电离辐射的原理及案例

情景案例 103

引　言 104

电离辐射的原理 104

放射性威胁案例 108

辐射伤员的紧急处置 111

电离辐射的医学效应 112

辐射伤员的检伤分类 115

特殊问题 117

总　结 117

要　点 118

图 11-1　1987年，巴西哥亚尼亚市被遗弃的辐射装置［照片由国际原子能组织（IAEA）提供］

情景案例

1987年11月，一起放射源事故发生在巴西中部的哥亚尼亚市。由于医疗诊所的搬迁，一个含有铯—137（137Cs）的肿瘤治疗仪被遗弃在了旧址。这个报废的机器一直被放置在市中心的一个建筑物内；直到一年后，两个工人把它卖到了垃圾回收站。垃圾回收站的工作人员当时并没有意识到这个机器的危害，遂将其分解，使装置中仍有活性的137Cs暴露。137Cs的半衰期为30.17年。由于非常喜欢这块发光的“石头”且并未意识到该“石头”带有放射性，那些工人将其分为多份送给亲朋好友。结果，4人因接触而死亡，超过10万人必须接受放射性污染的监测，249人被查出体内放射性物质达到显著水平。国际原子能组织将其称为世界上最严重的放射性污染事件之一。

引　言

许多不同灾难的现场涉及危险的放射性物质的失控性释放。这些释放放射性物质的灾难可能是无意的（事故）或有意的（恐怖袭击）。

放射性物质的释放通常为以下四种情况之一，我们按照危害程度由大到小排列，但幸运的是，事件的发生概率是由小到大的。

1. 核武器的爆炸：核爆炸。

2. 核反应堆的熔毁：在反应堆内的核燃料熔化后释放放射性物质，从而污染环境。

3. 通过常规炸药的使用而散布物质：一种放射性散布装置（radiological dispersal device，RDD）或“脏弹”。

4. 核物质的非爆炸性散布（单纯散布）。

图11-2 背景辐射源

电离辐射的原理

辐射无处不在。阳光与雷达是非电离辐射的形式。手机是通过非电离辐射来传播信号的。

电离辐射是通过把能量传递给细胞组织从而损伤机体的一种辐射。电离辐射是我们自然环境的一部分。每一个人都持续地暴露在小剂量的电离辐射中，这种辐射被称为背景辐射。背景辐射源包括自然源和人造源。

图 11-3 电离辐射和非电离辐射的种类

电离辐射类型

电离辐射分为两种类型：电磁（波）辐射和粒子辐射。电磁辐射包括γ射线和X射线。粒子辐射由α粒子、β粒子和中子组成。

图　11-4 电离辐射的穿透能量

表11-1　电离辐射类型

电离辐射的生物效应

电离辐射会传递能量给体内的细胞。如果辐射能量足够强，则细胞会被杀死或者发生凋亡（程序性死亡）。不太严重的辐射暴露对细胞的损伤可能超出细胞的自我修复能力，或使细胞功能及遗传物质永久改变（比如肿瘤的发生）。

