辐射在物理学中是指以电磁波（例如可见光和X射线）或粒子（例如α射线和中子）等形式向外传送的能量。按照辐射所携带能量的大小，辐射分为电离辐射和非电离辐射，其中电离辐射也称为核辐射，是指有足够能量把物质原子中的电子撞击出去的辐射。本文提到的“辐射”如无特别说明均指电离辐射。

辐射无色无味，但却充满了宇宙。自古以来，地球上的生命就一直在天然的辐射环境中繁衍生息。在我们的日常生活中，天然辐射无处不在，我们吃的食物、住的房屋、天空大地、山川草木乃至人的身体都存在辐射（图1）。近一个多世纪以来，随着科学技术的发展和应用，我们还受到了人工辐射源的照射。可靠数据表明，我们受到的所有照射中，有80%以上来自天然辐射源，只有不到20%来自人工辐射源，而且人工辐射源主要来自医学应用（图2）^[1-5]。

1 天然辐射

天然辐射，也被称为天然本底辐射，是指天然存在的各种辐射源的照射，包括来自外太空的宇宙射线及宇生放射性核素、存在于地球空气、食物等居住环境中及人体内部的原生天然放射性核素所引起的各种辐射。我们受到的辐射照射大部分来自天然辐射，随环境不同会有所差异，一年受到的天然辐射有效剂量全球人均为2.4 mSv，剂量范围大约1～10 mSv^[1]，其中“mSv”是有效剂量的单位^[2]。

1.1 宇宙源

宇宙射线大多来源于星际空间深处；有些是在太阳耀斑期间由太阳释放的。它们持续“轰击”地球，部分与大气层相互作用，产生不同类型的辐射和放射性物质（如宇生放射性核素³H、¹⁴C、⁷Be和²²Na等），也就是次级射线。地球大气层和磁场显著地减少了宇宙辐射，不过还是会有一些漏网之“余”到达地面，并且有些地方受到的照射多于其他地方，例如南北两极，这是由于宇宙射线被磁场偏转到南北两极，因此两极受到的照射要多于赤道地区。

另外，由于上层空气稀薄难以形成屏蔽，照射水平还会随着海报高度增加而增长，例如，居住在高山上的居民受到的照射高于居住山脚下的居民；民航飞机上的乘客受到的照射明显高于同线路高铁上的乘客，可达100倍之多，而单次飞行受到的剂量的大小与飞行时间长短有关。图3为不同海拔高度的宇宙射线所致有效剂量^[1]。

1.2 陆地源

陆地源包括大地中放射性核素从体外对人体产生的照射（外照射）、空气中的放射性核素被吸入后和饮食中的放射性核素被食入后从体内对人体产生的照射（内照射）。

1.2.1 陆地外照射

陆地外照射来自地球的原生放射性核素，这些放射性核素寿命极长，存在于大地中，如⁴⁰K、²³⁸U和²³²Th以及由它们衰变产生的放射性核素²²⁶Ra等。据联合国原子辐射影响科学委员会（简称科学委员会）估计，全球人均陆地外照射年有效剂量约为0.48 mSv^[3]。

外照射随地理位置的不同而不同。比如，在法国、德国、意大利、日本和美国生活的居民，95%受到室外年平均剂量为0.3～0.6 mSv，少部分每年所受到的剂量可能高于1 mSv。然而在其他国家的一些地区，陆地源辐射照射水平甚至更高。例如，在印度喀拉拉邦西南海岸，有一片人口密集的55 km狭长土地，那里的沙子富含放射性核素钍，当地人每年受到的外照射剂量平均为3.8 mSv^[1]。在中国广东阳江的某些地区，天然辐射水平也可达平均水平的几倍。不过不用担心，流行病学调查显示，在阳江这些的辐射水平偏高的地区，并未发现居民的癌症发病率上升^[3]。

1.2.2 氡的吸入内照射

²²²Rn来自于地球岩石和土壤中存在的²³⁸U衰变系，是一种气态放射性核素。吸入后，氡的衰变产物（主要是²¹⁸Po和²¹⁴Po）滞留在肺中，对呼吸道产生照射。氡已被世界卫生组织列为19种主要的环境致癌物质之一，还被国际癌症研究机构（IARC）归为I类致癌因素，是导致肺癌的第二大诱因，仅次于吸烟。

氡在土壤中产生后，可以通过地下室和地板直接渗入到建筑物中，从而导致室内空气中氡的积累（图4），不同地区的建筑内氡浓度有所不同，与局部地区的地质状况、土壤渗透性、建筑材料和建筑物通风等因素有关^[1]。当室内供暖时，热空气上升，空气通过窗户或孔隙从房屋顶部逸出，使底层和地下压力降低。这样就使得氡通过裂隙和孔隙（如各种管道入口周边）从地基下的土壤中快速析出。

建筑内氡浓度的一个关键影响因素是通风，还与气候有关。如果通风良好，如在热带气候中，氡的积累可能就不严重。但是在温带和寒冷的气候中，场所的通风往往不够充分，氡浓度就可能大量积累。

