[科普中國(guó)]-局部輻射效應(yīng)

輻射生物學(xué)效應(yīng)分類

（一）按照射方式分

1．外照射與內(nèi)照射（externalandinternalirradiation）：輻射源由體外照射人體稱外照射。γ線、中子、x線等穿透力強(qiáng)的射線，外照射的生物學(xué)效應(yīng)強(qiáng)。放射性物質(zhì)通過各種途徑進(jìn)入機(jī)體，以其輻射能產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)者稱內(nèi)照射。內(nèi)照射的作用主要發(fā)生在放射性物質(zhì)通過途徑和沉積部位的組織器官，但其效應(yīng)可波及全身。內(nèi)照射的效應(yīng)以射程短、電離強(qiáng)的α、β射線作用為主。

2．局部照射和全身照射（localandtotalbodyirradiation）

當(dāng)外照射的射線照射身體某一部位，引起局部細(xì)胞的反應(yīng)者稱局部照射。局部照射時(shí)身體各部位的輻射敏感性依次為腹部>胸部>頭部>四肢。

當(dāng)全身均勻地或非均勻地受到照射而產(chǎn)生全身效應(yīng)時(shí)稱全身照射。如照射劑量較小者為小劑量效應(yīng)，如照射劑量較大者（>1gy）則發(fā)展為急性放射病。大面積的胸腹部局部照射也可發(fā)生全身效應(yīng)，甚至急性放射病。根據(jù)照射劑量大小和不同敏感組織的反應(yīng)程度，輻射所致全身損傷分為骨髓型（bonemarrowtype）、腸型（gastro-intestinaltype）和腦型（centralnervoussystemtype）三種類型。1

（二）按照射劑量率分

1．急性效應(yīng)（acuteradiationeffect）：高劑量率照射，短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較大劑量，效應(yīng)迅速表現(xiàn)。

2．慢性效應(yīng)（chronicradiationeffect）：低劑量率長(zhǎng)期照射，隨著照射劑量增加，效應(yīng)逐漸積累，經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間表現(xiàn)出來。2

（三）按效應(yīng)出現(xiàn)時(shí)間分

1．早期效應(yīng)（earlyeffec）：照射后立即或數(shù)小時(shí)后出現(xiàn)的變化。

2．遠(yuǎn)期效應(yīng)（lateeffect）：亦稱遠(yuǎn)后效應(yīng)。照射后經(jīng)歷一段時(shí)間間隔（一般6個(gè)月以上）表現(xiàn)出的變化。

（四）按效應(yīng)表現(xiàn)的個(gè)體分

1．軀體效應(yīng)（somaticeffect）：受照射個(gè)體本身所發(fā)生的各種效應(yīng)。

2．遺傳效應(yīng)（geneticeffect）：受照射個(gè)體生殖細(xì)胞突變，而在子代表現(xiàn)出的效應(yīng)。

（五）按效應(yīng)的發(fā)生和照射劑量的關(guān)系分

1．確定性效應(yīng)（deterministiceffect）：舊稱非隨機(jī)性效應(yīng)（nonstochasticeffect）。指效應(yīng)的嚴(yán)重程度（不是發(fā)生率）與照射劑量的大小有關(guān)，效應(yīng)的嚴(yán)重程度取決于細(xì)胞群中受損細(xì)胞的數(shù)量或百分率。此種效應(yīng)存在閾劑量。照射后的白細(xì)胞減少、白內(nèi)障、皮膚紅斑脫毛等均屬于確定性效應(yīng)。

2．隨機(jī)性效應(yīng)（stochasticeffect）：指效應(yīng)的發(fā)生率（不是嚴(yán)重程度）與照射劑量的大小有關(guān)，這種效應(yīng)在個(gè)別細(xì)胞損傷（主要是突變）時(shí)即可出現(xiàn)。不存在閾劑量。遺傳效應(yīng)和輻射誘發(fā)癌變等屬于隨機(jī)性效應(yīng)。

