机场安检有没有安全?“透视眼”下有没有隐私权?

提要:核医学中的辐射防护告诉我们,安检中的那点X射线的剂量是微不足道的,但不必要的担忧带给人们的恐慌情绪也会对身体造成伤害,影响人们的正常生活。核医学中的辐射防护告诉我们,安检中的那点X射线的剂量是微不足道的,但不必要的担忧带给人们的恐慌情绪也会对身体造成伤害,影响人们的正常生活。

三个故事

在这世界上,有些事情会以某种奇妙的方式联系在一起。我们先听三个故事。

1895年11月8日,一名德国科学家在实验室操作他的阴极射线管——一种克鲁克斯管,这种射线管类似于日光灯管,可以发出荧光。他加电时,射线管是被黑纸覆盖住的,但1米远处的荧光屏上却出现了绿色的闪光,他意识到自己发现了某种新的不可见的射线。这个德国科学家叫威廉·伦琴。与中国某位非著名科学家在基因编辑技术上的突破性发现无人能够重复不同,伦琴的实验很快就被无数人重复出来了。伦琴的发现很快传遍世界,他将自己的发现命名为X射线,世人也称之为伦琴射线。

 科学家很快就意识到了X射线的用处。1897年,在伦琴发现X射线两年后,X射线就已经被应用到了战场。在巴尔干战争中,X射线被用来寻找病人体内的子弹与碎骨。如今,在机场、医院、码头、工厂等处几乎都能找到X射线装置。

第二个故事比伦琴的发现要早上8年,即1887年。早在1864年,天才科学家詹姆士·C·麦克斯韦用四个公式统一了电磁学。19世纪中期,赫姆霍兹从基尔霍夫的理论预言电场与磁场可以脱离具体的物质而自我传递,并可以根据麦克斯韦方程进一步从数学上证明这种可能性,这就是电磁波。1887年,德国科学家海因里希·赫兹通过实验证实了电磁波的存在。1888年,他专门建立了一个装置,向公众演示电磁波的存在。

第三个故事发生在20世纪80年代。美国迈阿密机场,一名来自哥伦比亚的孕妇在走出海关时晕倒在地,随后在医院中死亡。尸检结果显示,她的血液中有超过100克的可卡因。这名孕妇是国际麦德林贩毒集团所雇佣的无数运毒人员之一,他们将小包可卡因吞服进体内,到达目的地再服用泄药,将毒品排出。遗憾的是,体内的包装破损,令这名孕妇在短时间内死亡。

这三个故事都与我们如今的机场安检紧密关联。第三个故事告诉我们为什么要安检。除了毒品,枪支、炸弹、易燃易爆物等禁运品都会对飞行安全造成极大的威胁,所以机场的安检是必需的。违禁品的种类繁多,机场的客流量又极大,对旅客一一搜身并开箱检查行李,是不可行的。那么,如何发现被带进机场的违禁品呢?最好的方式就是有“孙猴子”那样的火眼金睛,扫一眼,一切都无所遁形。“透视眼”,这可能吗?实际上,科学技术的确为安检提供了这样的透视眼,而这样的透视眼就与前两个故事有关。伦琴的克鲁克斯管是被黑纸遮挡住的,但却在远处的屏幕上看到了闪光,这表明X射线能够穿透物品。早在1888年,赫兹就发现,电磁波可以穿透不同类型的材料,也可以被其他材料反射。我们只要探测到穿透物品或经物品反射后的X射线或电磁波,就可以得到这些物品的一些信息,从而进行物品识别。

目前,在机场用于安检的有两种常见的透视装置:X射线与毫米波。X射线是第一个故事里发现的东西,毫米波也是雷达上所使用的一种常见电磁波,是第二个故事里验证的东西。我们来谈谈这两种透视眼。

从图2可见,X射线可分为能量较高的硬X射线及能量较低的软X射线,其能量都要强过紫外线。用于安检的X射线位于软X射线波段。

人工X射线常常用到这三样东西:用于产生电子的发射器、电子加速部件、接受电子轰击的材料。电子发射器很简单:通电的导线会因为其自身的电阻而被加热,受热使得导线的电子获得能量,从而摆脱导线变成自由电子。两块电压差较大的金属板就可以轻松让电子加速。通常接受轰击的材料都是原子序数较高的重金属,如钨。

