[Happy Office] 2011072802 [微奇科学]

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Jul 27, 2011, 9:55:00 PM7/27/11

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期号：2011072802

星期四

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本期目录	1.[健康] 吹风是高辐射的杀手吗？ 2.[育儿] 早期教育与智力开发 3.[物理] 中子射线：稍微懂点“内功”

1. [健康] 吹风是高辐射的杀手吗？

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对于各种家用电器的辐射问题，首先要说的是几条基本的知识：只要电器两端接上了电压，就一定会有电场存在；只要电器中有电流流过，电流周围一定会有磁场存在；而电器中的电压和电流常常是变化的，变化的电场会产生磁场，变化的磁场也会产生电场。所以，家用电器无论大小，不管是电脑、电视、微波炉，还是手电筒一类的“家用电器”，只要和电扯上了关系，使用时都会或多或少地向外辐射出电磁场。

电吹风作为其中的一员，自然也不例外。每次洗完头发后在享受温柔暖风的时候，您可能没想过，这件小小的电器每秒的耗电量其实是很大的，功率可以达到1000瓦，甚至高过了电冰箱这样的庞然大物的工作功率。相比于依靠一块小小的电池以毫瓦级别功率工作的手机，或者相比于工作时大门紧关来屏蔽辐射的微波炉，电吹风这件大功率电器工作时，辐射出的电磁场强度超出这些“辐射重点嫌疑对象”并不出奇。

可是电吹风辐射出的电磁场强度大一些，并不能说明它对人体健康的危害也就大。此辐射、彼辐射之间，差别很大。

首先和X光比较。X光是一种电离性的辐射，而家用电器辐射出的电磁场都是非电离性的辐射。X光辐射类似于核辐射，可以造成人体内细胞的分子键断裂，有致癌的可能，绝对不能小视，运用中对剂量的控制非常重要。而非电离性的辐射却没有这般本领。衡量X光辐射强弱的单位是伦琴，表示身体单位质量接受到的电荷数，而衡量家用电器的辐射强弱通常是电磁场的强度。可以看出，电吹风的辐射量和拍X光片的辐射量之间无法换算，也就无从进行直接比较。说“连续三次使用家用电吹风的辐射累积量等于医院照一次X光的辐射量”，估计是脑补的结论。退一步说，即便是想就对人体的影响来比较，也因为作用不同而无法比较。

再具体分下去，虽然电器发出的辐射都属于非电离性的辐射，也大都属于电磁波里的无线电波波段，但是不同电器辐射出的电磁场如果频率不同，还各有差异。对于电吹风来说，使用的是50Hz的交流电，相应的，电吹风周围产生的电磁波频率也是50Hz左右的。而手机发出的用于通信的电磁波频率是在0.8GHz到2GHz的范围内（通信制式不同会有区别，1GHz是10⁹Hz）。微波炉里的微波也大致是这一频率，而电脑CPU里电路工作频率为几GHz，辐射出的电磁场频率大致也在这一范围。单就频率的数值大小而言，可知电吹风的辐射频率值比这几个哥们低许多。

频率的不同使得它们对人体影响的机理是不一样的。射频的电磁场（也就是手机、微波炉、电脑机箱那一类的）被人体吸收后会转化为体内分子快速运动的能量，快速运动的分子之间产生摩擦而温度升高，微波炉正是利用这种热效应加热食物。这种热效应相比于刚刚说的X光的电离效应，就是小巫见大巫了，需要电磁场能量比较大（比如微波炉内部的电磁场强度），才可以对人体真正造成威胁。但是对于这种热效应，科学界也不敢小视。在用微波炉热食物时，有时会发现食物的内部已经热了，表面却还是凉的。如果电磁场以这样的方式影响人体内部的组织也是很可怕的，所以对于这一频段的电磁场制定了相应的强度标准，一般手机、电脑、微波炉周围的辐射强度都是远远低于安全标准的临界值的。
低频的电磁场（也就是像电吹风一类的）不会有射频的电磁场的那种加热的作用，对人体健康可能的威胁主要在于：低频电场和低频磁场会在人体内产生出或者感应出电流，电流如果足够大，可对神经和肌肉产生刺激。不过要产生这种刺激，电磁场本身的能量要足够大才可以。综合了各种因素，国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）制定了包含有射频电磁场和低频电磁场的各个不同频率的无线电波的最大安全值^[1]：

