大于1015），你大概會(huì)更驚訝。難怪他們都得輻射病死了。

    我們體內(nèi)都有碳，就因?yàn)樗?strong>我們身體大約每分鐘經(jīng)歷120 000次核衰變，每次衰變釋放高能電子（貝塔射線），損害周圍的細(xì)胞。但即使這樣自我暴露一年，也不到1/1000雷姆。重要的是要認(rèn)識(shí)，即使真正的強(qiáng)輻射會(huì)致命，低水平的輻射卻是自然環(huán)境的一部分。除去所有人工核源，美國人每年平均暴露在大約0.2雷姆的自然輻射下。

輻射與癌癥

   人在成年后，DNA中的一系列特殊基因會(huì)告訴細(xì)胞停止分裂，所以不再生長了。只有為著某些特殊的目的，分裂才會(huì)重新開始——例如在你需要愈合傷口或更新血液的時(shí)候。等這些事情結(jié)束了，調(diào)節(jié)基因又讓細(xì)胞停止分裂。因?yàn)橹兄辜?xì)胞擴(kuò)張那么重要，所以由幾個(gè)多余的基因來負(fù)責(zé)。假如你暴露在輻射下而且特別倒霉，那么所有這些調(diào)節(jié)基因都可能被破壞。如果這樣，細(xì)胞就會(huì)全部開始分裂、增長，但沒有什么令它們停下來。經(jīng)過十次分裂，一個(gè)細(xì)胞就會(huì)變成1000多個(gè)。再經(jīng)過十次分裂，就有了百萬細(xì)胞。它們再經(jīng)過十次分裂，細(xì)胞就達(dá)10億了。這種指數(shù)式的多余細(xì)胞的暴漲，就叫癌。

  如果基因損壞了，癌也許會(huì)很快增長，不過更可能是在幾年或幾十年之后才開始。那是因?yàn)椋芏喟┰诩?xì)胞增長完全失控之前需要兩個(gè)或更多基因突變。假如輻射引發(fā)了最終需要的基因突變，完成那致命一擊，則癌變會(huì)迅速發(fā)生。

  現(xiàn)在考慮一個(gè)悖論：輻射致癌的劑量已經(jīng)測定為約2500雷姆，那足以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)殺死輻射中毒的人。一個(gè)人如果遭受了致癌的輻射劑量，在癌變之前就會(huì)死去。

    但……但……如果說致癌劑量那么高，輻射又從何導(dǎo)致癌變呢？悖論的答案在于概率論。在小劑量下（如25雷姆，致癌劑量的1%），人不會(huì)得輻射病，因?yàn)閯┝窟h(yuǎn)低于輻射病的閾值。但即使在那個(gè)低劑量下，控制細(xì)胞增長的調(diào)節(jié)基因也會(huì)有一定幾率被輻射破壞而且不能修復(fù)。結(jié)果，1%的致癌劑量有1%的幾率導(dǎo)致最終的癌變。對更大的劑量，這個(gè)幾率也成正比地增大。4%的致癌劑量有4%的幾率引發(fā)癌變。但這比例是有極限的：暴露在100%致癌劑量的輻射下的人不可能得癌癥，因?yàn)樗麄冊趲仔r(shí)內(nèi)就死于輻射病了。

  這些結(jié)論是根據(jù)美國國家科學(xué)院“電離輻射的生物學(xué)效應(yīng)”報(bào)告（簡稱BEIR報(bào)告）得到的。但數(shù)據(jù)還存在很多不確定性。例如，我們不知道200雷姆的致癌幾率到底是4%還是12%。這引起人們爭論是否該用輻射暴露來計(jì)算預(yù)期死亡幾率。不過，將2500雷姆作為1個(gè)致癌劑量，已得到了廣泛的認(rèn)同，我們需要記住它。

