辐射本来离咱们很近—辐射与生活

漫随

在今日，辐射普遍被应用在各式现代化设备，若能够对它有正确的认知，注意安全防护，我们便可以安心享受其所带来的各种便利。
张仕康、门立中
辐射在我们生活周遭无所不在，举凡太阳光、灯光、X射线、γ射线（伽玛射线）、微波、雷达、电视与调频无线电波、手机用低频通讯电波、地壳辐射、氡气或人体内「钾–40」元素所产生的辐射均属之。因此若我们能够对辐射有正确的认知、因势利导，便能利用它增进生活利益，并避免身体健康的损害。
什么是辐射？
辐射是一种能量传递的形式。通常依能量高低，可区分为游离辐射（＞10 keV）与非游离辐射（＜10 keV）两大类。其中游离辐射又可分为不具质量的电磁辐射（如γ射线、X射线）与带有质量的粒子辐射（如α粒子、β粒子、中子、高速电子、高速质子及其他粒子）两种；非游离辐射则是紫外线、可见光、红外线、微波、雷达波、电视，以及广播电台所使用调频（FM）无线电波、调幅（AM）无线电波、长波无线电波等。一般人所常接触到的各类辐射如图一所示。

图一：电磁波能谱图。
以来源来说，辐射可区分为天然辐射（如宇宙射线、地壳辐射、氡气、人体辐射），与人造辐射（如医疗辐射、核能发电、核爆落尘、加速器制造之核种）。天然的宇宙射线，源自天体各恒星不断进行核融合，像是一座座活的核反应炉，不断反应，放出光、热以及各种放射线；地壳射线来自地球矿区含有铀、钍系列等放射性元素，进行连锁反应而释出各种放射线；人体辐射则是因饮食间，摄入含放射性同位素「钾–40」累积在体内造成的。
游离辐射产物种类及性质
因为核辐射的能量在百万电子伏特（MeV）的范围；原子辐射的能量在千电子伏特（keV）的范围。这些游离辐射可游离物质之分子，产生正负离子对，照射生物体时，与细胞中的重要分子（如DNA）作用，可使分子键断裂，干扰生物体内结构，引起生物效应，直接危害人体健康。游离辐射随时随地都存在，但因我们察觉不到，所以没有警觉，等到身体受害，可能已为时过晚。因此在辐射领域内可说是最危险的部分，故有必要了解它们是什么，以及有何性质。
游离辐射产物大致来说可分为α射线（阿法射线）、β射线（贝他射线）、γ射线、X光及中子。α射线为钝气氦（He）的原子核，带2个正电，它对其它原子游离能力最强，但穿透力最弱，一张纸就可阻挡；β射线即电子，带一个负电，以铝板可阻挡；γ射线或X光均为光的形式释放的一种能量，穿透力最强，需要混凝土或数公厘厚铅板才可阻挡。这些射线都由很小的粒子构成，看不见、摸不到、嗅不到，需借助辐射侦检仪器才可知道它们的存在（图二）。

图二：三种游离辐射的穿透性。α粒子可被纸所阻挡，β粒子可被铝箔所阻挡，γ射线则具有高度穿透性。
辐射的单位及单位换算
「剂量」是用来表示人体接受辐射多寡的量；一般常用「等效剂量」表示不同种类的辐射对人体产生相同之生物效应。过去常被使用的单位是「仑目」（rem），但近来已被新的国际单位是「西弗」（Sv）所取代（1西弗＝100仑目＝1000毫西弗＝1000000微西弗）。
「活度」是放射性同位素在单位时间内衰变的次数，活度愈大放射性愈强。活度的国际专用单位为「贝克」（Bq，即1次衰变），另一常用的旧单位为居礼（Ci），（1居礼＝37亿贝克）。上述单位除仑目外，西弗（Sievert）、居礼（Curie）、贝克（Becquerel）均为人名借用，以兹纪念他们对辐射研究的伟大贡献。
辐射的剂量及限值
在日常生活中，人类常接触到各种辐射，不同的辐射剂量对人体也会造成不同的影响。流行病学调查指出，当短期内所接触到的辐射剂量低于100毫西弗时，对人体没有危害，而任何个人多年累积的微量辐射剂量（低于100毫西弗），也不至造成负面的健康效应。各种活动所接触之辐射剂量及限值如图三所示。法规对从事辐射相关的从业人员订定50000微西弗（即50毫西弗）年剂量的上限，一般民众更低到5000微西弗，以兹保护大众不受辐射伤害。电脑断层扫描则视扫瞄区域多寡，自2000至1万6000微西弗不等，而癌症放射治疗一次更高达200万微西弗，因治病所接受的剂量不在管制范围内，但不必要的断层扫描能免则免，避免遭到辐射伤害。
辐射防护方法
辐射防护可区分为体内及体外防护；体内防护方法为避免放射性物质经由呼吸、饮食或经由皮肤渗入体内，所以可视作业场所需要穿着防护衣、戴防护手套、戴呼吸防护面具、工作区禁止吸烟及饮食、工作后吃东西前要洗手等；体外防护采取远离辐射源（辐射剂量与距离平方成反比）、减少辐射照射时间与增加屏蔽阻挡辐射等三种方法遂行辐射防护。
辐射在生活中的应用

