20210320 什么是放射性

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20210320 什么是放射性

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什么是放射性

  一说到“放射性”,大多数人的脑海中会浮现出核事故之后的黑暗世界末日景象。但是,在120年前,人们对放射性的认识和现在的完全不一样。事实上,当时的人们认为,放射性是健康和活力的神奇源泉。诸如镭之类的放射性元素出现在各种产品,从牙膏到手表表盘乃至黄油的成分表中。
后来到底发生了什么,让这种看似神奇的发现变成了人人闻之色变的怪兽呢?

为什么有些元素具有放射性
想象一下,你的鼻子不小心吸入了一些花粉,有点难受,正想打喷嚏。就是这种想打喷嚏的感觉。有些原子,它就一直处于这种“想打喷嚏”的状态:想要驱逐多余能量,恢复稳定的冲动。
我们周围所看到的大多数东西,都是由具有稳定原子的元素组成。这意味着,你身边那张富含碳元素的桌子不会自行分解成其他东西。负责维持原子稳定性的亚原子部分,叫作原子核。
原子核内部有带正电的质子和中性的中子。这些质子和中子通过一种被称为强核力的力量捆绑在一起。强核力可以抵消带相同电荷的质子之间互相排斥的电场力。核力的作用范围很小,并且取决于原子核内部中子和质子的比率。
但是,当中子数量超过质子数量时,不同力量之间的平衡开始瓦解。例如,具有6个质子和6个中子的碳-12是一种稳定的碳同位素,而具有8个中子和6个质子的碳-14就是一种不稳定的碳同位素。或者,原子核内中子和质子的数量,超过了强核力可以维持原子核稳定的阈值,比如比铋-209更重的任何原子核,这些情况都会导致不稳定的同位素出现。
这就好比我们的身体,在打喷嚏时通过一系列的膨胀和收缩活动将刺激性物质排出一样,不稳定的元素同位素也会释放出不同的粒子或能量,以恢复原子核内部各力量之间的平衡。在这个试图恢复稳定的过程中,它们会形成新的原子核。
这种为了恢复稳定而形成新原子核的性质,就是我们常说的放射性,而这个过程叫作放射性衰变。

原子核如何进行放射性衰变
原子核可以通过释放α、β或γ射线(有时是3种射线的组合)来进行核衰变和放射性衰变。
α粒子基本上同于氦-4的原子核,由2个质子及2个中子组成。
α粒子相对较重,只能在空气中传播几厘米的距离。一张纸或一块塑料就能轻松隔阻α粒子。
重元素原子核内的中子转变为质子(或质子转变为中子)的过程中,原子核会释放出电子,即β粒子。
β粒子携带的能量高于α粒子,穿透力也更强,但电离能力要弱一些。β粒子可以在空气中传播,但薄金属片甚至防护服就可以阻隔β粒子。
最后是能量最高、最致命的放射性衰变形式:γ射线。
在发生α衰变和β衰变之后,处于高能量状态的原子核仍必须返回到更加稳定的低能量状态,这时候释放出来的高能量射线即γ射线。
原子核可以在几秒内,或者几天、几年甚至几个世纪的时间里自发地发生所有这些衰变,转变为稳定的形式。该速率取决于放射性物质的半衰期,即放射性物质衰减到其初始值一半所需要的时间。
放射性和核能的兴起
说起放射性,就不得不提居里夫人。她使用过的用铅密封的高放射性实验室、笔记本、菜谱和家具等,都受到了镭元素的污染,并且这些污染将在未来1.2万年内继续存在。
居里夫人与丈夫皮埃尔·居里,以及亨利·贝可勒尔在20世纪初发现的放射性和放射性元素,开创了原子物理学的一个全新领域。最终,基于放射性和放射性元素的研究,人们发现了原子的不同组成成分和核能。
诸如铀-235和钚-239等放射性元素在受到中子撞击后会释放大量能量。如果在核反应堆内操作得当,这些燃料可长期提供能源。1公斤铀-235可以通过核裂变产生将近2400万千瓦时的电力,而1公斤的煤炭只能产生8千瓦时的电力。正确使用这种能源可以解决全球二氧化碳排放与日俱增的难题。
但是,核能使用的致命弱点是如何安全地处理废弃的放射性燃料,以及全世界对核事故的广泛担忧。
几十年前发生的切尔诺贝利核事故至今仍让人心有余悸。一个核反应堆熔毁,就能导致大片土地世世代代不宜居住,更不用说暴露在核辐射下的数千万人将一生受此影响。
2011年,地震引起的海啸袭击了福岛第一核反应堆,致使事故半径20公里内的数千人撤离。现在,日本政府相关机构仍在清理周围环境,清除和处理受影响区域内的表层土壤。
放射性的影响
放射性物质的有害影响可以通过辐射暴露间接地、或通过接触或摄入直接地影响我们的身体。
辐射暴露 总体而言,辐射并不危险。反射表面可以反射光。用来加热食物的微波或手机接收的信号等,都是不同形式的辐射。但有一种辐射对所有生物体尤其危险,即核辐射,也称为电离辐射。
放射性物质在其衰变过程中会释放出电离辐射。通过敲除中性原子携带的电子,电离辐射可以将原本不带电的原子变为带正电荷的离子。任何生物暴露在如此高能量的辐射之下,它们非但不会获得放射性能力或超能力,只会变成辐射中毒的受害者。
核辐射导致的辐射中毒可以轻易地破坏DNA的分子结构,并损害活细胞。大剂量或长时间的辐射中毒已被证明具有致命性,因为这些射线可致癌。
放射性污染 由于放射性物质直接与人体内部或外部接触,这种形式的危险性是辐射暴露的两倍。直接接触不仅使人体暴露于辐射中毒的危险之中,也会通过影响特定身体部位而造成内部损伤。
摄入放射性镭之后,我们人体会误将放射性镭当作钙,不断地将体内的钙元素替换成摄入的镭元素,最终导致骨骼和牙齿坏死。放射性铀元素经摄入后,主要攻击和损坏肾脏。
(据科普中国)

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