看不见的“隐形杀手”!宇宙辐射有多厉害?

番茄科普 2023-11-17
2383 字丨阅读本文需 6 分钟

近日,韩国劳动保障部门裁定,一名经常在跨洋极地航线上工作的空乘“其死于胃癌和宇宙辐射存在关联”,再度激发了了人们对辐射的担忧。

辐射在人们的印象中,好似一个无处不在的超级隐形杀手。无论是衣服还是仙人掌,只要挂上“防辐射”的名头便是销路不愁、大卖特卖。就连几年前,科学家们以全球最精密仪器才好不容易探测到的引力波,都能变成“防引力波辐射”的噱头。

而近年来,因为基站和变电站引发的“电磁辐射”相关的担忧和闹剧,更是在全国各地的小区轮番上演。

其实,辐射就在我们身边,早已无处不在,也并不都像日本核污水那样有害。

01

辐射,本就“纯天然”

尽管寒潮来袭,但大多数地方仍然处在秋高气爽的季节。看看窗外的阳光,不禁想出去散个步,晒太阳。这时,你就已经在接受辐射了——1.5亿公里外的太阳光。

所以,辐射到底是什么?

其实,辐射仅仅是指电磁波产生和扩张过程,而这在大自然中普遍存在。照亮世界的光,就是一种电磁波。

通常,我们可以将辐射分为电离辐射和非电离辐射两大类。电磁辐射在日常生活中对我们几乎没有影响,说白了,就是我们身边的电磁场而已。

而人人谈之色变的核辐射,则是属于高能的电离辐射,由原子释放而来。

之所以称之为电离辐射,是因为其拥有较高的能量,并以高能电磁波或粒子形式传播,可以使原子内的电子脱离原子核的“掌控”,进而改变物体的物理、化学性质。辐射的波长越短,越容易穿透物体(水中传播情况有所不同)。

在日常生活中,唯一有可能接触到电离辐射的地方,是医院放射科的部分设备,放射科室门口厚厚的铅门,便是重要的防护手段。即使是电离辐射,在一定剂量范围也是安全的,偶尔在医院里的放射科做检查,不会对健康产生影响。

事实上,种种辐射其实早已遍布我们身边。即使躲到了不见天日的洞穴中,土壤、水、岩石和空气,甚至香蕉里的天然放射性核素,也依旧会有少许辐射。

同时,宇宙中的极少数射线也会穿过大气层。这些组成了我们身边不可避免的——天然本底辐射。

其实,在屏幕前看着文章的各位,也是一个辐射源。只要和周围的温度存在差异,任何物体都可以以电磁波向外输送能量,这就是所谓的热辐射。而同时,每个物体也在接收着外界的辐射。

辐射,它无处不在。

出乎意料的是,在我们生活中的最强辐射源,不是医院放射科,也不是安检机。而是老烟民的肺部。烟草中含有的放射性核素钋-210、铅-210和镭-210会在此大量聚集。所以,要躲辐射先戒烟,而日常电力系统和家庭用电的辐射,则完全不用担心。

02

宇宙辐射:看不见的“隐形杀手”?

首先要肯定地说,地球所在的宇宙空间中的确存在着多种辐射。根据维基百科的解释,辐射是在空间或材料介质中以波或者粒子的形式发射或传输能量的过程。通俗一点说,辐射是一种传播中的能量,通常以电磁波或者粒子的形式存在。

虽然根据波粒二相性原理,电磁波很多时候也可以被视为粒子,或者是由光子组成,在经典物理的范畴里,波和粒子是完全不同的存在, 而且他们的辐射特性也有很大的差别。

说起辐射,我总想起前段时间上映的电影《宇宙探索编辑部》。主人公总是手拿一个探索设备,时不时会发出滴滴的响声。这个会发声的设备是一个探索粒子辐射的装置,学名叫盖革计数器。当有粒子辐射靠近的时候会发出响声,并开始计数。当然现在的辐射探索装置看起来要先进很多,还可以通过电子显示屏显示辐射粒子的强度。这种测量都是针对粒子辐射的。

