高能加速的电子能杀死人吗？ 第1页

【前方高能预警，午饭时间请勿点开图片，勿谓言之不预也】

事故经过: 2000.09.30.“宝”及“堤”二人工作失误，在开机状态下进入加速器室内，将物品摆放GJ1.2高频高压电子加速器的线束下准备辐照，加速器的窗口被一块8mm铝板遮盖，但铝板有一侧倾斜打开，裂隙5cm。其中“堤”在窗口下方时间为30s，并曾抬头看过窗口。二人总操作时间约2min。“宝”曾发现电子束挡板上有闪光。另外在加速器附近活动时间约4min。 局部受照剂量：5～20Gy。受损面积： “堤”为48%（Ⅰ05%,Ⅱ015%,Ⅲ018%,Ⅳ010%）（双侧上肢、双手及头面、颈部，双耳，躯干上部及双大腿前部）。“宝”为45%（Ⅰ04%,Ⅱ016%,Ⅲ018%,Ⅳ07%）（双侧上肢、双手及头面、颈部，双耳，躯干上部及双大腿前部）。

上过核物理实验或者辐射物理课的同学，你要说高能电子束流对人体没危害，那你肯定没有认真听课。核物理课和辐射物理课必然介绍粒子辐射的危害，老师应该举例告诉你一些核辐射事故的著名案例，上面的图片和事故发生在我国。

我百度随便一搜，最近的2016年天津就发生了一起电子加速器的辐照事故：天津通报一起严重辐照事故 两名被照人员在医院接受治疗

据介绍，天津滨海北方辐照技术有限公司成立于２００７年。７月７日１７时左右，该公司临时外聘两名电机维修人员对辐照室外电机进行维修，在公司工作人员就餐间歇期间（加速器停运），两名电机维修人员进入辐照室。１７时３５分该公司操作工郭某某就餐完毕后未进行安全巡检即启动电子加速器，造成两名电机维修人员受照，该公司随即将两名受照人员送往北京３０７医院诊治。

所以高能加速的电子能杀死人吗？

当然能，看剂量。现实世界里，世界各国都曾发生过严重的辐照事故。

当你刚接触三体，还在脑洞中想象“未来科技”时，却没意识到现实世界里人类早就点了天赋树上的那个技能点了。把电子加速到接近光速并不难，人类早就做到了。例如，中国的北京正负电子对撞机能够把电子加速到3GeV左右，3GeV是什么概念呢？根据质能方程，你可以估算3GeV能量的一个电子，其运动的速率大概是99.9999985%光速，非常接近光速了。

GeV是能量单位，它跟电子伏特(eV)的关系
1000,000,000 eV=1000,000 keV=1000 MeV=1GeV，
电子伏特和焦耳(J)的关系是 。
一个高能加速的电子，能量如果是1GeV，也才 的能量，中学物理的小测验时我们就算过，1克的水温度升高1℃，吸收热量就要4.2焦耳，可见一个电子的能量完全不够看啊。所以 @小侯飞氘 说单个电子能量再高也没有明显的危害，这大致没问题。

如果是一群高能电子，情况就不同了。例如，粒子加速器给电子加速的时候，并不是一个一个去加速，而是一群一群地加速（一群电子也称为“一个电子束团”），例如北京正负电子对撞机的设计亮度是 ， 也就是说在一平方厘米的面积上每秒有1×10^33个电子飞过去！（注：对撞机束流的实际横截面积并非1平方厘米，亮度计算实际没这么简单，这里只是从概念上说），如果在一平方厘米面积上集中1×10^23焦耳的能量，这能量够把1克水烧到多少度？

带电粒子对人体造成损伤的具体机理，大家可以参见小侯飞氘同学的答案。

北京正负电子对撞机运行的时候，你跑到正负电子对撞机的对撞中心，站个1分钟，我敬你是条汉子。相信我，你不会变成蜘蛛侠，只会变成煎饼侠。
不过请放心，科学家们成天跟加速器打交道，对事故十分警惕，正在运行的实验大厅是不允许人进去的。有人在实验大厅内时，也是不允许加速器运行的。

正所谓，水能载舟亦能赛艇，粒子加速器能用来做科研，也能用于别的领域。加速器被物理学家发明之后，已经不局限于科研领域。大家发现它是个好东西，工业界会用加速器给食物灭菌，医生也会用加速器治疗癌症。使用范围变大之后，一旦人们对加速器的使用疏于管理，就有发生辐照事故的风险。