从源发射出的电子经过加速后获得较高的能量,然后轰向重金属原子。当高能电子与被轰击原子的核外电子相互作用时,电子会损失能量并产生X光子,即X射线。

我们用眼睛能够看到物体是因为有光线,光可以在物体表面反射,也可以透射过物体,或者物体本身会发光(光源)。

机场的毫米波人体安检采用的是反射模式。毫米波可以穿透衣物,再从人体皮肤表层反射回来,这样就有助于发现隐藏在衣服下面的违禁品。

“透视眼”的危害问题

安检设备对人体可能导致的危害一直广受关注。讨论危害,我们必须要搞清楚这样几点:什么东西、在什么条件下、对什么对象、以什么样的方式、产生什么程度的危害。否则,只强调危害,而不提具体的内容,除了导致无谓的恐慌外毫无意义。在了解两种透视眼的原理之后,我们来讨论一下这个问题。

辐射是自然界传递能量的一种基本方式,是由场或基本粒子所构成的射线。辐射无处不在。

X射线及毫米波都是辐射,不同种类的辐射存在不同的危害,我们首先要弄明白每种辐射的危害是什么。

图2中不同能量的电磁波与原子、分子相互作用的效果不同。可见光、红外光及更低能量的电磁波,由于能量较低,它们不会影响到原子、分子的结构,对物体造成的影响只是加热。而紫外波段的电磁波,其能量已经高到能够破坏构成生物体的大分子链,之所以太阳暴晒过度会导致皮肤癌,就是因为其中含有高能的紫外线。X射线的能量比紫外线更高,它们不仅会破坏分子链,还会影响原子,导致原子发生电离,由它们所构成的辐射叫电离辐射。

能量低于X射线的电磁波,它们的能量不足以让原子电离。其中由紫外线、可见光及红外光波段的电磁波所构成的辐射,也可以称为光辐射。频率低于红外波段、波长在毫米及分米量级的通常叫微波,波长更长的电磁波通常叫广播信号或无线电波。光辐射、微波辐射、无线电波的辐射都属于电磁辐射。电磁辐射的效应主要是加热,对人体及生物体而言,就是导致体表或体内的温度升高。这个过程叫生物致热传递(bioheat transfer),这是一个很复杂的过程。

电离辐射也有热效应,但其主要的危害是破坏原子的稳定性。对生物体而言,电离辐射的伤害表现为随机性效应与确定性效应。当电离辐射的强度较低时,其危害表现是随机性效应:生物体内少量的大分子链被打坏。这种损坏如果未得到及时修复,累积的效果就是癌变。当电离辐射的强度足够大、破坏足够多时,短时间就能直接伤害生物体,这样的危害叫确定性效应,如脱发、出血、晶状体混浊、组织坏死,直到死亡等等。

除了强度大的紫外光可能会导致皮肤癌之外,其他类型的电磁辐射只有一种效果,就是加热。虽然紫外线强度过大会导致皮肤癌,但紫外线也有杀菌、消毒、治疗皮肤病等方面的作用。受到电磁辐射与在暖气片旁边取暖一样,其效果只与受辐照强度的大小有关。能量比紫外线低的电磁辐射没有电离辐射那样的随机性效应,换句话说,除了紫外线,其他的电磁辐射都没有致癌风险。

公众对辐射危害的担忧主要是电离辐射的随机性效应。电离辐射的确定性效应是直观可见的,只在受到强度很大的电离辐射时才会发生;电磁辐射的热效应在辐射强度较大时也是直接可感的,与受到火烤的效果一样,微波炉加热就是这个原理。电离辐射的随机性效应是随机发生的,也不会立刻出现,而一旦出现,其效果又很糟糕,即致癌。正由于随机危害像幽灵一样不是直观可见的,就会给人带来心理上的恐慌。因此,公众对电离辐射的担心和畏惧是完全可以理解的。

本来,根据上面所述,公众完全不必担忧电磁辐射有致癌风险,但媒体的日常宣传及不少文章都未能很好地区分电磁辐射与电离辐射,使公众误以为电磁辐射也有电离辐射那样的随机性效应(主要是致癌风险),从而对一切产生电磁波的设备都产生恐慌,如手机、电脑、家用电器等。各种骗子又利用这担忧生产出大批没必要存在的产品,如孕妇防辐射服、防辐射仙人掌等。这些产品就像在身上贴一道生死符,除了心理安慰就是累赘。所以,再强调一下:除了紫外线,其他所有的电磁辐射都没有致癌风险。

