天然辐射

引入

自然界中的辐射从哪里来？辐射出的是什么粒子？

为什么说“香蕉也有放射性”？

日常生活中的辐射剂量到底有多大，需要担心吗？

天然辐射一直存在，人类在地球上演化了数百万年，本来就生活在辐射环境中。理解它的来源和量级，比笼统地“谈辐色变”更有用。

正文

定义

天然辐射是由天然放射性核素衰变以及宇宙射线产生的电离辐射。

天然辐射的三个来源

来源	占比（约）	说明
氡及其子体	约 50%	从土壤和建材中逸出的放射性气体
宇宙射线	约 12%	来自太阳和银河系的高能粒子
地表放射性核素	约 15%	铀系、钍系、钾-40 等
体内放射性核素	约 10%	钾-40、碳-14 等
其他（食物、水）	约 10%	通过饮食摄入

氡是最大来源，这也是地下室和通风不良房间需要关注氡浓度的原因。

辐射类型

类型	粒子	电荷	穿透能力	防护
$\alpha$ 射线	氦核 ${}_{}^{}{}_2^4\mathrm{He}$	$+2$	很弱（几厘米空气）	一张纸即可阻挡
$\beta$ 射线	电子或正电子	$\pm 1$	中等（几毫米金属）	铝板可阻挡
$\gamma$ 射线	高能光子	$0$	很强（需厚铅或混凝土）	铅、混凝土
中子	中子	$0$	很强	含氢材料（水、石蜡）

穿透能力越弱，内部照射时危害反而可能越大：$\alpha$ 粒子若被吸入体内，会在极短距离内释放全部能量，对局部组织损伤很大。

主要天然放射性核素

核素	半衰期	来源	说明
${}_{}^{}{}_{}^{238}\mathrm{U}$	$4.5\times 10^9$ 年	地壳	铀系起始核素
${}_{}^{}{}_{}^{232}\mathrm{Th}$	$1.4\times 10^{10}$ 年	地壳	钍系起始核素
${}_{}^{}{}_{}^{40}\mathrm{K}$	$1.25\times 10^9$ 年	地壳、体内	钾的天然同位素，占钾的 0.012%
${}_{}^{}{}_{}^{14}\mathrm{C}$	5730 年	大气	宇宙射线与氮作用产生
${}_{}^{}{}_{}^{222}\mathrm{Rn}$	3.8 天	铀系衰变	氡气，主要辐射来源

剂量与单位

量	单位	含义
活度	贝可（$\mathrm{Bq}$）	每秒衰变次数
吸收剂量	戈瑞（$\mathrm{Gy}$）	单位质量吸收的能量
等效剂量	西弗（$\mathrm{Sv}$）	考虑辐射类型权重后的生物效应

天然本底辐射的年有效剂量约 $2$–$3\mathrm{mSv}$。对比参考：

情形	剂量（约）
一次胸部 X 光	$0.1\mathrm{mSv}$
一次 CT 扫描	$2$–$10\mathrm{mSv}$
天然本底（一年）	$2$–$3\mathrm{mSv}$
职业限值（一年）	$20\mathrm{mSv}$（平均）
急性致死剂量	约 $4000\mathrm{mSv}$

辐射防护三原则

原则	做法
时间	缩短暴露时间
距离	增大与源的距离（强度按平方反比衰减）
屏蔽	在源与人体之间加屏蔽材料

常见误区

错误说法	问题
“天然辐射可以忽略”	它是最大的辐射来源
“所有辐射都致癌”	剂量决定风险，低剂量风险极低
“$\gamma$ 射线最危险”	取决于照射方式，内照射时 $\alpha$ 更危险
“辐射会传染”	辐射不是传染病，受照物体不会发出辐射（感生放射性除外）

引出

天然辐射如何用于考古断代？见核素中碳-14 的部分。

半衰期的统计意义是什么？为什么不能预测单个核的衰变时刻？

核医学如何利用放射性同位素进行诊断和治疗？