在工作中用到辐射源的从业者，一定要谨小慎微，严格按照规章制度使用辐射源，别阴沟里翻了船。咱们普通老百姓，平时路上看到啥没见过的铁球和铁链子，别没事就揣兜里玩，万一那玩意儿是医院丢失的医用钴放射源呢。

【完】

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加速器、X射线、钴放射源什么的，使用不善的时候辐射危害很大，但平常人接触不到，不用过于担心。
至于什么电脑辐射、手机辐射之类的东西，那点电磁波根本没什么危害，也不用担心。我经常对着电脑，晚上睡觉躺床上玩手机，也没见我变异啊，就是眼圈变黑了。

顺便，题主在题注说“电子体积这么小”，那是认为电子有体积吗？这是有问题的。诺贝尔物理学奖获得者，丁肇中先生曾致力于测量电子的半径。目前粒子物理普遍认为电子是基本粒子之一，木有体积。

《财经》：你在获得博士学位后，本来有机会去美国大学任教，为什么却跑到欧洲去做物理实验？ 丁肇中：1948年三位物理学家提出量子电动力学理论，认为电子是没有体积的。这个理论被当时所有的实验所证明，他们因此而获得了诺贝尔奖。但是，1964年，哈佛大学、康奈尔大学的教授们与多年专门从事这种实验的专家们做了两个不同的实验，得出了意外的结果：电子是有体积的。他们的结果受到物理学界的认可和重视。
我决定用不同的方法来测量电子半径。那时，我刚得到博士学位，没有任何经验，因为没有人相信我能做出这个实验来。1965年我放弃到美国大学工作的机会，到德国去做实验。8个月后，我的实验证明，电子是没有体积的。实验结果和量子电动力学理论预测是完全一致的。从这个实验中我得出的体会是，作为一个科学家，绝对不要盲从专家的结论。

太长不看版：简单来说，单个电子所能造成的损伤非常有限，几乎不可能产生宏观上可见的影响，自然不会对人体造成损伤。

首先科普一下，带电高能粒子对宏观物质产生损伤的三种主要方式，按重要程度排序如下：

1、离位损伤：高能粒子直接撞击原子，使其脱离原来的稳定位置，效果如下图。离位损伤。离位损伤是带电离子最主要的破坏方式，它能破坏人体内的有机分子结构，使得蛋白质改性、细胞失活、突变等。

2、热损伤：一个高能粒子路过，所过之处自然是鸡飞狗跳。被撞飞的原子有较高的动能，宏观体现就是有较高的温度，碰撞芯区的温度甚至可以达到数万摄氏度。不过碰撞芯区范围一般很小（纳米量级），单个粒子轰击产生的热效应不会很明显。

3、轫致辐射损伤：带电粒子减速时会发出电磁辐射，频率较高的电磁辐射同样会与分子键相互作用，产生生理上的伤害。但比离位损伤、热损伤造成的伤害都要低很多。

既然高能电子辐射主要损伤来自离位损伤，以下我们就不讨论热损伤和韧致辐射损伤了。

产生离位损伤需要足够的能量转移才能打断原有的化学键，但由于原子质量比电子大太多了（至少1800倍），所以电子轰击原子，就好比砂子撞击台球，能量传递效率很低。沙子大部分动量都反弹回来了，台球吸收的能量很少。所以电子很难把人体内的原子撞离正常的位置造成离位损伤。

一般来说，产生电子离位损伤需要100keV以上的电子能量（1keV表示用1千伏特的电压加速一个电子带来的能量）。

那么，我们把电子的能量提高到MeV以上，是否就能造成大量离位损伤呢？这里我们就要考虑碰撞概率的问题了。微观上，大部分情况下，参与碰撞的两个粒子并不会直接接触，而是通过电磁作用力远程互动：

这种情况下，入射粒子的初速度越快，相互作用时间越短，碰撞效应就越弱。也就是说高能电子容易飞掠过原子核。我们通常用碰撞截面这个物理量来衡量两个粒子发生碰撞的概率。以下是电子-氢原子的碰撞截面。

也就是说，随着电子能量增加，发生碰撞的概率是不断减小的。这种情况下，即使把电子能量提升的很高很高，但由于碰撞截面降低了，电子很可能直接就穿过人体了，撞不到几个倒霉的原子。产生离位损伤的能力并不会提高太多。

最最最最关键的是，人体内的原子数大约在 量级，单个电子即使能产生成千上万次离位损伤，对人的影响也就好比一滴水对大海的影响，可以忽略不计。

当然，你要是非得作死用高通量电子束，那我只能告诉你：不作死就不会死。

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参考文献：