自从电离辐射的危害被发现以来,科学家一直在努力对其危害进行量化,这就是核医学中辐射防护的部分内容。判断电离辐射的伤害大小,最直观的做法就是用射线在生物体内沉积的能量大小来衡量。这个能量沉积以戈瑞(Gray,简写为Gy)为单位。但进一步的科学研究发现,伤害程度不只与沉积能量相关,还与射线种类、射线能量、沉积部位相关。为了在整体上对伤害有个统一的衡量标准,辐射防护中引入了一个等效生物剂量,其单位为希沃特(Sievert,简写为Sv)。1 Sv的剂量表示在人体不同部分的伤害程度大致相同。希沃特与戈瑞之间的换算关系比较复杂,这属于很专业的内容,我们知道计算后的希沃特值就足够了。Sv是一个很大的单位,我们通常用mSv(毫希沃特),即Sv的千分之一。

ICRP设定的对人体健康有害的剂量限值为100 mSv。国家卫生部对放射性从业人员的年剂量限定在20 mSv以下。但电离辐射无处不在,普通人每年在天然环境中受到的平均剂量为2~3 mSv,在矿区的人会更高。进行一次医学上的X光胸透,剂量大约在0.01 mSv左右。大气平流层位置的宇宙射线强度很高,其电离辐射强度大约是地面的400倍,高空飞行每分钟受到的剂量大约在0.00004 mSv。烟草中富集的重金属含有的放射性同位素也会对人体形成内照射,抽一支烟的辐射剂量大约在0.006~0.012 mSv。以最低剂量估算,每天抽30支烟则年累积的剂量在60 mSv以上。这个剂量超过了放射性从业人员的限值,相当于每年做了4,000次以上的胸透,或者在高空飞行25,000小时以上。

美国食品药品管理局(FDA)的设备及辐射健康中心(CDRH)、美国国家标准研究院(NIST)及第三方辐射防护组织,对应用在美国机场的X射线人体检测设备进行过联合检测。平均来说,一次安检的X射线背散射扫描所产生的剂量大约在0.000015~0.00088 mSv之间,这相当于在高空飞行了0.5~2分钟。抽一支烟就相当于接受了14~400 次这种扫描,做一次医学诊断的X光胸透相当于接受了11~600次这种扫描。

通过对比可以发现,即便是频繁出入机场并接受X射线背散射的人体安检,对人体的危害也可忽略不计。美国马凯特大学工程院对X光背散射安检的研究表明,尽管这种设备的X光会穿透人体的皮肤表层,但它对人体健康造成的风险仍然低于健康标准。

用于安检的毫米波是能量远远低于紫外线的微波,这种电磁波没有随机性效应,即没有致癌的风险。电磁辐射的能量密度单位为mW/cm2,即毫瓦每平方厘米。安检毫米波的能量密度为0.00001~0.0006 mW/cm2,通过毫米波检查的时间通常在15秒左右。由于生物致热传递,皮肤受到能量密度150 mW/cm2的微波照射10分钟,其温度才会升高至可能导致伤害的41℃。与之对比,毫米波安检所带来的伤害更是微乎其微的。

为了更加形象地理解辐射危害,我们不妨用金字塔的防御来类比一下。

把人体想象成一个由巨石垒成的金字塔,其中的巨石相当于人体的细胞,各种电离射线相当于大炮,电磁辐射相当于水枪,紫外线辐射相当于冰雹。当炮弹的数量与密集程度足够时,会直接摧毁巨石,这就是电离辐射的确定性效应。水枪喷射的水柱尽管速度可以很高,但其破坏力远不如炮弹,无法对巨石造成毁坏,但可以在石头表面造成坑坑洼洼的效果,这就是电磁辐射的加热效应。

实际上,生物体时刻都在接受着电离辐射及电磁辐射,就像时刻处于枪林弹雨之中的金字塔。但是,生物体具有很强的自我修复机制,随时都会有细胞被毁坏,也随时有细胞被修复,或者有新的替代细胞产生,而这种损毁与修复机制是被动接受轰击的金字塔难以比拟的。并且,构成生物体的细胞数量远远超出一个金字塔的巨石数量。与炮火轰击的金字塔相比,生物体要更加难以摧毁。

