如果你是漫威电影的粉丝,你应该记得宇宙中许多超级英雄的能力来自放射性元素!比如浩克博士或者曼哈顿博士,还有神奇四侠,其中神奇四侠被高能宇宙射线击中后获得超能力,其实原因都是一样的,都涉及到高能粒子。但这些都只是科幻题材。在现实世界中,我们的人体只是受到高能粒子的伤害,并不存在超能力这种东西。
那么在现实中,如果我们直接接触90%核武器等级的高浓缩铀会发生什么?我在网上看的。有人说这种高浓缩铀几十米就能把人体烧了,几百年就能死人。真的是这样吗?先说说为什么放射性元素会对人体造成伤害?
放射性衰变铀有17种同位素,但有些是人工干预合成的。天然放射性同位素只有三种:238U、235U和234U。自然界的丰度分别为99.275%、0.720%和0.005%。238U是最多的,但不用于核电站和核武器,因为238U会俘获慢中子,然后衰变为钚239。使得裂变不可持续。
在自然界中,只要比铅重的元素随着时间的推移会发生放射性衰变,它们就会成为更轻更稳定的元素。放射性衰变大致可分为以下三种类型:
α衰变,重原子核通过释放一个α粒子(两个质子、两个中子,也就是氦原子核)变为更轻的元素。α粒子穿透能力较弱,一般一张办公用纸就可以将其阻挡住。β衰变,较轻原子核中的中子通过释放电子或正电子和反电子中微子或中微子发生衰变,β射线(也就是电子)穿透能力较强,能透过几毫米厚的铝板。当然人体皮肤也挡不住这样的高能粒子。γ衰变,γ射线属于电磁波,也就是一个高能光子,其是处在高能态的原子核向低能态跃迁时就会释放光子。穿透能力极强,只有相当厚度的混凝土和铅板才能将其挡住。因此对人体的伤害能力也最强。从上面可以看出,只有α衰变对人体无害,也就是说,人体外城的皮肤甚至衣服都可以阻挡。还有一点是重元素的放射性衰变不可能随时发生,它有一个时间段,我们称之为半衰期。
因为放射性衰变是一种微观的量子行为,我们无法准确预测一个放射性原子什么时候会衰变,但我们可以计算出大量原子衰变一半需要多长时间,这就是半衰期的由来。掌握了以上知识,我们来看看能否用手触摸到高浓度的235U。
把玩浓缩235U235U的自然丰度是0.720%,自然含量很低,半衰期是7亿年,所以即使我们把一颗铀矿踢到口袋里,也就像带了一只夜光手表一样。
所以放射性并不可怕,你可能会认为它是自然界的低含量。如果含量高一点,还能用手摸吗?请看下图:
叫黄饼而不是“黄粉”。它是核电站浓缩铀的中间产品。它含有40%~70%的氧化铀,在没有任何保护措施的情况下,仍然可以用手直接触摸。丰度呢?
上图为高浓缩铀金属。实验者只戴了一副手套,还能拿着。其实可以不戴手套,洗完手就行了(因为体外和体内完全不一样)。如果释放高能辐射粒子,一只手套根本阻止不了。所以铀放射性除了半衰期之外,对人体最大的危害就是主要释放对人体无害的α粒子。如上所述,这些颗粒可以被一张纸挡住。
所以,切记铀在体外对人的伤害很小。我们可以直接装下核电站使用的丰度为3%的燃料棒,甚至可以摸到90%的核武器级超高浓缩铀。不是烫几十米,而是几百米细胞慢慢死亡。如果真的那么危险,那些经常制造核武器的人就不要整天辛苦了。那么你可能会说,居里夫人呢?
在长期的工作中,居里夫人不仅接触铀矿石或铀金属,还经常接触各种放射性物质,包括高能和穿透辐射。她的生活基本都是和这些物质打交道的,工作中肯定吸入了放射性元素的粉尘,后果很严重。阿尔法粒子在体外没问题,但不代表在体内没问题。如果放射性元素进入体内,放射性粒子会像机关枪一样击中内部组织,增加患癌风险。
所以我们的生活中不要提对放射性或者电磁辐射的恐惧。我们正常使用的东西都在安全浓度范围内,但也要避免谈论暴露在高能辐射下或吸入放射性物质。
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