地球作为宇宙的一个微小组成部分,无时无刻不在接触宇宙中那些带有穿透能力的微小粒子。他们可能是太阳风暴时发射出的高能带电粒子, 也可能是来源于太阳系之外的银河宇宙线。

所谓的高能粒子,单个重量远小于1纳克,所以虽然运动速度接近光速,但单个粒子的能量并不大,通常用电子伏来作为能量计量单位,常见的高能粒子包括MeV (百万)或者GeV(10亿电子伏), 虽然这点能量连一个鸡蛋都煮不熟,但在微观粒子家族中,他们也算的上是高能量了,所以被称为“高能粒子”。

理解高能粒子的速度,不妨做一个简单的比较:一个重量约30克的蛋糕,如果运行速度和1个GeV 的质子相同,蛋糕所携带的动能大致相当于1000枚广岛原子弹爆炸产生的能量。

宇宙高能粒子会对人体会产生伤害。但得益于地球磁场和大气层的保护,来到地表的高能粒子辐射已经大大减弱。不过对于宇航员来说,进入强辐射的太空,则必须需要具有防护功能的航天器舱体和舱外航天服,来阻挡绝大部分的宇宙射线,科研人员也会对航天员进行辐射剂量检查,以确保他们的身体健康。

03

宇宙辐射会触及地面吗?

地球被磁场屏蔽,磁场使带电粒子在两极间反弹,形成由高能电子和高能质子组成的两个巨大的甜甜圈形状的带。

地球磁场偏转宇宙射线并保护我们免受太阳耀斑的伤害。有时,宇宙辐射确实会触及我们,但不会造成任何伤害,就像我们经常接触到的其他低水平辐射一样。

西韦特(Sv)是生物学辐射计量单位,一般用Sv来衡量辐射的健康风险。平均而言,人们每年会受到约3.5Sv的辐射。其中大约一半来自X射线、乳房X射线照相和计算机断层照相扫描等人工源,另一半来自天然源,其中约10%来自宇宙辐射。1Sv意味着有5.5%的可能性在生命后期最终发展成辐射诱发的癌症。

04

坐飞机的辐射量比X光更大?途径极区的航线需要注意

既然如此,飞机上的乘务员怎么又会因此而患癌呢?一般来说,飞机飞行高度的辐射虽然比地面高,不过并不致命。普通人乘坐飞机的时间少,所受的辐射并不足以致病;空乘人员常年飞行,所受到的辐射剂量肯定是超过普通人的。

我们通常采用生物学辐射剂量单位西韦(Sv)来衡量辐射的健康风险。以胸部X光片为例,拍片每次曝光时间为0.2秒左右,辐射剂量大约为0.02mSv(1Sv=1000mSv),而一次越洋航班上的宇宙线辐射约为0.03mSv。

由于空乘这个职业的特殊性,的确比一般人更容易暴露在宇宙辐射下。这名患癌的乘务员,从1995年到2021年平均每年飞行1022小时,其中约一半航线都是经由北极飞往美洲和欧洲的远程航班。在地磁暴发生时,太阳风中的高能粒子能够通过极区大量进入,产生美丽的极光,同时飞越极区所承受的辐射强度会远大于平时。通常航空公司会在地球磁暴发生的时候选择避开极区航线,以保护飞机上乘客的安全。

综合考虑远程飞行及不规律饮食等因素,韩国有关部门认定该乘务员的病与工作存在一定程度的因果关系。这样看来“宇宙辐射工伤”的结论是合理的。空乘人员需要控制自己的飞行时间,以免遭受过度的辐射。另一方面,普通人在飞越极区航线的时候也需要关注空间天气。

文章来源: 科普 中国,武汉市洪山区洪山街鸿岭花园社区,地球知识局

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