其中，电吹风辐射的频段和手机、电脑、微波炉辐射的频段的结果如下：

不同的电磁场	安全的最大电场强度（V/m）	安全的最大磁感应强度（µT）
电吹风（50Hz）	5000	100
手机/电脑/微波炉（0.8-2GHz）	39-61	0.13-0.2

可以看出，不同频率的电磁场对人产生危害所需的强度是有很大不同的。电吹风所在的频率与手机微波炉所在的频率就相差巨大，直接拿电吹风的辐射值和手机比较过于简单粗暴了。由于相关知识的缺乏，报道中会出现这样的言辞：“据上海环境辐射研究监测中心一项数据显示，一台普通家用1000W电吹风，辐射值竟达350毫高斯（等于35µT）。”^[2] 而事实上，35µT还远低于安全的最大磁感应强度，实在不需要惊慌。

综上可知，尽管电吹风的工作功率比较大，的确可以辐射出比较强的电磁场。但是由于电吹风的辐射属于低频率的电磁场，会对人体产生危害的强度远大于实际生活中电吹风的辐射强度。把电吹风说成是高辐射的杀手，更多的是危言耸听。

扩展阅读：
沐右：辐射伤害知多少？（上）（下）

参考资料：
[1] GUIDELINES FOR LIMITING EXPOSURE TO TIME-VARYING ELECTRIC, MAGNETIC, AND ELECTROMAGNETIC FIELDS (UP TO 300 GHz) , International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection

2. [育儿] 早期教育与智力开发

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46年前，美国密歇根州的一个中产阶级小镇为3-4岁的儿童开设了一个课程。这个课程后来更好的塑造了一些人的人生。46年过去了，这些当年的儿童都已成长为社会的中坚力量，活跃在各个岗位上，统计上看，他们拥有更加稳定的家庭，更高的收入，更好的福利，和更低的犯罪率。这些孩子都接受了一个学前课程（preschool），课程是小班形式，由受过良好教育培训的教师指导，强调学习中家长的参与和互动交流。这项长达40多年的研究由加州伯克利大学的教授David Kirp和哈佛教育学院共同参与。他们随后出版了一本书，“The Sandbox Investment: The Preschool Movement and Kids-First Politics”，介绍了他们在这项研究中的发现。

这项研究表明早期教育确实可以影响认知和学习能力，有质量的学前教育可以对孩子有即时和长期的好处。虽然批评者认为这些孩子本身出身在良好的家庭环境中，相对其他的孩子就有优势，而人的性格形成和智力的开发是一个漫长的过程，在3岁之前和上学之后都一直在进行，另外成长过程中是否经历过重大的打击或者变革也会显著的改变一个人的性格和处事，所以这短短几年的早期教育也许并不是他们成功的唯一原因。但是，科学界已经承认了这样一个事实，即儿童早期的经历可以塑造人的大脑回路（early experiences shape brain circuitry）。

大脑如房屋，神经如电路

有很多因素影响着大脑的发育，包括遗传因素，营养状况，家庭环境，日常经历和身体锻炼。过去，一些科学家们认为大脑的发育是由遗传决定的，拥有什么样的基因就发育成什么样的大脑，发育的过程遵循一个既定的程序。但现在越来越多人相信，早期经历会很大程度的影响大脑和特定回路的形成。

外界环境通过感官来刺激我们的大脑——视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉。婴儿第一次闻到妈妈皮肤传来的味道（嗅觉），父亲浑厚的声音（听觉），房间里色彩明亮的一件玩具的颜色（视觉），或者温暖大手的轻柔抚摸（触觉），这些感受都会传入大脑，共同塑造大脑回路的形成。

若把孩子的大脑想象为一栋房子。在生命的前三年中已经拥有成年时80%的脑体积的大脑，就已经完成了它80%的造房子工程——庞大的地基，添砖加瓦，屋顶房梁。下一步就是内部装修。买电线，装开关，连接各个房间电路，确保房子的正常运行。只不过大脑的回路要复杂的多得多。我们仿若置身于神经细胞形成的巨大星系之中，但这些细胞之间的连接还并没有建立。此时的大脑要做的事情就是，把每一个回路的连接正确建立，让它们最大效率的运行，并不断完善它们。

