射線真的會影響我們的健康嗎？

作者：李志宏（中國科學院高能物理研究所）

監製：中國科學院計算機網路信息中心 中國科普博覽

每當醫生告訴你要拍個片的時候，你是不是就緊張的要命？你是不是每次經過放射科就避而遠之，感覺自己受到了輻射？

那麼，X射線真的會影響我們的健康嗎？

X射線下握手的動作

X射線究竟到底是個啥？

X光很多人都照過，但它究竟是一種什麼光？從哪兒來？怎樣穿過你的身體呢？

實際上，X射線是一種波長較短的高能電磁波，由原子內層軌道中電子躍遷或高能電子減速所產生[1]。

X射線的波長一般範圍為0.01~100 ?（1 ?＝10-200px），介於紫外線和g射線之間，並有部分重疊。

我們知道，可見光的波長約在400~700nm（1 nm＝10-175px）之間，而作為一種看不見的「光」，它的波長比可見光的波長要短得多。

在空氣中，X射線的傳播速度與可見光一樣，並且是一種本質上與可見光相同的電磁波，所以具有類似於可見光、電子、質子、中子等的性質即波粒二象性。

從波動性的角度看，X射線是一個隨時間變化的正弦式振蕩的電場，其垂直方向是一個類似變化的磁場。

從粒子性的角度看，X射線是由大量以光速運動的、具有確定能量的粒子流，這些粒子稱為光量子，或簡稱為光子。

X射線的波動性和粒子性是同時存在的，因此，在分析X射線的傳播問題時，主要考慮波動性；分析X射線與物質相互作用時，主要考慮粒子性。

不同頻率和波長的X射線，其光子能量是不同的，頻率赿高，波長赿短，光子能量赿大。

與可見光相比，X射線除了具有波粒二象性的共性之外，還因其波長短、能量大而顯示其它特性：如穿透能力強，能穿透可見光不能穿透的物質如生物軟組織、木板、普通玻璃、甚至除重金屬外的金屬板，還能使氣體電離；折射率幾乎等於1，所以不能用折射而聚焦；通過晶體時發生衍射，因而可能X射線研究晶體內部結構。

而X射線的穿透力是由X射線光子能量的大小決定的，並不是X射線的強度。

一定頻率的X射線，其強度大小取決於單位時間內通過單位截面的光子數目。

由於X射線對生物細胞與組織有較強的殺傷力，故應注意用鉛板、鉛玻璃或鉛橡膠等對X射線進行防護。

X射線究竟從哪兒來？

說起X射線，1895年11月8日，德國維爾茨堡大學物理研究所所長威廉·倫琴教授（W. C. Rontgen 1845~1923）在研究陰極射線引起熒光現象時，首次觀察到一種奇特的輻射線。

這種輻射線可以使塗有氰亞鉑酸鋇的熒光屏發出熒光，也使黑紙包著的底片感光，重要的是它能夠穿透手指骨骼等物質[1-3]。

威廉·倫琴教授意識到這種現象是由陰極射線管產生的，是某種迄今未知的新型輻射引起的，這種肉眼看不到的新射線是一種不同於可見光的射線，於是用數學上表示未知數的字母「X」來稱呼它，取名X射線，也稱X光，後人也稱為倫琴射線。

1895年12月28日，倫琴向德國維爾茲堡物理和醫學學會遞交了第一篇研究通訊《一種新射線——初步研究》，隨後深入探討X射線的產生、傳播、穿透力等性質，使他在1901年成為第一位諾貝爾物理學獎獲得者。

而現在人們已經發現了許多的X射線產生方法， 其中最為實用的能獲得X射線的方法仍是當年倫琴所採用的方法——用陰極射線（高速電子束）轟擊陰極（靶）的表面[1]。

各種各樣專門用來產生X射線的X射線管的基本工作原理，也是通過高速運動的電子與物體碰撞時發生能量轉換，電子的運動受阻失去動能，其中99%的能量轉換為熱量，而1%的能量轉換為X射線。

此外，高強度的X射線亦可由同步加速器產生，同步輻射光源是由以接近光速運動的電子在磁場中作曲線運動改變運動方向時所產生的電磁輻射，具有高強度、連續波長、光束準直、極小的光束截面積並具有時間脈波性與偏振性，因而成為科學研究最佳之X光光源。

甚至利用具有放射性元素的衰變也可以得到X射線，核爆炸能產生X射線，宇宙射線中也含有X射線。

英國攝影師尼克·維齊創作的神奇的藝術照片

X射線與物質之間可以相互作用？

我們已經知道了X射線有較強的穿透能力，而在X射線穿透物質時會導致X射線有部分被吸收、有部分散射，也有部分透過[1-3]。

透過後的X射線強度將被衰減變弱，而吸收的程度與物質的組成、密度和厚度有關。

在這樣一個吸收分散的過程中，X射線與物質的相互作用是很複雜的，會引起多種效應，產生多種物理、化學過程。

例如，它可以使氣體電離；使一些物質發出可見的熒光；能破壞物質的化學鍵，引起化學分解，也能促使新鍵的形成，促進物質的合成；作用於生物細胞組織，還會導致生理效應，使新陳代謝發生變化甚至造成輻射損傷。