图 11-5 对细胞的生物效应

目前，辐射暴露类型有两种，可能单独或者同时发生。

●　体外辐照（辐射暴露）：

○　全身辐照；

○　局部辐照。

●　污染（辐射碎片）：

○　体外污染；

○ 体内污染。

体外辐照

●　体外辐照是指人体全部或部分暴露于电磁辐射—来自外界的γ射线或X射线。人体损害程度取决于人体受到的辐射剂量（剂量＝暴露时间×暴露率）

●　在暴露过程中，放射线可以完全穿透人体，或者放射线的能量被人体组织吸收。

●　当意外接触高能辐射源时，会全身暴露，但四肢最集中，特别是手掌和手指，因为它们往往离辐射源最近且很少有屏蔽物。

污　染

体外污染

●　当放射性碎片（有时为沉降物）沉积在身体和衣服

上时，发生体外污染。

图 11-6 核爆炸

危险警示！

放射性污染十分危险，因为它能够持续辐照相邻的身体部位。

在去污染之前，被污染患者不会对使用正常屏蔽保护措施的医务人员产生即刻的辐射危害。

●　这种放射性物质能够以粉尘粒子的形式存在。粒子可以存在于空气中，然后沉积在皮肤和衣服上。

●　皮肤和毛发被放射性物质污染后，可以通过冲洗来清除。通常，只要快速除去被污染的衣物和污染物质，外部的污染就不会造成非常严重的医疗问题。但我们必须注意防止衣服或皮肤上的外部污染物质进入体内。

体内污染

●　当放射性物质被吸入、口服或者被开放伤口吸收时，发生体内污染。相比于体外污染，体内污染的评估和治疗要困难得多，并且无法进行紧急处理。

●　放射性物质可能集中在某些特殊组织，造成局部高强度暴露。

●　放射性碘以同非放射性碘一样的方式聚集在甲状腺，从而造成对甲状腺的辐射损伤。放射性碘可以被吸入或者误服。

放射性威胁案例

图 11-7 核爆炸的组成

核爆炸

核爆炸与普通爆炸有两个基本的不同点：爆炸范围及辐射和放射性碎片的存在形式。

核爆炸能够引起三种类型的伤害：冲击伤、热伤和辐射损伤。

冲击伤

冲击伤由超压波引起。超压波从零点（爆炸点）以每小时数百米的速度向外扩散，从而在扩展中造成最初的冲击伤。

热　伤

闪光灼伤

闪光灼伤发生在那些直接暴露于红外波脉冲的人身上。

●　伤员面对爆炸的一侧被灼伤，由于浅色服饰可以反射红外波，深色服饰可以吸收红外波，从而造成“图案化烧伤”。

●　眼部损伤，特别是脉络膜视网膜区域的损伤，可由突然暴露于爆炸产生的高强度可见光和红外线辐射引起。

●　直视爆炸发出的光会造成视网膜灼伤。直视高光能量的耀眼闪光（如火球）会导致闪光盲的发生。

火焰灼伤

红外波引起的火焰风暴会导致典型的火焰灼伤和密闭空间相关的烧伤。

可燃物质会在爆炸后燃烧数小时。伤员可能遭受：

●　塑料及其他物质燃烧造成的毒气伤；

● 过热气体造成 的吸入性灼伤；

●　管道破裂引起的蒸汽灼伤；

●　其他大火引起的损伤。

在红外波脉冲产生的火球与人之间的任何物体都可以作为一种保护。但是在爆炸中心，高强度的热输出使受害者几乎不可能存活。

辐射损伤

在核爆炸最初的60秒内，在爆炸中心会产生高剂量的辐射（γ射线和中子）。裂变的物质（残留的放射性物质）将出现在接近爆炸中心的放射性落尘区。在爆炸后，放射性物质会随着气流飘到爆炸区域以外的地方。早期放射性落尘会发出α、β粒子及高能量的γ射线，从而使那些没有迅速撤离爆炸污染区域的人遭受辐射伤害。如果核武器被装备了特殊的核物质（比如锶），则落尘的高放射性将会持续数十年。

现场查看

核爆炸造成的热辐射损伤包含两种类型：闪光灼伤和火焰灼伤。

危险警示！

辐射疾病的严重程度取决于吸收的辐射剂量。

剂量＝暴露时间×剂量率

核反应堆熔毁

日本福田核电站泄漏事件给我们警示，核反应堆熔毁事故是真正的威胁。地震严重损毁了核电站并使污染扩展到相邻区域。

核反应堆在高温下工作，产生含有各种特殊放射性元素的混合物，并产生所有类型的辐射。同时，核反应堆熔毁给普通大众造成了各种威胁。

●　核反应堆核心温度过高，使核燃料熔化，随后的失控反应会释放大量的放射线。这类事件往往发生在以下情况下：核反应堆冷却系统故障；或当灾难来临时，核反应堆保护系统无法紧急关闭核反应堆。

●　如果核反应堆核心熔毁，并且核反应堆保护系统失灵，比如核反应堆外壳结构的减压系统或者封闭隔离系统都无法运行，则大量的放射性物质就会释放到外部环境中。乌克兰切尔诺贝利的核反应堆就因没有封闭系统而发生灾难。

图 11-8 乌克兰切尔诺贝利核反应堆事故现场（1986年）

治疗警示!

