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拉德是军事上公认的核辐射剂量单位，它是通过核辐射在1克目标物质上所产生的效应，来衡量核辐射大小的。
由此可见，以拉德为单位的积累能量，将出现在暴露于核辐射下的每克目标物质中。
核辐射对目标的总效应，不仅取决于吸收剂量的多少，而且还取决于目标的辐照面积。
目前，世界上正在推行一种新的核辐射剂量国际单位，它最终将取代目前广泛使用的拉德。
这个新国际单位叫做戈瑞。
它的定义是，每1千克受照物质吸收1焦耳核辐射能时，其核辐射剂量称为1戈瑞。
因此，1戈瑞等于100拉德。
核辐射对物质材料的效应
在军事上，α辐射和β辐射不会产生重大的作用。
但是，由γ辐射所引起的电离作用。
可以影响物质材料的物理性能，尤其是它们的电性能。
中子和物质间的相互作用较为复杂，因为它与γ辐射不同，γ辐射是与目标物质原子里的电子发生作用的，而中子却是与这些原子的原子核发生作用的。
中子与原子核发生碰撞的结果，可能会把中子弹射向别处，在这个过程中，中子的前进速度被减慢。
同时，中子也可能占据目标物质原子原来的位置。
另外，中子还可能被原子核吸收掉。
原子核吸收中子后，就要释放出γ射线，并且由于结构上加入了额外的中子，原来的原子核将转变成另外一种同位素。
所生成的同位素通常是放射性的，因此在其以后的蜕变过程中，会进一步放出射线。
一般来说，γ辐射也好，中子辐射也好，在军事应用上的意义，仅仅是对某些半导体元器件的电性能产生影响。
如果要对这类材料的结构强度起到破坏作用，所需要的核辐射剂量是很大的。
而在此时，任何电子技术装备都会被作用范围更大的冲击波所摧毁。
核辐射的类型
在军事上，把核爆炸所产生的核辐射简便地分为两个问题来加以研究：
一是瞬时核辐射，一是剩余核辐射。
瞬时核辐射是指在核爆炸后1分钟内所放出的各种射线。
剩余核辐射是指在核爆炸1分钟后所放出的各种射线，它通常是由放射性沉降物形成的。
瞬时核辐射
瞬时核辐射的定义是，在核爆炸后1分钟内所放出的各种射线。
我们可回忆起，核爆炸所放射出的射线种类是很多的，其中有军事意义的只有两种：
一种是γ辐射，一种是中子辐射。
γ辐射的成分，产生于不同的来源。
核武器的初始裂变反应，可以引起γ辐射。
不过，它所释放出的γ射线，大部分会被核弹头的核裂碎片所吸收。
γ辐射还来源于裂变产物的蜕变。
裂变产物形成之时，便是其蜕变的开始。
这种γ辐射，在裂变反应后的瞬间是极其强烈的。
γ辐射的最后一种来源，是核弹头核裂碎片的中子感生放射性，以及周围大气分子尤其是氮分子的中子感生放射性。
中子辐射的组分，是核弹头裂变过程和聚变过程所产生的中子，出现在核爆炸第一个微秒前后。
在这些中子来源中，裂变产物的蜕变和中子感生放射性，将会无限期地持续下去，从而也构成了剩余核辐射的一部分。
在核爆炸后第一分钟终了时，爆炸火球已上升到距离地面足够远的地方，空气屏蔽作用使得由火球直接发出的核辐射，对于地面目标来说，已经不构成军事威胁了。
这个事实，也是我们确定瞬时核辐射阶段以一分钟为限的客观基础。
目标接受到的瞬时核辐射剂量，取决于目标距爆炸点的距离，以及空气的散射与吸收。
这些因素统称核辐射传播的路径效应。
影响目标吸收剂量的，还有其他一些因素，例如，核辐射传播速率的快慢、照射时间的长短以及可以使目标得到防护的屏蔽作用。
传播路径效应
随着距爆炸点距离的增加，目标受到的辐照剂量，将在两个因素的同时作用下而减少。
