隨手撿到的“鑰匙鏈”,為什么會(huì)致殘?深度講解核輻射過(guò)程及危害機(jī)制
視頻版:

1996年,吉林
一位青年在雪地上撿到了一串“鑰匙鏈”
隨手放進(jìn)了褲袋
不幸的是,他撿到的不是普通的小鏈子
其內(nèi)部含有高危放射源——銥-192
銥-192是一種放射性物質(zhì),容易發(fā)生衰變
大多數(shù)情況下(>95%),原子核內(nèi)的一個(gè)中子會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子
同時(shí)釋放一個(gè)電子和一個(gè)反中微子
釋放的電子被稱為β粒子,此過(guò)程也被稱為中子β衰變
銥-192原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)77,中子數(shù)115
發(fā)生中子β衰變后,質(zhì)子數(shù)78,中子數(shù)114
變成了另一種元素——鉑-192
在少數(shù)情況下(<5%)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
銥-192原子核內(nèi)的一個(gè)質(zhì)子可以通過(guò)電子俘獲轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶?/p>
同時(shí)釋放一個(gè)中微子
銥-192發(fā)生電子俘獲后,質(zhì)子數(shù)76,中子數(shù)116
變成了鋨-192
如果質(zhì)子俘獲的電子為內(nèi)層電子,外層電子會(huì)躍遷到空缺的內(nèi)層
同時(shí)釋放特征X光子或俄歇電子
此過(guò)程類似上期視頻講解的光電效應(yīng)后半部分
無(wú)論是中子β衰變還是電子俘獲
新產(chǎn)生的原子核幾乎總是處于能級(jí)較高的激發(fā)態(tài)
隨后通常會(huì)通過(guò)釋放一個(gè)或多個(gè)γ光子,降低能級(jí)到基態(tài)
γ光子,或稱γ射線,其能量對(duì)應(yīng)了原子核的能級(jí)差
銥-192衰變釋放的粒子中
中微子(反中微子)不帶電荷,且質(zhì)量極其微小,對(duì)生物體幾乎沒(méi)有影響
X光子只占很小的比例,是一個(gè)非常次要的因素
β粒子(電子)穿透力較弱,冬日較厚的衣物和皮膚可以阻擋絕大部分的粒子
雖然可能導(dǎo)致皮膚灼傷,中低能量β粒子的外部暴露總體危害較小
γ光子(γ射線)穿透力強(qiáng),是體外銥-192造成人體放射損傷的核心因素
γ射線在穿過(guò)人體的瞬間,會(huì)與體內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生相互作用
出現(xiàn)光電效應(yīng)、康普頓散射和對(duì)產(chǎn)生等現(xiàn)象
光電效應(yīng)、康普頓散射與上期視頻講解的X射線基本一致
可以通過(guò)觀看上期視頻進(jìn)一步了解
對(duì)產(chǎn)生是指光子與原子核相互作用,光子的能量轉(zhuǎn)換為正負(fù)電子對(duì)的現(xiàn)象
根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程,可以計(jì)算出電子(正電子)的靜止能量約為0.511MeV
光子的能量必須高于兩者之和(1.022MeV)才可能出現(xiàn)對(duì)產(chǎn)生
銥-192衰變釋放的γ光子,絕大多數(shù)沒(méi)有達(dá)到這個(gè)閾值,因此對(duì)產(chǎn)生較少發(fā)生
由于體內(nèi)氫、碳、氮、氧、鈣等元素的原子序數(shù)低,γ光子能量較高
光電效應(yīng)也較弱,康普頓散射才是主導(dǎo)
總而言之,上述三種過(guò)程,會(huì)直接或間接產(chǎn)生大量的
二次電子、低能電子、氫自由基、羥自由基等各種活性物質(zhì)
核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等各種生物活性分子都可能被攻擊和破壞
尤其是承載基因的載體-DNA
這對(duì)于細(xì)胞分裂活躍的組織,通常危害更大
最明顯、最直觀,也是放射治療中常發(fā)生的,就是皮膚輻射損傷
皮膚的最外層由不斷更新的表皮組成,表皮由淺到深分為五層
分別是角質(zhì)層、透明層、顆粒層、棘層和基底層
透明層僅存在于手掌、腳底等表皮較厚的區(qū)域
基底層細(xì)胞分裂活躍,會(huì)不斷增殖產(chǎn)生角質(zhì)形成細(xì)胞并向淺層推移
以補(bǔ)充角質(zhì)層凋亡脫落的細(xì)胞
這也是皮膚受損后能及時(shí)自我修復(fù)的重要原因
分裂活躍的基底角質(zhì)形成細(xì)胞對(duì)電離輻射敏感
持續(xù)暴露于高劑量γ輻射或其它電離輻射
會(huì)嚴(yán)重破壞皮膚的自我更新與修復(fù)能力
另外,毛細(xì)血管、淋巴組織等對(duì)電離輻射也較為敏感
繼而容易導(dǎo)致輻射區(qū)域出現(xiàn)紅斑、水泡、水腫、感染、潰爛等癥狀
撿到“鑰匙鏈”的這位青年,暴露于高劑量的γ電離輻射近十個(gè)小時(shí)?
導(dǎo)致出現(xiàn)頭暈、惡心、嘔吐、腿部腫脹、皮膚潰爛等急性癥狀? ?
之后他的雙腿、左前臂先后被截肢
他的故事后續(xù)被改編成了電影,由本人親自主演