当核电站发生事故时，救援人员通常会给居住在附近的居民提供碘丸。但碘丸只对预防影响甲状腺的放射性碘有效，对其他放射性物质没有预防作用。

●　制冷系统泄漏也可能释放小剂量的放射性物质。

●　核电站因运行故障释放的放射性物质包括放射性碘及重金属气体。

耗尽的燃料棒仍有放射性。损坏燃料棒所产生的辐射与放射线散布装置产生的相似，但远少于核反应堆熔毁所产生的辐射。

放射性散布装置

放射性散布装置（radiological dispersal device, RDD）是指以非核爆方式、有目的地向周围散布放射性物质的任何装置。RDD（又被称为“脏弹”）通常使用爆炸剂（如TNT或塑胶炸弹）来散布放射性物质。任何使用放射源的地方都可散布放射性物质，包括核废料工厂、核电站、大学研究机构、医学放疗诊所和工业中心。

放射性散布装置可以通过机械性损伤及产生大量放射性物质来杀死或者伤害那些靠近爆炸点的人畜，随后污染受害者和医疗救援人员。爆炸越剧烈，核物质散布范围越广，单位面积上的辐射剂量越小。RDD并不能产生更多的放射性物质，它只是简单地把原有的放射性物质散布开来。

放射性散布装置主要的辐射危害是对所在区域人群造成体内污染。污染的土地能够被常规的放射性探测仪器探测到。被探测出辐射剂量超标的区域必须在去污染后才能被允许进入。

RDD定义

RDD是一类具有常规爆炸性，用来播散放射性物质的设备。但RDD一般不会造成核爆炸。

简易放射性装置

简易放射性装置不需要通过爆炸就可散布放射性物质。

●　在公共场所放置同位素钴60会对许多人造成不同程度的辐射损害。个人损伤程度取决于个人暴露的物理距离和暴露时间。

辐射伤员的紧急处置

在辐射事件中，伤员的暴露程度根据电离辐射的种类变化而不同。带电荷的粒子（α、β粒子）很容易被阻隔。中子及γ射线很容易穿透人体、玻璃及塑料。尽管医疗救援人员可能不知道特殊事件中电离辐射的准确类型，但必须知道防辐射的基本原则。

防辐射的基本原则是时间、距离及屏蔽物。

时　间

人体在放射源附近暴露的时间越少，所受的辐射伤害越小。

●　医疗救援人员应在辐射安全官员的指导下，在短期内轮换工作，以限制暴露在放射源下的时间。

距　离

距离放射源越远，所受的辐射伤害越小。辐射量从放射源向外围递减。

●　医疗救援人员应在冷区或保护性屏障后进行调度，并在自身班次工作完成后立即返回安全区域。在展开工作之前，必须确定每个人员可容许累计的辐射量。

屏蔽物

在放射源或自身周围增加屏蔽物，可以减少暴露剂量。

●　医疗救援人员必须穿戴辐射计量仪和个人防护服，这样可以避免在辐射环境中接触、吸入或误服放射性物质。在结束热区轮班后，应立即返回保护性屏障后面区域，并且记录下个人的暴露剂量。

电离辐射的医学效应

电离辐射对人体有很大的影响。影响程度取决于射线的类型及暴露的剂量。

●　局部组织损伤及坏死由局部暴露导致，如β射线烧伤。这些损伤看起来似乎只是烧伤，但其实是局部组织受损的严重区域。这些损伤可能会持续一段时间，并需要数月来修养恢复。

