辐射危机下的口罩 “盾牌”：七类材质阻挡 α、β 粒子大揭秘，关键时刻如何选？

为解决核事故辐射紧急情况下口罩材料阻挡电离辐射能力不明确的问题，研究人员开展口罩材料阻挡 α、β 粒子性能研究。结果表明不同材料效果各异。该研究为辐射防护口罩选择提供依据，强烈推荐科研读者阅读。

　　

在全球努力应对气候变化的大背景下，核能作为低碳能源体系的重要组成部分，受到了越来越多国家的关注。许多国家纷纷签署宣言，计划到 2050 年大幅提升核能发电量。然而，核能虽然有着诸多优势，但核事故的风险却始终让人们心存担忧。一旦发生核事故，往往会引发辐射紧急情况，而电离辐射（包括 α 粒子、β 粒子和 γ 射线）对人体的危害极大。γ 射线由于穿透力极强，需要厚重、密实的屏蔽材料才能有效阻挡，所以本次研究暂未涉及。而 α 粒子虽然在空气中只能前进几厘米，在生物组织中前进不到十分之一毫米，但它能在极短距离内引发多次电离，相同沉积能量下，对生物的损伤更大；β 粒子则能在空气中传播数厘米甚至数米，还能穿透几毫米的皮肤或组织，足够强度的 β 辐射会损害人体内部细胞和器官。因此，如何有效阻挡 α 粒子和 β 粒子进入人体，成为了一个亟待解决的问题。

在日常生活中，口罩是人们常见的防护用品，尤其是在疫情期间，它的重要性更是凸显出来。大家都知道口罩能阻挡飞沫、降低呼吸道病毒传播风险，那在辐射紧急情况下，口罩能不能发挥作用呢？不少机构和专家都给出了建议，比如美国疾病控制与预防中心就表示，在辐射紧急情况下，如果人们无法立即进入室内，且没有高级防护呼吸器，佩戴口罩可以减少吸入的放射性物质。但问题来了，目前虽然对口罩在防止空气传播方面的研究不少，可关于口罩材料阻挡电离辐射能力的定量信息却非常匮乏。就像在黑暗中摸索，大家都知道口罩或许能有点用，但具体效果如何，哪种口罩效果更好，却一无所知。

为了填补这一空白，相关研究人员在《Scientific Reports》期刊上发表了一篇名为《Shielding properties of face mask materials against radioactive alpha and beta particles》的论文。这篇论文的出现，就像是黑暗中的一盏明灯，为我们照亮了了解口罩在辐射防护方面的道路。研究人员通过一系列实验，得出了许多重要结论，对我们在辐射紧急情况下选择合适的口罩防护有着重要意义。

那研究人员是怎么开展这项研究的呢？他们主要采用了两种关键技术方法。首先，在检测辐射方面，使用了表面屏障探测器来检测 α 粒子，用盖革 - 弥勒（Geiger - Mueller，G - M）计数器检测 β 粒子，这两种设备都具有高灵敏度和高效率的特点。其次，为了保证实验数据的准确性，在数据处理和实验条件控制上也下了一番功夫。他们多次测量辐射计数，通过特定公式计算辐射衰减率（Attenuation）来评估口罩材料的屏蔽能力，并且在室温、常压的空气环境下进行实验，保证实验环境稳定 。

下面我们来看看具体的研究结果。

口罩材料阻挡 α 粒子和 β 粒子的能力

研究人员用 “衰减率（Attenuation）” 来衡量这七种口罩材料阻挡 α 粒子和 β 粒子的能力。衰减率的计算可是有专门公式的，简单来说，就是对比有口罩材料屏蔽和没有屏蔽时检测到的辐射量差异。研究人员多次进行测量，结果发现，所有材料都能阻挡超过 90% 的 α 粒子，这还挺让人意外的！像 N95 口罩、人造丝纤维和聚酯纤维制成的口罩，几乎能把 α 粒子全部挡在外面。按常理来说，普通纸张就能挡住 α 粒子，但研究人员发现，实验中的纸纤维只能挡住约 90% 的 α 粒子。这是为什么呢？原来是为了让纸张更透气，它的孔径变大了，这就牺牲了一部分屏蔽能力。

在阻挡 β 粒子方面，情况就不太乐观了。所有被测试的材料都没办法有效地阻挡 β 粒子。不过，聚酯纤维和 N95 口罩表现相对好一些，能阻挡超过 10% 的 β 粒子，比其他口罩材料强一点。人造丝纤维、聚酯纤维和 N95 口罩阻挡 β 粒子的能力也比普通无纺布口罩要好。还有个有趣的发现，高级无纺布口罩（它和普通无纺布口罩一样都是三层无纺布结构，但更薄，还含有驻极体纤维）阻挡 β 粒子的能力比普通无纺布口罩强，这可能和驻极体纤维有关，因为 β 粒子本质上是电子，说不定驻极体纤维能和它 “过过招”。

驻极体纤维与 β 粒子相互作用后的静电变化

研究人员还特别关注了驻极体纤维和 β 粒子相互作用后的情况。他们测量了含有驻极体纤维的 N95 口罩和高级无纺布口罩在屏蔽 β 粒子前后的静电情况。实验环境控制得很严格，在 27.2 ± 1℃、相对湿度 68 ± 5% 的条件下，用高精度模式（±10 V）的基恩士（KEYENCE）静电传感器（SK - H050）进行测量。结果发现，和 β 粒子相互作用后，这两种口罩的静电都减少了。这说明什么呢？研究人员推测，这可能是因为驻极体纤维和 β 粒子发生了碰撞，也就意味着驻极体纤维或许真的能帮忙屏蔽 β 粒子。但有趣的是，研究人员还发现，高级无纺布口罩屏蔽 α 粒子的效率居然比普通无纺布口罩低，看来驻极体纤维在屏蔽 α 粒子方面可能帮不上什么忙。

综合这些研究结果，研究人员在结论和讨论部分给出了非常实用的建议。在辐射紧急情况下，如果没办法马上躲到室内，又没有高级防护呼吸器，选择口罩时可得好好考虑一下。相对厚一点的 N95 口罩、人造丝纤维或聚酯纤维制成的口罩，在阻挡 α 粒子和 β 粒子方面，要比薄的无纺布口罩更有效。而且，口罩里的驻极体纤维确实可能对屏蔽 β 粒子有帮助。不过，大家也要注意，在辐射紧急情况下，可别长时间戴着口罩。一方面，长时间使用一次性口罩会营造出一个适合真菌和细菌滋生的 “小气候”；另一方面，放射性物质可能会在口罩上积累，而且驻极体纤维和 β 粒子相互作用后，静电会减弱，屏蔽效果也会打折扣。就算是平常能重复使用的人造丝或聚酯纤维口罩，在辐射紧急情况用过之后，也最好直接扔掉，可别舍不得。

这项研究的意义可不小。它就像一把钥匙，打开了我们了解口罩在辐射防护领域的大门。以前，我们对口罩阻挡电离辐射的能力知之甚少，现在有了这些研究结果，以后再遇到辐射紧急情况，我们就能更科学地选择防护口罩，最大程度减少辐射对身体的伤害。而且，这也为未来研发更高效的辐射防护口罩提供了重要的参考依据，说不定以后会有更厉害的防护口罩问世呢！