    當(dāng)然，即使不暴露在人為輻射下，我們也有大約20%的死于癌變的幾率。沒人知道為什么。這20%并不來自任何確證的環(huán)境效應(yīng)。環(huán)境放射性還不足以導(dǎo)致這個(gè)結(jié)果。我們不知道哪些環(huán)境污染的效應(yīng)能累積到20%。這個(gè)數(shù)從哪兒來？這是一個(gè)科學(xué)和醫(yī)學(xué)的難題。    著名生物化學(xué)家Bruce Ames曾提出，有些癌變可能是長期暴露在氧氣的結(jié)果，就像脂肪因?yàn)檠趸冑|(zhì)腐化一樣。如果所有生長調(diào)節(jié)基因都失效了，那么即使體內(nèi)只有一個(gè)細(xì)胞，它也會(huì)開始毫無節(jié)制的分裂，從而導(dǎo)致癌變。氧是不可或缺的，所以這個(gè)理論激發(fā)一些人為了減小危害而去消費(fèi)更多的抗氧化劑。

    重復(fù)一下：我們大約20％會(huì)死于不明原因的癌癥。當(dāng)放射性引發(fā)癌變時(shí)，我們把輻射的風(fēng)險(xiǎn)加在那個(gè)基數(shù)上。放射性引發(fā)額外的癌變。假定你暴露在100雷姆的輻射下，那是致癌劑量的4％，因此你死于癌癥的幾率從“正常的”20％增大到24％。

   

切爾諾貝利事件

   

1986年，烏克蘭切爾諾貝利城附近的一座核電站發(fā)生了重大事故。反應(yīng)堆深處的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)失控，釋放出大量能量，反應(yīng)堆核心發(fā)生爆炸，大量輻射散入大氣，大概占反應(yīng)堆輻射總量的30％或更多。與烈火搏斗的幾十名消防隊(duì)員死于輻射病。

    事故的很多災(zāi)難是在最初幾個(gè)星期內(nèi)發(fā)生的。每個(gè)核只能爆炸一次，輻射源就耗盡了。15分鐘后，輻射降到初始值的四分之一；一天后，十五分之一；三個(gè)月后，不到1％。但直到今天，仍有一些殘留下來。多數(shù)輻射幾乎都隨風(fēng)飄散了，只有近地面的輻射感染到人群。很難估計(jì)人群暴露的輻射總量。估計(jì)在反應(yīng)堆附近的大約30 000人平均遭受了45雷姆的輻射，與廣島幸存者的平均輻射量差不多。注意這個(gè)平均水平還不足以引發(fā)輻射病，但暴露人群增加的癌變幾率為45/2500 ＝ 1.8％。除了6000個(gè)正常的自然癌變患者外，這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)幾率可能導(dǎo)致額外500人死于癌癥。政府決定把一生可能遭受35雷姆以上的所有區(qū)域的人都搬遷出去；到2008年，輻射已經(jīng)降到每年1雷姆以下，人們原則上可以搬回來了。

  如果把遠(yuǎn)離事故的世界其他地區(qū)（遭受的輻射量很小）也考慮進(jìn)來，預(yù)期的死亡人數(shù)還會(huì)高很多。即使25 000人平均每人遭受0.1雷姆，也會(huì)多出1個(gè)死于癌癥的人，而實(shí)際的數(shù)字更令人傷心。

  切爾諾貝利事故造成的額外癌變患者的預(yù)期總?cè)藬?shù)是多少呢？為計(jì)算這個(gè)數(shù)字，我們必須計(jì)算每個(gè)輻射區(qū)的人數(shù)，然后將他們的暴露雷姆數(shù)加起來。我們假定（根據(jù)線性效應(yīng)），每2500雷姆有一個(gè)患者。因?yàn)檫@個(gè)數(shù)字對世界共同體至關(guān)重要，人們投入了大量心血來測量輻射分布。2006年，國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA，隸屬聯(lián)合國）發(fā)表了輻射總量分布的最好估計(jì)：大約1000萬雷姆。那意味著切爾諾貝利事故導(dǎo)致的額外癌癥死亡總數(shù)將達(dá)到10 000 000除以2500，即4000。這個(gè)數(shù)字遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了鄰近區(qū)域的預(yù)期數(shù)500。

