我們的身體具放射性嗎?

Q

我們的身體具放射性嗎?

 

A

是的,我們身體是生來就具有放射性的,因為我們自環境中天然存在的吃的、喝的及呼吸的,就含有放射性物質。而這些放射性物質被我們的身體攝入我們的組織、器官與骨骼中,並固定地經由食入與呼吸來補充。

 

出現在我們身體內的核種中,美國男人平均每年接受有效劑量約0.3毫西弗;這大約是平均體重70公斤美國男人,接受所有天然背景輻射源(不包括醫用輻射源)造成劑量3.1毫西弗的十分之一(或10%);而對於女人與小孩,劑量將較小,大概與其體重成比例。

 

更多的資訊,可由NCRP-160報告”美國民眾的游離輻射曝露”中取得。NCRP-160報告中有一餅形圖,顯示了來自不同天然背景輻射源的劑量貢獻;其中來自我們身體的貢獻,可將來自鉀-40及釷、鈾與其衰變子核的劑量相加,即可獲得(下面將有更多的討論)。

Q

有多少的輻射由人體發射出來?

A

 

我們所有人,都有一些天然放射性核種在我們的身體裡;最主要會產生穿透加馬輻射從身體逃逸而出的是放射性鉀同位素,稱為鉀-40;這個放射性核種自從地球誕生之初,即到處充滿著,並已經是天然鉀元素中的一小部分。

 

基於兩個理由,鉀-40是來自身體的主要輻射源;第一、是鉀-40在身體內的濃度是有點高,鉀可由許多我們食用的食物中攝入,並且是人體能否適當運作的關鍵重要元素;它會在身體內所有組織中出現。在一位70公斤重的人,其放射性同位素鉀-40,大約有5,000貝克;這代表著每秒有5,000個鉀-40原子在進行放射性衰變。

 

第二、是鉀-40在其衰變中有稍大於10%會發射加馬射線,而大多數加馬射線將逃逸出身體。每10次鉀-40蛻變就會約有一次發射加馬射線,也就是每秒約有500個加馬射線。這些加馬射線將會朝各方向移動,有些將在人體內衰減,而來自這些個人身體外的加馬射線產生的劑量率,僅占來自所有身體外天然正常背景劑量率非常小的部分。

 

若一個人體重超過平均,這人身體外的劑量率預期將較體重輕的個人為高;然而,在這兩種案例中,劑量率與正常背景劑量率比較起來將極其小。另較重的人將接受較高的體內劑量,因為鉀-40的衰變產生其他低穿透輻射(貝它輻射),將其能量積存於身體內。然而,較重個人的劑量將不會比體重輕的人有顯著的不同,因為每單位體重的能量積存是決定劑量的因數,而這兩種人大約是相同的。

 

有許多其他在人體內的放射性核種,但這些不是較鉀-40出現低水平(如鈾-238、釷-232與它們的衰變產物),就是它們不發射能穿透自身體內而逃逸出的加馬射線(如碳-14與銣-87)。至於氡(及其衰變產物)並不是一對人體的顯著射源,因為它在身體內之水平十分低。

 

有一個其它非常次要的機制,就是藉由人體作為一輻射源:一些由環境中放射性核種發射的加馬射線,與我們身體的原子藉由大家所知的光電效應交互作用;結果是這些原子會發射X射線。

Q

在典型的人身體內有多少鉀-40與碳-14

A

 

鉀-40在人體內的含量,能由其在鉀的天然豐度為0.0117%求得,鉀-40的原子量為39.0983,半化期為1.28 x 109年;其計算方式如下說明:一特定物質的活度除以其質量,是為比活度(As);其公式為As=λN=[0.693/(t1/2)]N,式中λ為半化期,N為單位質量中放射原子的數目。因為N=6.023×1023個原子/原子質量,所以,As=[0.693/1.28 x 109 x 365 x 86,400 (秒)]‧[(6.023×1023 x 0.000117)/39.0983]=30.94 Bq g-1。人體內含鉀為0.2%,所以,對一70公斤重的人,鉀-40將約為:30.94 Bq g-1 x 70 kg x 1,000 g/kg x 0.2% = 4.33 kBq。人體內含碳-14是根據天然中每1,000,000,000,000個碳-12存在一個碳-14,其半化期為5,730年,可得碳的比活度為0.19 Bq g-1。人體的碳含量有23%,則70公斤重的人約含有3.08 kBq的碳-14。

Q

在典型的身體內有多少釙-210與鉛-210

A

 

根據聯合國原子輻射效應科學委員會(United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, UNSCEAR) 1982年報告:”游離輻射:射源與生物效應”,人體內70%的鉛-210在骨骼中,UNSCEAR報告估計典型的鉛-210在骨骼內的濃度為3 Bq kg-1,相當於一位70公斤人骨骼活度總量為15 Bq。其他約30% 6.4 Bq的鉛-210在身體內,大概是均勻分佈在軟組織中;所以,鉛-210在身體內的總量為21.4 Bq。

 

UNSCEAR報告假設在骨骼內的釙-210濃度為鉛-210濃度的80%。UNSCEAR報告估計釙-210在軟組織內的濃度為2.4 Bq kg-1,則對於70公斤重的人骨骼裡的總釙-210活度為12 Bq。而在軟組織,UNSCEAR報告估計釙-210與鉛-210間為1比1,因此,釙-210在軟組織內的活度為6.4 Bq;所以,釙-210在身體內的總量為18.4 Bq。

 

預期釙-210與鉛-210的水平,對女人而言,較男人為低;且小孩也較成人低。但吸菸者則較非吸菸者的濃度為高。

Q

你能量測在你身體內的輻射嗎?