影響輻射生物學(xué)效應(yīng)的因素（一）輻射因素

1．輻射類型：高let輻射在組織內(nèi)能量分布密集，生物學(xué)效應(yīng)相對(duì)較強(qiáng)。故在一定范圍內(nèi)，let愈高，rbe愈大。

2．劑量和劑量率：照射劑量大小是決定輻射生物效應(yīng)強(qiáng)弱的首要因素，劑量越大，效應(yīng)越強(qiáng)。但有些生物學(xué)效應(yīng)當(dāng)劑量增大到一定程度后，效應(yīng)不再增強(qiáng)。另外，在一定劑量范圍內(nèi)，同等劑量照射時(shí)，劑量率高者效應(yīng)強(qiáng)。

3．照射方式：同等劑量照射，一次照射（singledose）比分次照射（fractionateddose）效應(yīng)強(qiáng)；同樣，全身照射比局部照射效應(yīng)強(qiáng)。

（二）機(jī)體因素

1．種系差異：一般說，生物進(jìn)化程度愈高，輻射敏感性愈高。

2．性別：育齡雌性個(gè)體的輻射耐受性稍大于雄性。這與體內(nèi)性激素含量差異有關(guān)。

3．年齡：幼年和老年的輻射敏感性高于壯年。

4．生理狀態(tài)：機(jī)體處于過熱、過冷、過勞和饑餓等狀態(tài)時(shí)，對(duì)輻射的耐受性亦降低。

5．健康狀況：身體虛弱和慢性病患者，或合并外傷時(shí)對(duì)輻射的耐受性亦降低。

（三）介質(zhì)因素

細(xì)胞的培養(yǎng)體系中或機(jī)體體液中在照前含有輻射防護(hù)劑（radioprotectant），如含sh基的化合物可減輕自由基反應(yīng)，促進(jìn)損傷生物分子修復(fù)，能減弱生物效應(yīng)，反之，如含有輻射增敏劑（radiosensitizer），如親電子和擬氧化合物能增強(qiáng)自由基化學(xué)反應(yīng)，阻止損傷分子和細(xì)胞修復(fù)，能提高輻射效應(yīng)。防護(hù)劑和增敏劑在臨床放射治療中都有應(yīng)用，前者為保護(hù)正常組織，后者為提高放療效果。3

影響設(shè)備機(jī)械工作隨著核武器、空間技術(shù)和核能技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電子設(shè)備需要在輻射（包括空間輻射）環(huán)境中工作，而輻射會(huì)對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生影響，特別是對(duì)半導(dǎo)體器件的作用尤為靈敏。一般說來，局部輻射會(huì)降低電子材料、元件、器件和設(shè)備的電性能。研究核輻射效應(yīng)的目的，是為了揭示各種輻射的規(guī)律及其影響程度。就局部局部輻射效應(yīng)的作用時(shí)間來說，如局部輻射源除去后，效應(yīng)立即消除，稱為瞬時(shí)效應(yīng)；如永遠(yuǎn)不能恢復(fù)，則稱為永久效應(yīng)；也有經(jīng)一段時(shí)間后恢復(fù)的稱為半永久效應(yīng)。為了進(jìn)一步弄清局部輻射如何對(duì)設(shè)備產(chǎn)生影響，需要對(duì)損傷機(jī)制進(jìn)行研究。

組成內(nèi)容表面效應(yīng)

