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堆不會像原子彈那樣爆炸，但核輻射的危險依然存在。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，當癌變最終發生，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）。這些碎片穿進你的身體，撕裂你的分子。如果足夠多的細胞被殺死，你也會很快死去。小一些的傷害也將引發癌變。

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即人體倫琴當量,R?ntgen equivalent man?，這個單位現在被西弗（Sv）取代了：1Sv= 100rem。】如果你遭受的全身劑量為100雷姆，可能不會有什么感覺。你的身體會修復大部分傷害，不會讓你得病。若遭到200雷姆的打擊，你就會生病，那種病叫輻射中毒或輻射病。你的頭發會脫落，你會感到惡心、疲倦。如果你認識做輻射治療的人（通常是為了殺死癌細胞），就見過這些癥狀。惡心的部分原因是，你的生理系統在勞碌地修復輻射的傷害，占用了其他劇烈活動（如消化）的能量。

    當劑量超過200雷姆，你可能會死。超過300雷姆時，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化治療。因為這個理由，300雷姆就是半數致死劑量（LD50）。暴露在1000雷姆的輻射下，幾個小時就會讓你失去活動能力。在如此高的輻射水平下，醫療手段可能也無能為力了。

   關于這些事實，我們可以記住一句話：幾百雷姆真要命。

    不過，100雷姆以下不會引起任何癥狀。所以，我們說輻射有“閾值”效應。閾值高是因為你的身體強健。它可以應對部分損傷，甚至能修復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險（很多年以后），也不會被人注意；我們等會兒再談。多數疾病都有閾值效應。如果你的身體能識別某種病毒，并在它繁殖之前將其殺死，你就不會患感冒了。

    認識輻射閾值的存在是非常重要的。假定擔心恐怖分子用臟彈（一種放射性武器）來攻擊，如果輻射擴散很廣，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散，現場就不會死人；實際上可能連病人也沒有。有些恐怖分子就因為這一點而對臟彈的想法感到失望。基地組織大概也正因為這個，才要它在美國的特務帕迪拉放棄制造臟彈的請求，轉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。怕輻射的應該是他們的癌細胞。在輻射面前，癌細胞比正常細胞還軟弱，大概是因為它們把所有新陳代謝的能量都用來無限繁殖，而無力去修復傷害。也因為這一點，治療癌癥的最有效方法之一就是在患者能承受的范圍內盡量多地施以輻射。

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，而且也是核武器、輻射塵埃、臟彈和核反應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！這個數字確實很大。如果告訴你切爾諾貝利的消防隊員經歷的伽瑪射線比它還多幾百倍（大于1015），你大概會更驚訝。難怪他們都得輻射病死了。

    我們體內都有碳，就因為它，我們身體大約每分鐘經歷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。重要的是要認識，即使真正的強輻射會致命，低水平的輻射卻是自然環境的一部分。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告訴細胞停止分裂，所以不再生長了。只有為著某些特殊的目的，分裂才會重新開始——例如在你需要愈合傷口或更新血液的時候。等這些事情結束了，調節基因又讓細胞停止分裂。因為中止細胞擴張那么重要，所以由幾個多余的基因來負責。假如你暴露在輻射下而且特別倒霉，那么所有這些調節基因都可能被破壞。如果這樣，細胞就會全部開始分裂、增長，但沒有什么令它們停下來。經過十次分裂，一個細胞就會變成1000多個。再經過十次分裂，就有了百萬細胞。它們再經過十次分裂，細胞就達10億了。這種指數式的多余細胞的暴漲，就叫癌。

  如果基因損壞了，癌也許會很快增長，不過更可能是在幾年或幾十年之后才開始。那是因為，很多癌在細胞增長完全失控之前需要兩個或更多基因突變。假如輻射引發了最終需要的基因突變，完成那致命一擊，則癌變會迅速發生。

  現在考慮一個悖論：輻射致癌的劑量已經測定為約2500雷姆，那足以在幾個小時內殺死輻射中毒的人。一個人如果遭受了致癌的輻射劑量，在癌變之前就會死去。

    但……但……如果說致癌劑量那么高，輻射又從何導致癌變呢？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%），人不會得輻射病，因為劑量遠低于輻射病的閾值。但即使在那個低劑量下，控制細胞增長的調節基因也會有一定幾率被輻射破壞而且不能修復。結果，1%的致癌劑量有1%的幾率導致最終的癌變。對更大的劑量，這個幾率也成正比地增大。4%的致癌劑量有4%的幾率引發癌變。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，因為他們在幾小時內就死于輻射病了。

  這些結論是根據美國國家科學院“電離輻射的生物學效應”報告（簡稱BEIR報告）得到的。但數據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算預期死亡幾率。不過，將2500雷姆作為1個致癌劑量，已得到了廣泛的認同，我們需要記住它。