图三：辐射剂量限值图。具「限值」名称之项目为政府制定的上限标准，其它项目为从事各该活动所接受的剂量近似值。
不同频率、来源的辐射，所造成的效应不尽相同，因此也有不一样的用途，在此介绍在生活上常接触的各式辐射应用，使读者能够了解辐射在我们身边所扮演的角色。
烟雾侦检器：现代建筑物中使用最广泛的消防设备，里面含有低放射活度的鋂–241（Am-241）射源，鋂–241放出α粒子而游离烟雾侦检器内的空气，使空气具导电性，任何进入侦检器内的烟雾微粒会抑低电流而启动警报，告知火警。
手表及时钟：旧式手表和时钟用镭–226当夜光的光源，当要维修这些钟表时，镭–226可能会被碰触或摄入体内，造成辐射伤害，现代则改用氚（H-3 ，一种氢的同位素）或巨–147（Pm-147, Promethium）。
陶瓷器：包含磁砖、陶器等，一些陶瓷器为了美观，添加含有铀、钍、钾等放射线的釉料，可烧出色彩艳丽的产品，这种产品避免当食器使用，以免摄入放射性物质。
玻璃：含铀的玻璃可制成黄色或绿色的古董器皿，它在黑暗中会发出吸引人的光；甚至普通玻璃亦包含足够高的钾–40或钍–232，能被侦测器量到辐射；早期60年代照相机镜头经常使用钍–232涂装以改变其折射率。
电焊条：电焊使用的焊条中钍元素约占2％，约含30微居礼的放射活度，添加钍的原因是增加交流电流的运送容量及减少电极的腐蚀。
肥料：商业肥料被设计为含有各种氮、磷、钾等特殊用途的配比，实际上当中含有放射性成分。被量到含放射性主要有两个原因：一、钾是天然的放射性元素；二、磷是从已提高铀浓度的磷矿中开采而得。
手机与基地台：手机是传送和接收微波的低功率无线电元件，频率一般介于900~1800兆赫（MHz）之间。国际间对无线电波辐射的负面健康效应有一致的共识，手机发射的无线电波能量，有一部分会被使用者头部吸收，大多属表皮组织。英国国家放射防护局建议而被英国政府所采行的头部防护标准为0.1瓦∕10克组织（六分钟平均值），此计算值是基于，即使延长使用手机，所造成的头部最大温度上升值必须小于1℃。英国实务经验指出这类似于人们正常每天身体温度的变化值范围内，且如此小的热负载变化被认为太低而不致造成负面的健康效应。民众正常由基地台天线接触到的辐射，是全身性的均匀曝露，全身质量的能量平均限值是0.4瓦∕公斤质量（15分钟平均值），使用手机传送器所产生的无线电波是如此微弱，所以只有在一个人直接在天线正前方几公尺范围内才有可能接受到超过这辐射参考指引的值。离基地台天线距离愈远辐射强度随着距离的平方成比例下降，无线电波并没有足够的能量来伤害细胞内的基因物质（染色体DNA），所以不会致癌。
变电所：电场由电压产生，一般家用两孔插座的电压为110伏特，电器设备则无论使用与否，只要在待机状态其周围便有电场，常用单位是千伏特∕公尺（KV/m ），磁场是由电流产生，电器设备在使用时即有电流流通，其周围就会产生磁场，常用单位为毫高斯；电磁场是一种非游离且无热效应的辐射，能量很弱，远比会产生温度效应的微波或光为低。所谓电磁场包含「电场」及「磁场」，电场很容易被金属外壳或钢筋混凝土墙所隔绝，一般家电及电力设备，因有金属外壳存在，故外表几乎没有电场。磁场却很难隔绝，但如方向相反、大小相同的电流所产生的磁场可相互抵消，所以三相输电的电力线比单相电力线所产生的磁场会小很多；台电公司的输电线均为三相线路，故其产生磁场经相互抵消后，实际已甚低。