第一个因素是，瞬时核辐射的强度，将会象热辐射那样遵循平方反比定律，随着距离的增加而减少。
例如，在距爆炸点两英里处，核辐射强度仅是1英里处的1／4。
第二个因素是，在核辐射穿过空气的路程中，射线由于和空气分子发生碰撞，因而向四面八方散射。
在碰撞过程中，虽然空气分子在吸收一部分中子的同时，也辐射出相应的γ射线，但其结果是使核辐射能量减少，并且还吸收了一部分γ射线。
在比较稠密的空气中，射线与空气分子的碰撞更为频繁，因为射线在穿过空气的路程上，会碰到更多的空气分子。
大气压力的涨落，对于空气散射或者吸收射线的数量不会有重大影响。
但是，由于冲击波在爆炸点与目标之间，简直象一堵高压空气巨墙在移动，因而冲击波对于γ辐射剂量产生了极为显著的影响。
中子流在冲击波到来之前已发射完毕，因此中子辐射剂量不会受到影响。
与处在正常周围大气压下的空气中相比，核辐射同空气分子的碰撞，在冲击波正压相期间较为频繁，正负压相期间较为稀疏。
由于负压相持续时间较正压相为长，其净结果是核辐射在冲击波情况下的透射，大于在常压空气中的透射。
鉴于压力相的长短随爆炸当量的增加而增加，冲击波对核辐射的强化效应就变得更加明显，而且照射到目标上的核辐射数量有更大比例的增长。
图5.1给出了1千吨当量核爆炸时。
核辐射剂量与距爆炸中心斜线距离的函数关系。
由图上我们看到，在距爆炸中心较近的地方。
中子流在核辐射效应中占主要地位。
而在较远的距离上，中子逐步地被吸收掉，这种吸收效应使γ辐射的剂量逐步增大。
图5.1 1千吨当量空中爆炸的瞬时核辐射效应
对于超过10千吨当量的核爆炸来说，由于其冲击波负压相持续时间较长。
相应的空气吸收效应较小，因此必须引入一个修正量。
对于γ射线剂量必须引用图5.2中的换算系数。
例如，如要计算100千吨当量核爆炸的γ辐射效应。
应依据1千吨当量核爆炸的辐射效应图，按以下步骤进行计算：
由图上查得，距1千吨当量核爆炸中心斜线距离为2公里的地方，γ辐射剂量为1.3拉德，查阅图5.2中的曲线，对于100千吨当量的核爆炸来说，可读到换算系数为130。
图5.2 瞬时γ辐射剂量随核弹头当量而改变的换算关系图
故此，距100千吨当量爆炸中心斜线距离2公里处的γ辐射剂量为1.3×
130拉德＝169拉德。
传递速率与照射时间
在中子辐射剂量具有军事意义的作用范围内，未被大气吸收的中子流，可在几分之一秒的时间内照射到目标上，在这么短的时间内，要采取回避动作是不现实的。
不过，对γ辐射的回避动作，在爆炸火球上升从而超出其作用距离之前，倒可能是安全有效的，这是因为γ辐射的持续时间较长。
而且，在放射出较大剂量的距离上，这种效应对于高爆炸当量的弹头来说，较之低爆炸当量的弹头，要来得显著。
表5.1列出的典型效应试验结果，可以从数量上清楚地说明这个问题。
表5.1 瞬时γ辐射剂量传递速率的典型效应试验结果
爆炸当量
距离（米）
总辐射剂量（拉德）
在规定时间（秒）内传递给目标的剂量（拉德）
0.1
1.0
2.0
5.0
10.0
20千吨
1000
3000
2000
2250
2700
5百万吨
2500
6000
无
300
950
5400
从这个表格中我们可以领会到，在意识到发生了核爆炸的一瞬间，最好是立即采取就便的荫蔽措施，切忌向距离较远的良好掩蔽处所转移。
从而浪费了宝贵时间。
换算定律
在计算瞬时核辐射效应时，为了能根据1千吨当量爆炸的关系曲线，换算出另一个爆炸当量的效应值，可以采用以下基本定律：