●　急性放射病是全身暴露的结果。

●　长期影响（几周，数月，几年甚至数十年）包括高发病率的肺炎、白内障、甲状腺癌、白血病和其他癌症。

局部烧伤和坏死

根据所受辐射剂量的不同，局部暴露于辐射的皮肤可发生多种变化。这里的辐射剂量指的不是全身剂量，而是靠近放射源皮肤的局部组织剂量。

●　＞3Gy（300rad），毛发脱落。

●　＞6Gy（600rad），红斑。

●　＞10Gy（1000rad），脱皮。

● ＞20Gy（2000rad），坏死。

这些皮肤损伤，除皮肤坏死外，更像是严重的日照灼伤或化学烧伤，但在治疗上却应与冻伤一样。组织的损伤将是渐进的，最初出现充血的部位可能随时间的推移而坏死。期间，清创治疗应十分谨慎。

急性辐射综合征

急性辐射综合征（acute radiation syndrome，ARS）是指人体在暴露于平均全身剂量＞1Gy（100rad）的穿透性电离辐射后急性（几秒到几天内）发生的一组临床综合征。它会影响人体不同的系统，但这取决于人体受到的辐射的总剂量。

● 较低的剂量主要破坏造血系统。

●　随着剂量的增加，会依次影响消化系统、心血管系统和中枢神经系统。

●　暴露的剂量越高，临床症状出现得越早，预后越差。

●　当全身暴露剂量达到5Gy（500rad）时，若是没有适当的医疗救治，由于骨髓抑制和胃肠道的损坏，伤员病死率高达100%。

●　如有最好和最积极的医疗措施，10Gy（1000rad）的全身暴露剂量是患者可能存活的最大承受剂量。但开放伤口合并辐射损伤将显著降低患者的生存率。

图 11-9 急性辐射综合征剂量与影响的人体系统

吸收的辐射剂量可以采用rad（辐射剂量单位）来计量。

辐射的生物效应采用rem（人体伦琴当量）来计量。

目前，这些剂量效应采用新的国际单位来计量，即Gy和Sv。

100rad＝1Gy；

100rem＝1Sv。

治疗警示！

急性辐射综合征出现在全身辐照后而不是局部辐照之后。

急性辐射综合征分为四个阶段：

●　前驱期；

●　潜伏期；

●　临床表现期；

●　恢复或死亡期。

前驱期

●　症状取决于吸收的辐射总量，伤员可能表现出不同的症状，包括食欲下降、恶心、呕吐、乏力及腹泻。

●　在受到高剂量的辐射后，患者会出现虚脱、发热、呼吸困难和神经兴奋性增高。

●　症状出现越早，预后越差。

●　注意：恶心、呕吐可能是由焦虑所致，而不是辐射暴露的缘故。

表11-2　急性放射综合征的前驱症状、发作时间、全身辐射剂量和最终临床表现

潜伏期

●　从前驱期恢复过来，暴露人员的相关症状会逐渐消失，但是容易疲劳。

●　潜伏期持续时间的长短取决于暴露水平。暴露剂量少，潜伏期持续时间长；暴露剂量多，潜伏期持续时间短。

○　造血综合征骨髓抑制前的潜伏期最长，可达2～6周。

○　 胃肠道综合征前的潜伏期略短，可持续几天到一周。

○　神经血管综合征前的潜伏期是最短的，通常为几小时。

●　淋巴细胞计数的减少可以发生在48小时内，并可作

为判断辐射严重程度的临床指标。

○　 淋巴细胞计数＞1200/dL，预后良好 。

○　淋巴细胞计数为300～1200/dL，有潜在的致命危险。

○　 淋巴细胞计数＜300/dL，危重。

●　其他症状，如虚弱、脱发及体重减轻等也可发生。临床表现期