依国内外资讯与文献报导，磁场与人体健康的关联性目前尚无定论，且关联性未必表示有因果关系。目前先进国家或机构对于电力磁场之限制，在此提出推荐值供参考，例如国际辐射防护协会对于一般民众全天候曝露于磁场限制之推荐值为1000毫高斯，此为世界各国中最严格的建议参考值。另外，家电产品中的吹风机及电胡刀有上万毫高斯的磁场值得注意，使用时间越短越好。
紫外线：人类曝露的紫外线主要来自阳光，依其波长及生物效应，分为近紫外线（UVA）、中紫外线（UVB）及远紫外线（UVC）三类。其中UVA是到达地球表面最多的紫外线，它对皮肤极少有效应，但其可诱发光的毒害，如诱发狼疮；UVB只占到达地球表面的10％，但其确具1000倍于UVA对日晒及相关皮肤的伤害，且会增加皮肤癌症的风险；UVC使用于杀菌灯，因其对皮肤的低穿透性所以几乎不会有伤害。大气臭氧层于清晨及下午过滤紫外光最有效，从上午十时至下午四时紫外光穿透量最大，UVB强度于海拔每升高300公尺便增加约3％，其跟光一样会从各种物体表面反射，但水蒸气不但不会吸附也不会反射很多的UVB，所以即使多云的天气也不会提供对UVB任何防护。
医疗辐射：在人造辐射中，医疗辐射占主要来源，包括X光检查、核磁共振检查、电脑断层扫描及癌症放射治疗等。医疗性辐射曝露所接受的剂量不计入法规限值。
核爆落尘：核武爆炸产生的落尘会随气流飘落世界各地，对人类影响最大，放射性物质不论降至水中或土壤，都经由食物链进入人体，造成永久性伤害。
民生应用：农业上利用辐射照射改变基因，改良农作物，增加收成产量或使花卉植株矮化照样开花，也可照射害虫后使丧失生殖能力后野放，如果蝇即是；木材经照射后结构转强，用于制造枪托；普通玉石经照射后颜色增艳提高价值；农产品照射后可以延长保存期限，如马铃薯、大蒜不会发芽属之；医疗器材照射后达到消毒灭菌效果；考古学利用辐射进行年代测定，如碳–14定年法；工业上利用辐射进行非破坏检测，例如飞机机身裂缝检测、轮船水柜或油柜存量检测等。
核能发电：核能电厂采行的是「深度防御」的辐射安全防护设计，有多重可靠的工程屏蔽设计，加上管制上应用距离平方反比与时间的控制，在邻近厂区周边的辐射背景值均在自然辐射背景值的变动范围内。
职业辐射：核能民生、工业及医疗应用从业人员，例如核能电厂员工、非破坏检验人员及X光机操作人员等，一方面其出于志愿且经专业训练合格或持有专业证照，所以会较一般人接受到辐射的机会与剂量较多，唯仍均合乎各国政府授权管制机构及国际放射防护委员会建议的安全值范围内。
结语
自1895年物理学家仑琴（Wilhelm Rontgen）发现X光后，辐射就逐渐被人们应用在生活相关的事物上。在医疗方面可用于诊断疾病，以更明确了解病情，使医生更能对症下药，同时也可用来杀死癌细胞以治疗癌症患者，提升疾病的疗效。在农业方面，可以利用辐射从事农作物品种改良，食品照射使食物保存更久，减少采收后的损失；在工业上可利用辐射进行各种非破坏检测及有关厚度、密度、液位等品质控制，这些都是辐射带给我们的利益。虽然不可否认，滥用辐射的确可能会对人体造成不同程度的伤害，但只要正确的使用辐射，导致这些伤害的机率都是极低的。因此，实际上辐射就像水、火、瓦斯一般，在提升人类生活品质方面扮演着重要的角色，只要能了解辐射的特性，注意辐射安全防护，我们就可以安心享受辐射带给人类的福祉。