I1／I2＝W1／W2
式中，I1和I2表示爆炸当量分别为W1和W2的核弹头，在相同斜线距离内，所放出的核辐射剂量。
这个换算定律，不仅没有考虑核弹头内部构造上的差异，也没有考虑高当量核弹头由于冲击波较强而带来的空气散射与吸收上的差值。
对于后一种差异给总剂量中γ辐射部分所带来的影响，可利用图5.2中所列的换算系数加以修正。
下面举例加以说明。
试估算一下100千吨当量核爆炸，在距离1.0公里处的瞬时核辐射剂量。
由图5.1上我们查得，1千吨当量核爆炸在这个作用距离上，γ辐射的剂量为100拉德，中子辐射的剂量也是100拉德，因此总辐射剂量为200拉德。
我们又从图5.2上读到，γ辐射剂量的换算系数为130，因此100千吨当量核爆炸将向目标投射的γ辐射能量为：
130×
100＝13000拉德。
依据基本换算定律，中子辐射剂量是：
100／I2＝1／100
I2＝10000拉德
所以，核辐射总剂量为：
13000（γ辐射）＋10000（中子辐射）＝23000拉德。
核辐射对电子设备的效应
如前所述，所谓核辐射对物质材料的效应，主要是对电子元器件的效应。
这种损伤效应的主要来源仍如前述，是γ射线和中子流。
在核武器战术使用的条件下，这类核辐射可以达到1000拉德的数量级，并以较短的强脉冲形式向外发射。
特别是γ射线，在总辐射剂量约为1000拉德的场合，其γ射线的峰值剂量率可高达每秒钟109拉德。
在战场上，这类瞬时辐射脉冲可能会对两类体系即人与半导体发生作用。
对后者的损伤作用，称作电子元器件的瞬时辐照效应，通常缩写成TREE。
由于核辐射的两类射线对半导体装置的损伤作用一般是不同的，我们下面分别予以讨论。
γ射线的效应
当γ射线与各种物质材料发生互相作用时，会使物质材料内部产生快电子。
由于快电子的运动，通过原子撞出二次电子，从而使物质原子发生电离。
在半导体中，这种电离作用的结果，产生了电子－空穴对，因而形成了光电流。
光电流对晶体管具有灾难性的损伤作用。
会使晶体管军事技术装备中的装置或元器件失效。
即使不出现这类严重后果，由于双稳线路的稳态工作受到干扰，电源实际上发生短路，在集成电路中将会出现“闭锁”现象。
就目前来说，切实可行、安全有效的电子设备屏蔽方法，还是不多见的。
因此，对于不允许出现工作失灵或容易产生永久性损坏的电子设备，最好采取某种加固或者瞬时回避的保护方法。
加固电路的保护方法包括：
在电路中避免使用可控硅整流器以及其他对核辐射特别敏感的装置；
利用产生电子－空穴对较少的硅半导体元器件取代锗半导体元器件；
在可能会出现短路的电路上。
加入极限电阻器。
瞬时回避的防护方法是在回路中增加快核辐射探测器，以便在γ脉冲发生干扰期间，使电路暂停工作。
中子流效应
中子脉冲虽然不会使半导体材料产生较为显著的光电流，但是却会使处在半导体晶格内的原子发生迁移，从而对电子装置的工作特性产生严重的永久性效应。
其确切损伤机制是十分复杂的，但最终结果是在禁带宽度上发生了空穴与电子的深度复合，或者是形成了许多俘获中心。
由于这些情况的发生，使多数载流子的浓度有所下降，并且使少数载流子的寿命有所降低。
其最终效应，是使半导体二极管的正向电压降加大，使反向漏电流增高，并使晶体管的放大系数降低。
防护中子损伤的加固措施包括：
选用抗中子辐射能力较强的电子元器件。
最好采用由锗材料制造并将基区做得很窄的管子。
这就使得基区的少数载流子寿命变得很短。