人类的大脑拥有超过千亿的神经细胞。这个数字可能很难想象，它是整个银河系恒星数目的10倍，或者地球上所有人口的20倍。神经细胞会分出很多枝杈（树突），和其他的神经细胞形成连接，传递化学信号。这些化学信号决定了这个细胞是否活跃或沉寂。

很大一部分的神经细胞连接形成于出生后的第一年，这些连接会形成一个巨大的神经网络。比如，父母重复的喊孩子的名字，不停的输入同样的声音信息，孩子就会慢慢的在神经网络里记录下这个声音信号，从而和自我联系起来，渐渐的就会对这个信号产生反应。从一出生开始，大脑就开始建立这些对应的联系，来形成习惯、思想、自我意识、记忆之类。

等到儿童3岁的时候，他们的大脑已经形成了千兆以上的神经连接，是成人大脑数目的两倍，而且这些连接将会一直持续到大约10岁时。从11岁开始，大脑就开始清除部分冗余的连接，使得系统变得更准确，更有效。在这期间，倘若父母帮助孩子接触良好的环境和教育，就能够促进神经连接的形成和完善。神经元连接的建立是遵循“用进废退”的原则的，重复的刺激能加强连接的形成，进而形成长期记忆。比如，在父母和孩子讲话的过程中，不断重复的单词和短语就自然而然地加强了他们大脑的语言中枢功能。

重要的大脑发育时期

对于0-3岁孩子的父母来说，因“时”施教也许和因材施教同样重要。不同的大脑区域发育时间是有差异的，所以在合适的时间给予正确的经历和训练是很有必要的。学习的过程会贯穿人的一生，但鼎盛的时期是在大脑如海绵般有强大吸收力的时期，也就是出生之后的前三年。

视觉和听觉发展的最佳时期则在0-5岁之间。感官系统的发育能帮助他们更好的认识世界，并和外界交流。在出生后最初的几个月里，他们需要去接触各种形状，颜色，不同距离的事物和运动，来让视觉回路建立和完善。听觉也是如此。而语言的学习发生在更长的一段时间内，从0到10岁，他们都在不断在学习着语言的技能。每个孩子对于语言能力的发展和掌握是不同的，尤其是在出生后的头几年。一些基本的训练可以由父母来完成，比如耐心且不断的和孩子讲话，鼓励他们牙牙学语，表达自己。不过，语言也可以由经过专业培训的教育人员来帮助完成。

情商（Emotional intelligence）的高低则是孩子长大后是否能有成就和获得快乐生活的重要因素，它包括自我意识，自律性，同情心，信任等多个方面。任何来自其他课程的训练，都无法取代父母对孩子情商的培养。幼儿对世界、对爱的最初认识都是来自父母。父母对孩子的关爱，亲密接触，陪伴和玩耍都会影响大脑中神经物质的产生和释放，比如产生愉快感觉的多巴胺，掌管情绪的五羟色胺，产生兴奋的去甲肾上腺素，负责应激反应的皮质激素等。一项关于母亲的爱抚对成年后心理与行为的影响的研究表明，从小被剥夺爱抚的幼儿，从幼年时期起就具有高水平的皮质激素（一种受到刺激后产生的应激激素），大脑发育相对减缓，对学习与记忆至关重要的海马体，和掌管作出决策分析的眶额皮层在体积减小。相反，掌管恐惧反应的杏仁核却体积加大，活性提高，使得个体更容易受到焦虑情绪的困扰（见Seren 《阴魂不散的童年》）。

大脑中这些显著的变化都显示，幼年时代的经历和体内激素的变化，往往比成年后的经历，有着更加持久而难于逆转的效用。另一项研究则表明，比起只有孩子自己参加的课程，由父母和幼儿共同参加的、侧重亲子互动交流的培训课程，会更大程度的促进孩子各项智力指标的增长。

3. [物理] 中子射线：稍微懂点“内功”

福岛核事故以来，相信大家对电离辐射的概念不再陌生。大师兄α射线，是带有2个质子和2个中子的氦核，二师兄β射线，是高速运动的电子，三师兄γ射线，是一种高能光子，四师兄X射线，是一种比γ射线能量低一些的高能光子。除此之外，还有一个名气不大，本事不小的小师弟，他就是中子射线。