在一些半導(dǎo)體器件的鈍化層界面上產(chǎn)生的電離和缺陷，有時(shí)也稱為表面效應(yīng)?；诓牧系膿p傷，對(duì)不同原理、不同結(jié)構(gòu)和工藝的元件器件又會(huì)產(chǎn)生不同的電性能影響?？捎梦⒂^損傷的物理模型，解釋輻射引起宏觀電參數(shù)的變化規(guī)律。實(shí)際上，各種局部輻射效應(yīng)往往并不是單一地存在；不過,在某種特定條件下，其中某一種效應(yīng)是主要的。例如，位移效應(yīng)一般屬于永久效應(yīng)，但在退火條件下也可部分或全部恢復(fù)；電離效應(yīng)一般屬于瞬時(shí)效應(yīng)，但在結(jié)擊穿條件下也可能成為永久效應(yīng)。為了保證電子設(shè)備能適應(yīng)預(yù)定的輻射環(huán)境而正常工作，一般需要進(jìn)行抗輻射加固的研究和設(shè)計(jì)，包括元件器件的加固、電路的加固和結(jié)構(gòu)、材料的加固等。對(duì)一個(gè)實(shí)際的電子系統(tǒng)的抗輻射加固技術(shù)很復(fù)雜，除了理論分析之外，往往需要通過實(shí)驗(yàn)和借助電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行反復(fù)的模擬和輔助設(shè)計(jì)。經(jīng)過專門加固的電子系統(tǒng)，可使抗輻射能力提高2~3個(gè)數(shù)量級(jí)以上。局部輻射效應(yīng)、損傷機(jī)制和加固技術(shù)的研究逐步發(fā)展，緊密結(jié)合，已形成一門嶄新的分支學(xué)科──抗輻射電子學(xué)。

早在50年代初期，由于反應(yīng)堆技術(shù)和核武器的發(fā)展，人們對(duì)局部輻射效應(yīng)開展了研究工作。60年代，由于核武器和空間技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，另一方面由于半導(dǎo)體器件的廣泛應(yīng)用，在抗輻射電子學(xué)方面不僅更加系統(tǒng)地開展局部輻射效應(yīng)的研究，而且利用核物理和固體物理等各種先進(jìn)技術(shù)基本上弄清了微觀的損傷機(jī)制；同時(shí)也開展了器件加固技術(shù)的研究。70年代，核加固技術(shù)的研究已取得很大成就，從研究階段進(jìn)入到工程應(yīng)用階段?？馆椛潆娮訉W(xué)是一門多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科，特別是核物理、固體（半導(dǎo)體）物理及電子學(xué)互相滲透的學(xué)科。

電磁脈沖

核電磁脈沖是另外一種重要的局部輻射效應(yīng)，即由核爆炸時(shí)輻射出的強(qiáng)脈沖γ射線產(chǎn)生的電磁效應(yīng)。不論高空、低空、地面或地下核爆炸都伴隨產(chǎn)生電磁脈沖現(xiàn)象。這種電磁場(chǎng)具有場(chǎng)強(qiáng)高（~10伏/米）分布范圍廣（高空核爆炸時(shí)可達(dá)數(shù)千公里）頻譜寬（從數(shù)千赫到數(shù)百兆赫）等特點(diǎn)。它的破壞力強(qiáng)，而防護(hù)卻比較困難。由于這種核電磁脈沖為核爆炸時(shí)周圍的介質(zhì)（如空氣）所產(chǎn)生，有時(shí)也稱為環(huán)境電磁脈沖。

此外，在70年代后期，人們廣泛地研究了局部輻射電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)產(chǎn)生的其他一些類型的電磁脈沖現(xiàn)象，如強(qiáng)脈沖γ射線直接打到金屬殼體在內(nèi)部激勵(lì)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，稱為內(nèi)電磁脈沖；又如脈沖γ射線或X射線打到金屬殼體上產(chǎn)生高速飛離的電子，引起金屬中電荷的再分布而感生的電磁場(chǎng)，稱為系統(tǒng)感生電磁脈沖。這兩種電磁脈沖的場(chǎng)強(qiáng)，也都能達(dá)到10伏/米以上，而且無法用外部電磁屏蔽的方法來防止。因此，研究其產(chǎn)生機(jī)制、分布規(guī)律、對(duì)電子系統(tǒng)的影響，以及防護(hù)技術(shù)，在軍事上，特別對(duì)于空間飛行器具有極為重要的意義。

主要危害局部輻射對(duì)材料造成的損傷，主要有三大類：

①、使材料的原子離開原來的晶格位置，產(chǎn)生位移，稱為輻射位移效應(yīng)；

②、使材料中的原子電離，稱為輻射電離效應(yīng)；

③、高能輻射產(chǎn)生的次級(jí)荷電粒子，在運(yùn)動(dòng)中穿過材料界面，因電荷轉(zhuǎn)移形成瞬時(shí)電流和場(chǎng)，稱為電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)。4