这类高频晶体管所受到的损伤作用，比起低频晶体管和功率晶体管来，要小得多。
采用负反馈等电子技术，可以降低电路对晶体三极管工作参数的依赖性。
如果对γ射线和中子流这两种核辐射，未能采取加固防护措施，那么通信系统有可能出现暂时性或长久性中断。
更为严重的是，可能会使电子计算机的数据存储搞乱搞错。
这种损伤作用，很类似电磁脉冲的效应。
关于电磁脉冲，我们将在第七章中具体介绍，但其效应是有局限性的。
核辐射对玻璃的效应
核辐射对电子元器件的瞬时辐照效应，是与它对玻璃和金属的效应密切相关的。
核辐射会使玻璃的颜色发生改变，从而引起光线传播中的损失。
玻璃愈厚，这种损失愈大。
核武器所发出的瞬时核辐射，可使某些光学装置，例如观测仪器和各种瞄准器，出现各种技术问题，使正常作业发生严重困难。
但更为重要的是，核辐射可使光导纤维线路产生不透明效应。
人们曾经设想，采用光导纤维线路代替电缆用于线路传输，以避免电磁脉冲的干扰。
然而对于它们的辐射敏感性仍存在疑问，目前正在进行大量的研究工作，以减轻此种效应。
核辐射对人体的效应
构成生命的基本单元是细胞。
每个细胞都是一个高级的复杂系统，其平均直径只有10～5米。
细胞基本上是由两部分组成的，一是细胞核，一是细胞质。
细胞核内染色体的基本结构，是由基因组成的。
其功能是控制细胞的繁殖和细胞质的活动。
细胞质是细胞的动力工厂，它可把食物转化成能量和简单分子。
所有动物的生长发育，都是通过细胞的增殖来实现的。
细胞数目的增加，是细胞分裂的结果。
这种细胞分裂过程，称之为有丝分裂。
核辐射对细胞核的损伤作用，是可使它分裂细胞的功能减弱。
正常的有丝分裂如果受到这种作用，最终可能会引起细胞死亡。
核辐射对细胞的另一种损伤作用，是使基因发生交替变化，但细胞仍能进行有丝分裂。
如果这种细胞是繁殖细胞（或生殖细胞），那么这种损伤作用将产生十分严重的后果。
由于细胞的特殊恢复机理，核辐射对生物机体的杀伤作用，不仅取决于总的核辐射剂量，而且取决于接受射线辐照的速率。
人体组织受到核辐射的照射后，会受到电离作用的损伤。
这种损伤作用，使人体的大多数细胞在组成和功能两方面都受到影响。
然而，核辐射电离作用的生物学后果，不仅取决于肌体组织所吸收能量的多少（即多少拉德的吸收剂量），而且还取决于核辐射引起细胞组织电离的方式以及核辐射的性质。
某些射线在按拉德数来衡量时，其生物杀伤作用要比另外一些射线大。
因此，必须引入一个比较因数和一个新的测量单位。
品质因数的意义是，当所考虑的核辐射为1拉德时，其对人体的杀伤作用与若干拉德γ辐射对人体杀伤作用相同条件下所需γ辐射的拉德数。
也就是说，品质因数越大，这种核辐射按拉德数换算的杀伤作用也就越大。
雷姆是核辐射生物杀伤效应的剂量单位。
它的代号Rem是英文人体伦琴当量的缩写。
以雷姆为单位的剂量是这样换算得到的：
用按拉德计算的吸收剂量乘以所受到的核辐射的品质因数。
比如，10拉德品质因数为5的核辐射剂量，等于50雷姆。
列成公式是：
剂量（雷姆）＝吸收剂量（拉德）×
品质因数。
日前，世界上又在推广使用一个新的反映核辐射生物效应的国际剂量单位，这就是希沃特（国际代号SV）。
1希沃特等于100雷姆。
在军事使用上，品质因数往往规定为1。
核辐射的生物效应，还与人体受核辐射照射的部位有关，特别是与那些对维持人体健康具有重要作用的细胞的受损程度有关。
人体对核辐射最敏感的组织部位是：
骨髓，制造新的血细胞的重要组织；
肠线，核辐射损伤会妨碍肠线按正常的方式进行自我更新；