中子射线之所以排在四位师兄的后面，因为出场的机会较少。α、β和γ常常产生于天然放射性衰变中，X射线也常常与医学检查联系在一起。除此之外，工业生产当中也时不时地会遇到这几位的身影。相比之下，中子射线就没那么常见了。只有极少数放射性元素衰变时会放出中子，个别原子序数较大的天然放射性元素也会自发裂变释放出中子。为了得到大量的中子射线，往往要用一种粒子去轰击原子核。例如，用α射线轰击铍-9，会生成碳-12和中子。因此，日常生活中接触到中子射线的机会要比其他射线小得多。

由于宇宙射线的影响，在海平面附近，中子的通量密度约为60中子/平方厘米·小时，这代表平均1平方厘米的面积上一个小时之内会通过大约60个中子。而在3km的高空，这个数值就增加到了600中子/平方厘米·小时[1]。相比之下，体重70公斤的成人体内每秒钟有约4300个钾-40原子发生衰变[2]，释放β或γ射线[3]，假设人体的横截面是500平方厘米，宇宙射线全部来自竖直方向的话，那么每秒钟穿过人体的中子数约为8.3~83个，还不及钾-40衰变的零头，完全不需担心。

微妙的平衡

中子虽然是小师弟，但他还懂一点儿师兄们都不擅长的"内功"，那就是把某些本来没有放射性的化学元素变成它的放射性同位素，叫做中子活化（neutron activation）。我们知道，化学元素的原子核由质子和中子组成。在强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用的明争暗斗之下，原子核的“砖块”之间保持着一种微妙的平衡。此时，如果原子核俘获了一个外来的中子，三种相互作用的比例就会发生变化，微妙的平衡也许就不复存在，原子核的大厦变得摇摇欲坠，随时可能土崩瓦解——这就形成了该元素的放射性同位素。

中子射线的师兄们也有类似的本领。不过要么是它们的穿透性比中子弱，不能深入物体内部；要么需要很高的能量，天然放射性元素释放的能量通常没这个高；要么与原子核发生反应的概率比中子的小几个数量级[13]，所以放射剂量学的文献通常不考虑它们的“活化反应”。那么，中子射线相对擅长的本领要不要考虑呢？看一个真实的案例就知道了

中子射线的真实案例

由于天然的放射性元素衰变时极少释放中子，因此，一般人受到大剂量中子射线影响的唯一可能便是核武器和临界核事故了。在核爆炸的最初十几秒中,会释放出大量γ射线和中子射线[4]。1999年，发生在日本JCO公司某燃料厂的临界事故[4,5]，也释放出了大量γ射线和中子射线，造成2人死亡，留下了惨痛的教训。

在日本JCO公司的这次事故中，共有三名操作员受到了致命剂量的辐射，其中A为16~20Gy，B为6~10Gy，C为1~4.5Gy[4]，与之相对的是，人们平均一年所受到的所有辐射的剂量当量为1~10mSv。Gy（戈瑞）表示吸收剂量，1Gy等于1焦耳每千克。如果换算成衡量辐射的生物学效应的剂量当量，Sv（希沃特），还要乘以一个比例因子[6]。对α粒子来说，这个因子是20，对中子来说，这个因子在5~20之间，对β和γ射线来说，这个因子是1。

JCO事故中，患者A的尿液所含的放射性元素的能谱，样品96ml，计数时间为20000秒

由于中子射线活化了人体内的化学元素，它们还带上了一定程度的放射性。日本放射科学国家研究所的一篇论文写道[7]，研究人员对受害者血液、尿液和呕吐物进行检测，得到三位受害者体内的钠-24的放射性衰变活度约为每秒1百万~9百万次衰变（8.7MBq，4.0MBq，1.2MBq）。自然界中钠-23的丰度为100%，因此受害者体内的钠-24一定是在核事故中产生的。我们根据文献[8]中的“放射性药物单位给药量的有效剂量”做一个大概的估计[9]，这些钠-24将给受害者造成额外的0.4~2.8mSv的照射，大约相当于做了一次CT检查[10]。因此通常的放射性计量学文献也很少提到中子射线的活化反应。