    令很多人驚奇的是，即使這個(gè)計(jì)算正確，預(yù)期的癌變患者數(shù)也準(zhǔn)確，仍然難以確定哪些人死于切爾諾貝利事故。很難從幾百萬人中找出那4000個(gè)額外的死于癌癥的人，因?yàn)槠渌虻陌┳円卜浅Ｆ毡椤Ｄ承╊愋偷陌┌Y可以歸結(jié)到這次事故。許多輻射是以放射性碘的形式釋放的，它們集中在甲狀腺，誘發(fā)甲狀腺腫瘤。甲狀腺腫瘤很少見，所以切爾諾貝利地區(qū)附近發(fā)現(xiàn)的十幾例甲狀腺腫瘤幾乎肯定可以歸因于那次事故。甲狀腺腫瘤是可以治療的，雖然有三個(gè)切爾諾貝利的患者死了。除此而外，跟廣島和長崎幸存者的癌癥情形一樣，幾乎不可能認(rèn)定任何一個(gè)死于癌癥的病人，將其原因歸結(jié)為切爾諾貝利釋放的輻射引起的病變。

    切爾諾貝利地區(qū)還有幾種疾病比輻射誘發(fā)的癌癥更糟糕，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致更多人死亡。其中兩種就是因?yàn)槲鼰熀托锞飘a(chǎn)生的癌癥和心臟病。如果說搬遷會(huì)給當(dāng)?shù)鼐用駧韷毫Γ瑥亩觿∥镔|(zhì)濫用，但這可能變成事故的更大的健康效應(yīng)。

   

放射性會(huì)傳染嗎？

    假如你暴露在某種具有放射性的東西面前，你自己會(huì)變得更有放射性嗎？你會(huì)像患感冒一樣被它“傳染”嗎？答案是否定的，放射性不會(huì)傳染——至少大多數(shù)放射性在大多數(shù)時(shí)間不會(huì)那樣。記住，放射性是原子核的爆炸，這種爆炸損害你的DNA，但不會(huì)將其他原子轉(zhuǎn)化為放射性原子。

  即使被某些放射性物質(zhì)擊中了，你也不會(huì)真的產(chǎn)生放射性，而只是被放射性塵埃污染了。如果原子彈爆炸的塵埃落到你身上，或者你在參觀核反應(yīng)堆內(nèi)部時(shí)接觸了放射性塵埃，就可能發(fā)生這樣的事情。

  有一個(gè)例外——那種輻射能使你染上放射性：中子。有些形式的放射性爆炸釋放中子，當(dāng)它們打中你的身體時(shí)，可以附著在你的原子核上，從而使那些原子具有放射性。在現(xiàn)實(shí)中，只有在大量中子的情況下才會(huì)發(fā)生這種事情，而你可能會(huì)死于輻射病。暴露在強(qiáng)中子下的物體會(huì)出現(xiàn)放射性，那主要發(fā)生在核反應(yīng)堆和核彈中。

   中子彈其實(shí)就是為了盡量減小被炸城市產(chǎn)生的放射性而設(shè)計(jì)的。與更原始的核彈產(chǎn)生的典型放射性塵埃擴(kuò)散比起來，中子彈導(dǎo)致的放射性其實(shí)非常小。

    我們有時(shí)候用放射性來殺滅食物里的細(xì)菌、病毒或昆蟲。食物不會(huì)因此而變得有放射性。然而，假如輻射很強(qiáng)，的確會(huì)破壞食物里的某些分子，所以有時(shí)會(huì)改變食物的味道。如果強(qiáng)輻射過量了，也會(huì)生成不健康的化合物。其實(shí)所有防腐劑和殺蟲劑都存在這種情況。輻射消毒已經(jīng)過了多年研究，聯(lián)合國衛(wèi)生組織認(rèn)定它是安全的，美國食品與藥物管理局、美國農(nóng)業(yè)部也都是同樣的結(jié)論。我們不但要應(yīng)對輻射的事實(shí)，還要應(yīng)對輻射的錯(cuò)誤觀念引發(fā)的恐懼。

雪中送炭、久旱逢雨，我企盼這樣的好文章回答疑問！！！

   

不知未來又會(huì)有什么事故在等著