脑细胞和肌细胞，脑细胞如果受到严重的损伤，会导致中枢神经系统功能衰竭。
在机体的这些组织部位当中，骨髓对核辐射的损伤作用是最敏感的，脑细胞则是最不敏感的。
不过，从核辐射损伤病症出现的时间来看，骨髓症状出现得最迟，而脑细胞损伤病状则出现得最早。
这是因为减少新的血细胞供给要经过一定时间才能对人体机能产生影响。
而人体中枢神经系统的功能衰竭，是会立即显示出来的。
在人体受到相对较小剂量的核辐射作用后，其症状将会迟延出现。
原因即在于此。
核辐射对暴露人员健康状况的最终影响，还取决于人员肌体受到核辐射照射的部位有多大。
如果机体只有一部分受到辐照，那么仅仅是这部分机体的骨髓受到损伤。
在一定限度内。
人体未受损害的那部分组织，将会继续维持机体的健康状况，甚至还能恢复受照机体被损伤组织的生理机能。
由于任何特定剂量的核辐射对机体的危害程度因人而异，因此不可能确切地说明给定剂量的生物效应，而只能指明其预期的平均结果。
下表列出了整个人体受核辐射照射后的各种症状。
由于受照人员接受核辐射剂量达450拉德时约有50％的人死亡，因而就把这个剂量值称为50％致死剂量，一般用LD50表示。
表5.2 人体受全身辐射照射时的效应
吸收剂量（拉德）
150以下
无任何短期效应。
150～250
在24小时内出现恶心和呕吐症状；
不超过48小时即可自行恢复。
250～350
在4小时内出现恶心和呕吐症状：
大约在48小时内出现假愈期；
症状的再次出现，在2～4周内可导致部分伤员死亡。
350～360
在2小时内出现恶心和呕吐症状，许多伤病员在2～4周内死亡，失去战斗力时间延长。
600以上
几乎立刻出现恶心和呕吐症状，在1周内实际死亡率达100％。
2600
在1小时内失去战斗力。
5000
在5分钟内完全失去战斗力，在1～2天内死亡。
人体具有一定的自行恢复核辐射损伤的能力。
现有的资料数据表明，在受核辐射照射后30天以内，受损伤机体略有恢复，要使健康完全得到恢复可能需要1年时间。
即使是在一年恢复期后，也会有10～20％的核辐射损伤作为永久性效应而存在。
除健康恢复期相当长外，还要考虑到核辐射剂量的累积效应。
一个士兵假如连续3天每天受到100拉德的全身照射，那么实际累积吸收剂量就是300拉德，从而会表现出相应程度的伤害症状。
为了向部队指挥官提供一个准则，以便其了解部队容许遭受的不危及战斗力的照射剂量，列出了以下的数据。
这些数据是在24小时内，人员容许接受的吸收剂量。
英国和美国现行的核突击目标分析安全标准，就是依据这些数据确定的。
可不予考虑的轻微损伤 5拉德
（包括在连续30天内，接受最大累积吸收剂量75拉德）
中等损伤 20拉德
严重损伤 50拉德
请大家注意，这些容许吸收剂量，仅是针对战争时期制定的。
在和平时期，部队人员的容许吸收剂量极限是非常低的，与居民安全防护标准一致。
核辐射的遗传效应
遗传学是研究个体特性由上一代向下一代传递的科学。
人体传递遗传特性的能力，存在于基因中。
基因是细胞核内染色体的一个组成部分。
染色体在细胞内是成对排列的。
一对染色体的两个部分，具有相同的基因排列。
下面用图5.3加以说明。
图5.3 染色体对
我们假定，图上P和Q代表一对染色体。
在染色体P中，基因是按A、B等等排列的，其中，A是眼睛颜色的基因，B是头发颜色的基因，等等。
那么，在染色体Q中，a也是眼睛颜色的基因，b也是头发颜色的基因，等等。
核辐射可以使基因发生改变，这种改变称为基因突变。