本阶段的表现主要为组织系统（骨髓、肠道、神经血管）受损后所表现出来的临床症状，已在表11-2中提及。

恢复或死亡阶段

●　暴露剂量＞10Gy（1000rad）的伤员，若72小时内未经救治，通常会死亡。

●　暴露剂量在4～10Gy（400～1000rad）的伤员，未经救治，也几乎都会死亡。

●　暴露剂量＜4Gy（400rad）的伤员，在给予有效的造血系统刺激并预防继发感染后，一般可复原。

长期作用

辐射暴露后的长期随机效应表现为“全或无”，即肿瘤发生或不发生，这取决于电离辐射对组织的损害程度。伤员发生肿瘤及并发症的风险可能增加。

辐射伤员的检伤分类

除最严重的辐射暴露外，其余辐射的临床效应都会延迟，因此暴露伤员的临床表现主要与事件（引发放射性物质释放的事件）中患者遭受的常规损伤有关。

●　对于受辐射的伤员，应采用创伤分类程序，并要求对伤口进行早期封闭。

●　根据伤员伤情的严重程度和分类等级，去污处理可在稳定病情的措施实施之前、期间或之后进行。

●　对暴露剂量＞2Gy（200rad）和需要手术的伤员进行检伤分类后，应立即治疗。

辐射伤员的去污

●　暴露于γ射线和中子放射源或辐射爆炸的个体，因未受到污染，不需要去污处理。

●　对于那些外部有放射性物质污染的受害者，脱去衣物通常可除去90%以上的污染。

●　假如只有表面污染而没有身体损伤，则使用肥皂及水清洗可有效去污。

●　假如被污染的伤员有实质性身体损伤，则应在去污染前保证生命体征稳定。

●　皮肤是阻碍放射性物质的屏障，在去污过程中应避免磨损。清洗时，应轻柔，切勿粗暴。

危险警示！

了解现有放射性探查设备的局限性。许多放射性探测器（辐射测量器）仅能探测到β和γ射线。

急救治疗

●　许多没有相关身体损伤的急性放射性暴露在刚开始的几小时内不需要医疗处理。急救治疗应关注那些对伤员有生命威胁的身体损伤。

●　假如怀疑伤员受到的辐射剂量＞2Gy（200rad），则应立刻缝合每处开放性伤口，覆盖每处烧伤，固定骨折部位，在48小时内完成所有手术操作。在48小时后，由于造血功能受抑制及伤口愈合不充分，所有手术干预必须推迟2～3个月。而在这期间进行手术会明显增高患者的死亡率。

特殊问题

●　事件的指挥者将确定救援人员被允许的辐射剂量，并且设定允许的累积剂量最大值。

●　所有救援人员必须配备能直接读取但不能复位的个人辐射量计量器。辐射量计量器读取的数值必须尽可能地频繁被记录下来，以保证救援人员的暴露剂量不超过允许的最大剂量。

●　在任何情况下，没有任何人可以违反下面这项规定。任何救援人员当遭受的辐射剂量到达安全官员所设定的允许最大值时，都必须马上撤离现场。在所有放射性物质被清除、现场对公众开放前，已撤离的救援人员不能返回。

图 11-10　福岛核污染事件［2012年，照片由国际原子能组织（IAEA）提供］

总　结

对医疗救援来说，辐射事件无论是有意还是无意的，都是巨大的挑战。辐射伤害的严重程度取决于辐射剂量和暴露时间。放射性物质的污染通常不是致命的，去污程序也很简单。去污处理应尽快实施，但没有像化学污染那么紧急。去除衣物可以明显地降低体外污染物的数量。

要　点

●　当应对涉及放射性试剂的灾难时，医疗救援应该考虑到伤员可能同时有体内和体外污染。

●　在全身暴露于放射性试剂后，伤员将出现急性辐射综合征。

●　知晓辐射探测装置的局限性是十分重要的。