A

 

輻射能以全身計測器內靈敏的偵檢頭所量測,偵檢頭能量測在身體內部或表面放射性物質發射出之加馬射線。不同放射性物質將發射不同能量的加馬射線,它是一種技術來確認是那一物質。其他形式的放射性衰變(貝它與阿伐)則不能以此方法計測到,但幸運的是,加馬射線時常會伴隨著它們而來,所以,大多數放射性核種能被計測到。

 

儀器是非常靈敏的,計測低限已足夠低到健康關切的水準了。例如,全身計測器能容易的量測到在每人身體內天然發生鉀-40(所有鉀-40的0.0117%)的活度量。

Q

甚麼是身體內鐳-226與鐳-228量測的最好方法?

A

 

不論鐳-226或鐳-228,都不容易地直接以全身計測器量測,因為二者均不為一強加馬射線發射體;然而,二者的衰變產物均有強加馬發射體,使得它們容易地被全身計測所量測。

 

對鐳-226而言,加馬發射衰變產物有鉛-214與鉍-214,後者發射出0.609、1.12與1.76 MeV能量的加馬射線;其中,1.76 MeV加馬射線,因為它較天然發生鉀-40發出的1.46 MeV加馬射線能量為高,通常被用來作為全身計測。由這些發出的加馬射線,全身計測能量測出身體內的鉛-214/鉍-214含量。推導鐳-226的體內含量,必須先作些量測與假設,以決定由身體留存的氡-222(為鐳-226第一個衰變產物,且為鉛-214/鉍-214的母核)。這能從呼吸中的呼氣中量測氡-222來達成,但這技術尚未能可用。在長期追蹤鐳工作從業人員,平均長期氡-222留存為37%,但這個因數對近期受曝露者可能會有不同。

 

對於鐳-228而言,其第一個衰變產物為錒-228,發射約0.9 MeV能量的加馬射線,能被直接地量測;因為錒-228的半化期只有6.15小時,故能被假設會與鐳-228達成平衡。另一鐳-228的衰變產物成員,其衰變鏈為鉈-208,發射一強2.26 MeV加馬射線,它與鐳-228的相對平衡能被比較體內鉈-208與錒-208量測的活度來決定。研究用品質全身計測器,如位於阿岡東部國家實驗室(Argonne National Laboratory-East),特別設計的對以往鐳工作者的鐳-226與鐳-228量測,對鉍-214或錒-228的量測低限值約為100 Bq。商業用全身計測器因為有較高的背景水平,其量測低限值為前者的幾倍。

 

應該注意,例如來自環境中井水的鐳-226與鐳-228,超過美國環境保護署(EPA)對飲用水的標準(對任一放射性核種為185 Bq L-1),將不像是會超過全身計測器的量測低限值;而室內氡-222水平在EPA限值(空氣中幾百Bq L-1)下,將嚴重地影響到用鉍-214來量測鐳-226。

Q

我有做頭髮量測分析,而結果顯示在我頭髮中有高的鈾水平。是甚麼引起這個結果?

A

鈾是一個天然發生、重的金屬元素,幾乎可天然地存在岩石、土壤、植物與我們體內,到處可找得到。平均每人每天從食物與飲水攝入約2 µg(大約1盎司的1/15,000)的鈾,但只有一非常小的部分(1-2%)被身體所吸收。因此,幾乎所有我們食入的鈾,都不會被吸收而是被以糞便排出。

 

在這小部分食入並被腸道吸收的鈾,大部分很快地在尿中被排泄,只有一微小量排到頭髮中,這是正常的。不同人頭髮-或甚至是相同的人-將隨著人們飲用與食入的水與食物中含有多少鈾,而體內含有不同量的鈾。有些人頭髮裡可能會比其他人有10或甚至幾百倍的鈾數量。

 

這裡也提醒頭髮內鈾的分析,既不是決定身體內鈾含量的一個可接受,也不是一個可靠的方法。鈾是一種金屬,它會排出到頭髮與指甲,但鈾的頭髮量測分析有著過高的誤差;因為該分析亦會同時量測到通常會留在洗髮乳、肥皂、頭髮敷料、染髮劑及各種形式的頭髮護理品中所含的鈾。進一步地,因為鈾在環境中無處不在,頭髮樣本必須在嚴密管控下,小心地取得、處理、包裝與運送,以確保不會被含有鈾的環境所污染了頭髮樣品。

 

假如分析步驟並不被以謹慎的管控及執行的話,高錯誤的結果也可能會發生。管控包括適當的清洗樣品以去除可能殘留的外表鈾,並使用特殊的、認證的、十分純正的反應劑。實驗室器具必須是同樣地沒有鈾污染;鈾可能由玻璃器皿浸出而污染樣品,導致錯誤地高讀數。因為頭髮樣品如此地小,甚至一微小量的鈾污染,就可能得到嚴重誇張錯誤的結果。

 

在同儕審查科學文獻數據中,有相關於頭髮裡有多少正常的鈾水平,或這些水平如何與鈾食入、體內鈾量及排到頭髮的鈾量有關;若有的話,也應很少。故有關頭髮鈾含量與什麼組合了”正常”範圍的數據是貧乏的。因而沒有一般地被認可與建立的頭髮鈾含量標準,頭髮鈾含量的背景水平會隨著大量飲食上的計測,在人與人及區域與區域而有很大的變異;因為大多數我們體內的鈾,是來自我們所吃的食物。

 

Reference

Toohey RE, Keane AT, Rundo J. Measurement techniques for radium and the actinides in man at the Center for Human Radiobiology. Health Phys 44(1):323–341; 1983.