假如在繁殖的新细胞内有新基因存在，那么由新基因所传递的遗传信息就也是新的。
但是，新基因可能是显性基因，也可能不是显性基因。
因此，由上一代传递给下一代的新遗传特征，也许在许多代中都不会出现。
基因突变的根源，不仅仅是核辐射的伤害作用。
某些化学战剂，例如芥子气，也可以引起明显的基因突变。
据估计，自发基因突变率，在每一代中，大约是每100000个个体基因中有1个基因突变。
辐射照射的遗传作用
所谓加倍剂量，是指使自发基因突变率增加一倍的核辐射剂量。
据估计，人员一次照射的加倍剂量大约是30雷姆，连续照射的加倍剂量大约是90雷姆。
关于自发基因突变率增加一倍可能存在的生理影响，遗传学专家们的意见尚不统一。
一派认为，它将产生灾难性的后果；
而另一派则认为，它对人的危害是易于发现的，而不是灾难性的。
防护瞬时核辐射的屏蔽措施
虽然γ辐射与中子辐射是紧密相关的，但对它们的屏蔽问题最好还是分别加以讨论。
在选择防护γ辐射的军事屏蔽材料时，首先考虑到的，是采用实际可用的质量最重的物质材料。
单就材料重量来考虑，原子序数较大的元素，如铅等，在理论上具有许多胜过其他元素的优点。
但是，从军事应用上讲，机械强度之类的其他因素，往往是更为重要的因素。
任何一种屏蔽材料的有效性，都是相对于核辐射能量而言的。
不管何种屏蔽材料，它对能量相对较高的瞬时γ辐射的防护效果，一般都劣于对剩余γ辐射的防护效果。
对中子流所采取的屏蔽措施，是建立在这样一个客观事实基础上的：
即某些元素，诸如硼、镉以及较轻的氢，都具有俘获中子的能力。
不过，这些材料在俘获中子的过程中，还要放射出γ射线，因此，也还需对γ辐射进行屏蔽。
这类材料俘获非常慢的中子，可能要比俘获较快的中子多得多。
因此，防护瞬时中子辐射的屏蔽层，必须包括能够俘获慢中子、中速中子和较快中子的材料。
这些中子在通过防护材料时，与屏蔽层内的原子核发生弹性碰撞或非弹性碰撞。
原子序数小的元素，特别是氢元素，通过弹性碰撞，能够最有效地吸收中子所带的能量。
而对于能量非常高的中子，通过与原子序数较大的原子核发生非弹性碰撞，也可以有效地吸收中子能量。
但是，与此同时却要产生更多的γ辐射。
在大多数军事应用场合，其他因素往往也是非常重要的。
因此，在研究屏蔽措施时，必须综合地加以考虑。
改进装甲钢板对中子屏蔽性能的方法有很多种，例如，可在装甲钢板中加入硼元素，也可采用含氢元素的塑料和钢板交替叠合的工艺来制造装甲。
对于战地工事来说，湿土防中子辐射的能力要比干土大得多，因为水分中含有大量的氢。
一般而言，一个士兵所能依赖的屏蔽层，不可能对称地围绕在他的周围。
比如，一个坦克驾驶员，从正面来说，他只能得到一层装甲钢板的屏蔽保护。
而从后面说，由于还有发动机和其他设备，因而可以得到若干层屏蔽的保护。
坦克内部的其他乘员则将分别得到不同程度的屏蔽防护。
为了研究方便起见，一般把在相当标准的情况下物质材料所能达到的平均防护程度，用防护因数这个概念来表示。
但在已发表的防护因数数字间存在着相当大的差异。
表5.3中仅列出一部分典型防护因数。
对表内列出的每一种情况，在掩蔽部或车辆中受到的瞬时核辐射剂量，等于其外部瞬时核辐射剂量除以防护因数所得到的商。
例如，假定在坦克外面受到的γ辐射剂量为30拉德，则在坦克内部受到的平均γ辐射剂量为：
30／4＝7.5拉德。
表5.3
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