    當然，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境效應。環境放射性還不足以導致這個結果。我們不知道哪些環境污染的效應能累積到20%。這個數從哪兒來？這是一個科學和醫學的難題。    著名生物化學家Bruce Ames曾提出，有些癌變可能是長期暴露在氧氣的結果，就像脂肪因為氧化而變質腐化一樣。如果所有生長調節基因都失效了，那么即使體內只有一個細胞，它也會開始毫無節制的分裂，從而導致癌變。氧是不可或缺的，所以這個理論激發一些人為了減小危害而去消費更多的抗氧化劑。

    重復一下：我們大約20％會死于不明原因的癌癥。當放射性引發癌變時，我們把輻射的風險加在那個基數上。放射性引發額外的癌變。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生了重大事故。反應堆深處的鏈式反應失控，釋放出大量能量，反應堆核心發生爆炸，大量輻射散入大氣，大概占反應堆輻射總量的30％或更多。與烈火搏斗的幾十名消防隊員死于輻射病。

    事故的很多災難是在最初幾個星期內發生的。每個核只能爆炸一次，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；三個月后，不到1％。但直到今天，仍有一些殘留下來。多數輻射幾乎都隨風飄散了，只有近地面的輻射感染到人群。很難估計人群暴露的輻射總量。估計在反應堆附近的大約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。注意這個平均水平還不足以引發輻射病，但暴露人群增加的癌變幾率為45/2500 ＝ 1.8％。除了6000個正常的自然癌變患者外，這個風險幾率可能導致額外500人死于癌癥。政府決定把一生可能遭受35雷姆以上的所有區域的人都搬遷出去；到2008年，輻射已經降到每年1雷姆以下，人們原則上可以搬回來了。

  如果把遠離事故的世界其他地區（遭受的輻射量很小）也考慮進來，預期的死亡人數還會高很多。即使25 000人平均每人遭受0.1雷姆，也會多出1個死于癌癥的人，而實際的數字更令人傷心。

  切爾諾貝利事故造成的額外癌變患者的預期總人數是多少呢？為計算這個數字，我們必須計算每個輻射區的人數，然后將他們的暴露雷姆數加起來。我們假定（根據線性效應），每2500雷姆有一個患者。因為這個數字對世界共同體至關重要，人們投入了大量心血來測量輻射分布。2006年，國際原子能機構（IAEA，隸屬聯合國）發表了輻射總量分布的最好估計：大約1000萬雷姆。那意味著切爾諾貝利事故導致的額外癌癥死亡總數將達到10 000 000除以2500，即4000。這個數字遠遠超過了鄰近區域的預期數500。

    令很多人驚奇的是，即使這個計算正確，預期的癌變患者數也準確，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個額外的死于癌癥的人，因為其他原因的癌變也非常普遍。某些類型的癌癥可以歸結到這次事故。許多輻射是以放射性碘的形式釋放的，它們集中在甲狀腺，誘發甲狀腺腫瘤。甲狀腺腫瘤很少見，所以切爾諾貝利地區附近發現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，幾乎不可能認定任何一個死于癌癥的病人，將其原因歸結為切爾諾貝利釋放的輻射引起的病變。

    切爾諾貝利地區還有幾種疾病比輻射誘發的癌癥更糟糕，因為它們會導致更多人死亡。其中兩種就是因為吸煙和酗酒產生的癌癥和心臟病。如果說搬遷會給當地居民帶來壓力，從而加劇物質濫用，但這可能變成事故的更大的健康效應。

   

放射性會傳染嗎？

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

  即使被某些放射性物質擊中了，你也不會真的產生放射性，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堆內部時接觸了放射性塵埃，就可能發生這樣的事情。

  有一個例外——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，當它們打中你的身體時，可以附著在你的原子核上，從而使那些原子具有放射性。在現實中，只有在大量中子的情況下才會發生這種事情，而你可能會死于輻射病。暴露在強中子下的物體會出現放射性，那主要發生在核反應堆和核彈中。

   中子彈其實就是為了盡量減小被炸城市產生的放射性而設計的。與更原始的核彈產生的典型放射性塵埃擴散比起來，中子彈導致的放射性其實非常小。

    我們有時候用放射性來殺滅食物里的細菌、病毒或昆蟲。食物不會因此而變得有放射性。然而，假如輻射很強，的確會破壞食物里的某些分子，所以有時會改變食物的味道。如果強輻射過量了，也會生成不健康的化合物。其實所有防腐劑和殺蟲劑都存在這種情況。輻射消毒已經過了多年研究，聯合國衛生組織認定它是安全的，美國食品與藥物管理局、美國農業部也都是同樣的結論。我們不但要應對輻射的事實，還要應對輻射的錯誤觀念引發的恐懼。

雪中送炭、久旱逢雨，我企盼這樣的好文章回答疑問！！！

   

不知未來又會有什么事故在等著