X射線的散射則分為能量和波長不變的相干散射和損失部分能量的非相干散射。

在物質的微觀結構中，原子和分子的距離（1～10埃左右）正好落在X射線的波長範圍內，所以物質（特別是晶體）對X射線的散射和衍射能夠傳遞極為豐富的微觀結構信息。

X射線，醫學領域的「小幫手」

倫琴發現X射線後不久，就被應用於醫學影像。

1896年2月，蘇格蘭醫生約翰·麥金泰在格拉斯哥皇家醫院設立了世界上第一個放射科[1]。

放射醫學是醫學的一個專門領域，它使用放射線照相術和其他技術產生診斷圖像，這可能是X射線技術應用最廣泛的地方。

X射線照射人手和鐵釘的影像[2]

藉助計算機，人們可以把不同角度的X射線影像合成成三維圖像，在醫學上常用的電腦斷層掃描（CT掃描）就是基於這一原理。

X射線應用於醫學領域主要包括疾病診斷和治療。

X射線應用於醫學診斷，主要依據X射線的穿透作用、差別吸收、感光作用和熒光作用，也就是大家所「拍攝」的X光。

由於X射線穿過人體時，受到不同程度的吸收，如骨骼吸收的X射線量比肌肉吸收的量要多，那麼通過人體後的X射線量就不一樣，這樣便攜帶了人體各部密度分布的信息，在熒光屏上或攝影膠片上引起的熒光作用或感光作用的強弱就有較大差別，因而在熒光屏上或攝影膠片上將顯示出不同密度的陰影。

根據陰影濃淡的對比，結合臨床表現、化驗結果和病理診斷，即可判斷人體某一部分是否正常。

X射線的用途主要是探測骨骼的病變，但對於探測軟組織的病變也相當有用。

常見的例子有胸腔X射線，用來診斷肺部疾病，如肺炎、肺癌或肺氣腫；而腹腔X射線則用來檢測腸道梗塞，自由氣體及自由液體。

於是，這也是X射線診斷技術成為世界上最早應用的非刨傷性的內臟檢查技術的原因。

X射線應用於治療，主要依據其生物效應，應用不同能量的X射線對人體病灶部分的細胞組織進行照射時，即可使被照射的細胞組織受到破壞或抑制，從而達到對某些疾病，特別是腫瘤的治療目的。

隨著醫學的不斷發展，X射線醫用檢查即通過X射線對人體成像在醫學領域中具有舉足輕重的地位。

其實，X射線雖然具有一定的輻射性，但是對人體有輻射並不等於一定會對人體造成傷害，只有當X射線量達到一定程度才會對人體造成傷害。

X射線量與人體危害（參考值）[4]

「當量劑量」是反映各種射線或粒子被吸收後引起的生物效應強弱的輻射量，其國際標準單位是「西弗」（Sv），定義是每千克人體組織吸收1焦耳的能量為1西弗。

西弗是個非常大的單位，因此通常使用毫西弗、微西弗，比如，1西弗＝1000毫西弗，1毫西弗＝1000微西弗。

天然背景輻射源（如宇宙射線及環境中的磚塊岩石）對人類造成的年吸收劑量約2.4個毫西弗（mSv），而醫用放射線檢查，如：拍一張X線胸片人體吸收的劑量相當於0.02 mSv，也就是說你可能多受了幾天天然輻射的照射。

一次常規CT掃描的劑量要比普通胸片大的多，大約2－10mSv，做一次冠脈約7－15.7mSv。

隨著科學的不斷發展，現在高智能的CT都配有自動的、實時的劑量調節，取得最佳圖像質量所需的最小X線的劑量基於計算機對定位像和每一層的實時採集數據的精細分析，這種雙重的機制確保了最低的X線劑量下取得最佳的圖像質量，因此輻射量有所減少。

X射線要適當防護

在利用X射線的同時，人們發現了其導致病人脫髮、皮膚燒傷、工作人員視力障礙，白血病等射線傷害的問題，為防止X射線對人體的傷害，必須採取相應的防護措施[5]。

對X射線線儀器操作者而言，就要萬死不辭地做好屏蔽防護和距離防護措施。

屏蔽防護是指使用原子序數較高的物質，常用鉛或含鉛的物質，作為屏障以吸收不必要的X線。

通常採用X線管殼、遮光筒和光圈、濾過板、熒屏後鉛玻璃、鉛屏、鉛橡皮圍裙、鉛手套以及牆壁等，進行屏蔽防護。

距離防護是指利用X線曝射量與距離平方成反比這一原理，通過增加X線源與人體間距離以減少曝射量，這是一個是簡易有效的防護措施。

對患者而非言，沒有特別需要陪護的患者，家屬不必一起跟去做檢查，這樣受輻射是完全不必要的哦！

醫務人員不能因為患者和受檢者僅僅是來醫院檢查一次而忽略對他們的保護；受檢者也要有自我保護意識，拒絕不合理的醫療照射。

為了避免不必要的X線曝射和超過容許量的曝射，應選擇恰當的X線檢查方法，設計正確的檢查程序。

每次X線檢查的曝射次數不宜過多，也不宜在短期內作多次重複檢查（這對體層攝影和造影檢查尤為重要）。

在投照時，應當注意投照位置、範圍及曝射條件的準確性，對不需要檢查的部位應穿戴防護用品（鉛圍裙、鉛圍脖、鉛帽、鉛眼睛、鉛手套、牙科防護裙等）遮蓋。

所以，別以為自己拍個X光就會「變異」，做好防護才是關鍵。

參考文獻：

1.劉粵惠、劉平安，X射線衍射分析原理與應用，北京：化學工業出版社，2003.

4.http://www.dzcch.com/html/bjcs/2011-4/7/2011471057146.html

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