水中的氡浓度水平通常都非常低，但是也有些高浓度的水源，如某些深井水和温泉。水中的氡会加重空气中氡的浓度，特别是在浴室中淋浴时。然而，科学委员会认为，通过饮用水摄入的氡比吸入的氡的剂量要小很多。根据其估算，由氡及其子体所致全球居民人均年有效剂量是1.3 mSv^[3]，约占所有天然辐射源所致居民有效剂量的一半。

1.2.3 食物和饮用水的食入内照射

食品和饮用水中可能含有某些天然放射性核素，这些放射性核素先是从岩石、土壤和水中的矿物质转移到植物，然后被食用后再转移到动物。因此，食入内照射的强弱不仅取决于食物和饮水中放射性核素的浓度，还与当地的饮食习惯有关。例如，鱼虾蚌贝等水生生物含有相对高水平的²¹⁰Pb和²¹⁰Po，所以大量饮用海鲜的人受到的剂量可能略高于一般人群。根据科学委员会估算，饮食中天然辐射源所致的年平均有效剂量是0.3 mSv^[1]。

1.3 人体内⁴⁰K

人体内部本身含有的放射性核素⁴⁰K也是天然辐射之一。众所周知，人体是由细胞构成的，细胞是由碳、氢、氧、氮、钠、钾、钙、镁等许多元素组成的。一个成人体内约有100 g钾元素，其中万分之一是放射性同位素⁴⁰K。⁴⁰K是β和γ放射体，它放出的射线约一半被人体组织吸收了，另一半辐射出体外。

2 人工辐射

随着原子辐射的揭秘，辐射的应用在过去几十年里有了显著的增加。应用的范围包括医疗、核试验、电力生产、工业和家庭应用。这些也会对个人产生照射，我们称之为人工辐射源。

2.1 医学应用

对于公众来说，医疗照射是主要人工辐射源。平均而言，医学照射贡献了所有人工辐射源照射的98%，是继天然辐射源之后对人类产生照射的第二大辐射源^[1]。医疗照射指接受治疗或诊断时患者或被检查者所受到的照射，其实践主要分为三大类：放射性诊断、放射性治疗和核医学。医学中所应用的辐射种类很多，包括X射线、加速器和重离子等。

放射性诊断是用X射线获得影像进行分析的技术。如普通X射线照相检查（胸片和牙片）、荧光透视检查（钡餐和灌肠剂）和CT扫描。但超声和核磁共振成像不涉及放射性，不属于放射性诊断。介入放射指使用最小侵袭性（微创）影像引导程序来诊断和治疗疾病，如在血管中引导植入导管。

放射性治疗（简称放疗）利用辐射来治疗各种疾病，通常是治疗癌症，也用于治疗良性肿瘤。放疗会使一些正常细胞受到破坏，但大多数都会恢复。与化疗不同的是，放疗只会影响肿瘤及其周围部位，不会影响全身。放疗可分为远距离放疗和近距离放疗。远距离放疗指用患者体外的辐射源（如含源治疗机和加速器）治疗疾病，近距离放疗指将辐射源放置在患者体内治疗疾病。放疗治癌在医疗界已广泛地应用，虽然在某些治疗中患者可能受到大剂量的照射，但实际上接受放疗的还是少数人。

核医学是将非密封的放射性物质引入体内，用于获取有关身体有关结构和器官功能的资料，有时也用于治疗疾病，如治疗甲状腺功能亢进和甲状腺癌等。一般情况下，将放射性核素制成可以静脉注射或口服的放射性药物。然后利用药物中放射性核素发出的射线产生诊断影像或治疗疾病（图5）。

2.2 核试验

在第二次世界大战的最后阶段，美国将2颗原子弹分别投掷到日本广岛和长崎。2颗原子弹的爆炸致使将近13万人死亡，这是历史上在战争中仅有的2次使用核武器的事件。之后世界各国在大气中进行了多次核武器试验（简称核试验），主要在北半球。最活跃的试验期是1952—1962年，总共进行了大约500次核试验，总威力为430 MtTNT当量^[1]。核试验沉降物或叫落下灰是指核爆炸引起的沉降到地球表面上的放射性灰状物。

核武器大气层实验产生的全球落下灰所致的年平均有效剂量的最高估算值是0.11 mSv，出现在1963年，后来降低到现在的水平，约0.005 mSv，远低于公众所受到的天然照射，而且这种照射未来还将缓慢地下降^[1]。

地面核试验产生的落下灰，其中多达50%的沉积在试验场100 km范围内，居住在试验场附近的人们会受到当地落下灰的照射（图6）。然而值得庆幸的是，试验通常是在相对偏远的地区进行，当地受到照射的居民群体很少。

2.3 核反应堆和核电站

用中子轰击铀或钚的某些同位素，可使核分裂为2个更小的核，并释放出2个或多个中子，同时释放出能量，这一过程称为核裂变。释放出的中子再轰击其他铀或钚原子核，继续发生核裂变，释放更多的中子，这些中子再继续轰击更多的核，这种过程称为链式反应^[1-3]。