因此,对于机场安检的X射线背散射系统或者毫米波系统,我们完全可以放心地接受。

“透视眼”的隐私问题

人体安检的透视眼可以发现隐藏在衣物下面的违禁品,这对于抓获违法人员固然很好,但衣服除了避挡灰尘与御寒,最大的功能是保护隐私。在这种检测装置下,旅客就像被脱光了一样,这一点让人难以接受。自从X射线背散射及毫米波在机场应用以来,隐私侵犯问题一直备受关注。

美国在机场使用的X射线背散射安检设备是由运输安全管理局(TSA)批准的,TSA是美国国土安全部(EHS)的下属单位。2012年,美国的电子隐私侵犯中心(EPIC)起诉国土安全部,称采用X射线背散射系统安检是非法的,它侵犯了隐私且没有效果。法院判决:背散射系统可以在机场继续使用,直到新的替代系统出现,但背散射系统必须采取措施来保护乘客的隐私,包括:采集的图像必须进行再加工,如对面部及隐私部位进行模糊处理;图像分析要在独立的房间里进行,不能在公开区域;要对计算机程序进行修改,使得采集的图像不可被存储、打印、保存或者传输,等等。尽管如此,公众对隐私的争议始终没有停止。

毫米波的人体安检也存在同样的隐私问题。为了应对人权组织及乘客们的抗议,安检设备制造商在图像处理中添加了自动目标识别技术:采集到的图像只显示人体的轮廓,如果检测到有异常的部位,则在轮廓上把异常部位标注出来,让安检人员再做进一步的检查;如果没有发现任何异常,则只显示一个“OK”,并让乘客通过。

隐私保护固然重要,但违禁品的安检也不可忽视。图像的特殊处理与自动目标识别等技术只可以保护部分隐私,这就看公众是否能够接受了。个人隐私与公众安全,这是一个博弈。

成都双流机场的“弱光子安检仪”

2016年9月底,成都双流机场出现的一种“弱光子人体安检仪”引爆了网络。随着抗议声浪高起,10月10日,环保部下文要求四川环保厅进行整改。10月12日,双流机场的“弱光子安检仪”已经停止使用。那么,这种“弱光子安检仪”到底是什么呢?它究竟有没有危害呢?

据查,双流机场的“弱光子安检仪”实际上就是一种X射线人体检测仪,生产厂家是安徽某公司,型号为“神枪”系列。根据有限的网络资料得知,这种X射线检测设备采用的是X射线透射式成像,这与美国采用的背散射模式不一样,其单次安检的剂量在0.2 μSv(即0.0002 mSv) 以内,这个剂量与前文所说的背散射剂量大致相当,是安全的。

尽管这个安检设备看上去是安全的,但存在这样的两个问题:

1. 在机场的公告栏上没有标明“X射线”,而采用了似是而非的“弱光子”,有故意误导公众的嫌疑。实际上,X射线从19世纪未被发现以来,并没那么神秘。只要实际检测的剂量在安全可靠的范围内,光明正大地向公众说明其安全性即可。用什么“弱光子”来遮遮掩掩,反倒会让人怀疑其中有什么不可告人的秘密。

2. 从新闻报道的图片来看,人体安检的成像设备放置在公共场合,没有明显的隐私保护。至于是否采用模糊隐私部位与面部、不可保存图像、自动目标识别等处理方式,不得而知。在宣传中也没有明显的隐私保护内容。

公众场所的安全是一个大问题,飞行前的安检是必需的,但不可以对公众欺瞒与误导,应该详细地进行正面解释。如果双流机场的X射线安检仪的辐射防护检测报告真实可信,就不存在安全性问题。这件事引爆网络的症结在于无意义的遮掩与几近于无的隐私保护。
核医学中的辐射防护告诉我们,安检中的那点X射线的剂量是微不足道的,但不必要的担忧带给人们的恐慌情绪也会对身体造成伤害,影响人们的正常生活。我们期望,随着技术的发展,在个人隐私与公共安全之间寻找到新的平衡点。

心蛛,猫头鹰作者,核物理与粒子物理专业副研究员,同时关注行为心理学、自闭症等领域。

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