人体的化学元素组成按照重量排，依次是氧、碳、氢、氮、钙、磷、硫、钾、钠、氯、镁等等[1]。除此之外，还有一些不超过人体重量0.4%的微量元素。这些化学元素中的大部分并没有天然放射性；即使其中一些元素俘获了一个中子，要么新产生原子核很稳定，没有天然放射性，要么它的半衰期非常长，对人体的影响可以忽略[11]。要么衰变时不发出、或很少发出γ射线[12]，不易探测。因此，JCO核事故中，从受害者样本中检测到的被中子活化的放射性元素主要有放出γ射线的钠-24、钾-42和溴-82。

表一：人体的化学元素组成（按照重量排）

氧

碳

氢

氮

钙

磷

硫

钾

钠

氯

镁

61%

23%

10%

2.6%

1.4%

1.0%

0.20%

0.14%

0.12%

0.027%

中子射线与食品安全

中子射线会不会对我们的食品安全造成影响呢？笔者查询了许多文献，搜索了各种关键词的组合，都没有找到相关话题的讨论。从理论上讲，食品当中的化学元素的确有可能被中子射线活化，从而带有额外的放射性。但讨论这个问题实在有点儿杞人忧天——自然界单位时间的中子通量密度约为60中子/平方厘米·小时，而JCO事故中，受害者遭受的中子通量密度约为5700亿中子/平方厘米，相当于自然情况下100万年的总和。因此，不需要估算吸收剂量，我们就能确定完全不需要考虑日常生活中中子射线的影响。

况且，在核事故中，中子射线主要产生在堆芯附近；而食品安全主要讨论的是周围几十公里的区域。在这种时候（即使受到了核武器攻击），对食品安全影响最大的应该是放射性物质的沉降——如果随风飘散的放射性物质都没有影响到食品安全，那么直线运动的，经过防护罩重重阻隔所泄露出来的中子射线（造成的活化）就更加不需要考虑了。这是由于资料匮乏，笔者得出的个人想法。

相比α、β、γ和X射线，中子射线的确是个不容小瞧的角色。不过在日常生活中，中子射线对人的负面影响微乎其微，完全不需要考虑。许多工业技术、科学研究和医疗手段都要依赖中子射线、或中子活化所产生的放射性同位素。它就像其它几位师兄一样，已经成为人类生活的重要组成部分。不知不觉之间，它就在改变你的生活。
参考资料：

[1] 《中子辐射的防护》，美国国家放射防护与测量审议会（NCRP），原子能出版社，1981年

[2] 沐右《被核辐射污染过的牛奶，煮开了能喝吗？》

[3] General Information About K-40

[4] 《核辐射及相关其突发事故医学应对》，龚守良，刘晓冬，原子能出版社，2006

[5] 历史上发生过哪些“核事故”？

[6] 《辐射、人与环境》，国际原子能机构编著，原子能出版社，2006

[7] Determination of Radionuclides Produced by Neutrons in Heavily Exposed Workers of the JCO Criticality Accident in Tokai-mura for Estimating an Individual’s Neutron Fluence

[8] 《电离辐射剂量学基础》，李士骏，苏州大学出版社，2008

[9] 由[8]中知，含钠-24的钠盐静脉注射的有效剂量为0.32mSv/MBq，那么人体内活度为8.7MBq钠-24的总有效剂量为8.7×0.32≈2.8mSv。

[10] Radiation Exposure in X-ray and CT Examinations

[11] 简单地说，产生相同数量的放射性同位素原子，半衰期越短，单位时间内发生衰变的原子数就越多，对人体的影响也就越大。

[12] Determination of Neutron Dose from Criticality Accidents with Bioassays for Sodium-24 in Blood andPhosphorus-32 in Hair

[13] Handbook on Nuclear activation Cross-sections

致谢：本文感谢沐右和一位物理师朋友的帮助。
注：本文原始版本的细节上存在一些不严谨的地方，经过网友的帮助，现在已改正：
1. 有极少量的天然放射性元素衰变时会发射中子，原文说法有误。
2. 天然放射性元素释放的射线，在一定条件下也有可能与某些化学元素的原子核发生反应，但由于种种原因，除了在实验室中，这样的情况并不多见。原文对此没有表述清楚。
3. 补充了一些细节内容，修改了一些措辞