反应堆中核裂变所释放的能量，可用于核电站生产电能，也可供各种研究反应堆使用。

正常运行情况下，核电站对全球辐射照射的贡献是微乎其微的。由于技术进步和更加严格的辐射防护措施，反应堆正常排放的总照射水平在下降。总的来说，核设施的排放引起的辐射剂量非常低。居住在核电站周围的人受到的年平均有效剂量约为0.0001mSv^[1]。

反应堆卸出的乏燃料（反应堆内“燃烧”过的核燃料）可以进行后处理，将其中某些核素回收再利用。这是核工业流程中的一部分（图7）。目前，低放废物（低水平放射性废物）和有些中放废物（中水平放射性废物）处置在近地表设施，后处理产生的高放废物（高水平放射性废物）和未经后处理的乏燃料都被暂存起来，但最终还需要进行处置。废物处置适当的情况下，对公众的照射是极小的。

1979年3月28日美国发生三哩岛核电站事故，一系列事件导致反应堆芯部分熔化。事故使大量的裂变产物和放射性核素从受损的反应堆芯释放到安全壳厂房，但对环境的释放相对很少，因而对公众的照射也非常小。

1986年4月26日发生的切尔诺贝利核电站事故和2011年3月11日发生的福岛核电站事故是迄今为止世界上发生的最严重的2起核事故，也是导致公众辐射照射最严重的事故。

2.4 工业和其他应用

辐射源在工业也应用十分广泛，包括用于医药产品灭菌、食品保存、病虫害消除、污水处理、无损检测；用作应急出口标志和地图照明灯低水平光源；在测井活动中用于测量矿物、石油、天然气勘探的、测量钻孔中地质特性机；用于测量材料厚度（图8）、水分、密度和料位等。

虽然辐射源有着广泛地用途，但是工业及其他领域实践中使用的放射性核素的生产对公众的照射水平却非常低。当然事故情况局部区域可能受到污染，也可能引起较高水平的照射。

与工业辐射源相关的事故比核电站事故更为常见，主要指发生在使用辐射源、加速器和X射线的工业设施的事故，在1945—2007年全球报道了80起^[1]，这些事故可能对工作人员和工作造成明显的辐射照射，需要引起足够的重视。

丢失、被盗和废弃的辐射源称为失控源。由于辐射源的包装容器光滑光亮，看上去似乎是由贵重金属制成，且上面可能没有辐射警示标志，因此对公众尤其是从事废旧金属交易的人们来说是有吸引力的。在无危险意识的工作人员或公众破坏辐射源的案例中，有些导致了严重辐射损伤，甚至死亡。

2.5 消费品

一些低水平放射性核素由于具有某些特殊性质，经慎重考虑后添加到了日常消费品中。利用发光特性可制成夜光表，历史上使用最多的放射性核素是²²⁶Rn，但最近几十年已经不再使用²²⁶Rn，而采用放射性毒性较小的¹⁴⁷Pm和³H（氚）代替。即使如此，含氚化合物的钟表或手表由于移动性强也存在氚泄漏问题。好在氚只发射非常弱的β射线，皮肤都不能穿透，不会对人体产生辐射损伤。氚只有在进入人体后才需要考虑对人体的辐射照射影响。

现在有很多烟雾探测器使用了小片辐射源²⁴¹Am，²⁴¹Am发射α射线，产生恒定粒子流。周围空气可以自由进入探测器，如果烟雾进入探测器，则干扰粒子流，触发报警（图9）。烟雾探测器中的²⁴¹Am源半衰期为432年^[2]，衰变非常缓慢，也就是说这类探测器在使用10年后仍然基本保留原有的全部活度。但它的放射性活度非常低，发射的α射线穿透能力非常弱，一张纸就可以挡住，因此镅源只要保留在探测器中，其照射就小得可以忽略不计。

2.6 其他 2.6.1 天然放射性物质

在世界各地还有几种类型的设施，它们虽然与核能的利用没有关系，但其工业产品、副产品和废物中的天然放射性物质（NORM）浓度增加，可能使公众受到增强的辐射照射，例如矿物的开采和加工、地热能开发利用（图10）等。

2.6.2 吸烟的辐射影响

烟草中含有²¹⁰Po、²¹⁰Pb、²²⁶Rn等放射性核素，主要是放射性核素²¹⁰Po，因此吸烟也会对人体产生辐射影响。钋是一种天然放射性核素，衰变时发射α射线，穿透能力弱，但具有较强的电离本领，随烟气进入人体产生内照射。烟草中之所以会存在²¹⁰Po，主要是由于土壤中的核素被烟草吸收，并富集在叶子中。

3 总　结

在公众受到的所有的辐射照射中，天然辐射源为主要来源。根据科学委员会估算，个体所受到的年平均有效剂量约为3 mSv，其中2.4 mSv来自天然辐射源，0.65 mSv来自人工辐射源。天然辐射源构成人们通常所说的“天然本底照射”，其中有三分之二来自我们呼吸的空气、我们吃的食品和我们饮用的水中的放射性物质。人工辐射源的主要来源为医学照射，医学照射水平又随地区的不同而不同。