放射性浅谈 https://www.wenxuecity.com/blog/202212/79602/14331.html
看到有些网友对放射性只有一知半解，这里特别写一篇文章简单介绍一下。
放射性是法国科学家贝克勒偶然发现的。他当时是把一些备用的照相底片用黑纸包好存放。然后出于偶然他把一些铀矿石也放到同一个抽屉里存放。结果过了些日子他取出底片，发现底片虽然用黑纸包的很好，但是仍然曝光了。他以为是底片质量问题，又同样包好一些新底片放起来，结果那些新底片又曝光了。最后他怀疑到一起存放的铀矿石上，得出结论这些铀矿石一定能发出一些肉眼看不见的射线，这些射线能穿透黑纸，并且使底片曝光。于是人类就发现了放射性。
自然界存在的各种元素，除了我们常见的稳定同位素之外，还经常有一些不稳定的同位素。所谓同位素，是指原子核里面质子数相同，但是中子数不同的元素。这些元素化学性质完全相同（因为质子数一样，所以核外电子数一样。化学性质是由核外电子决定的），但是物理性质会有一点点区别。有些同位素是稳定的，比如这次核聚变实验中用的重氢，但是大部分同位素是不稳定的，会自发衰变成其它元素，并且同时放射出粒子和/或电磁波。这次核聚变实验中用的另外一种氢的同位素，氚，就是不稳定的，有放射性。
有放射性的元素有一个基本属性，叫做半衰期。所谓半衰期，是指这种同位素构成的物质中在多么长的时间内会有一半的同位素发生衰变。至于哪一个原子在这段时间里衰变，这是完全随机的。但是总体而言，在统计学意义上看，在这一个半衰期内，一半的同位素会衰变。举个例子来说，常见的核裂变产物有碘-131. 这种同位素的半衰期是8天。也就是说每8天有一半原子核发生衰变。假如说你一开始有1克的碘-131， 那么过了8天后你还剩下半克，又过了8天你剩下1/4克，以此类推。过了80天你大概就剩下不到千分之一的碘-131了。反过来看，在这80天内99.9%的碘-131发生了衰变，放出了射线。这得有多少射线啊？知道为啥老毛子一威胁用核武器碘片就被欧洲人哄抢吗？这碘啊，会被人体中的甲状腺富集。所以如果环境中有碘-131，那么好，全会被你的甲状腺收集起来。这些碘-131会发出极为密集的射线照射你的甲状腺，使得甲状腺癌的几率成几何级数上升。如果你有能对放射线成像的仪器,你会发现那些甲状腺富集了碘-131的人,在他们的喉部会发出耀眼的光芒! 但是如果你预先吃了碘片，这些没有放射性的碘-125(常见的稳定的碘同位素是原子量为125的碘，没有放射性）已经占领了甲状腺，那么环境中如果有碘-131，就不会被甲状腺吸收。所以，如果担心核污染，先备着碘片是一个好主意。
再举一个半衰期长的同位素的例子。比如核原料U-235. 这种同位素的半衰期是7亿年。也就是说如果你一开始有一克U-235，那么你要等7亿年才能等到其中一半衰变，再等个7亿年才能等到另外25%衰变（就是14亿年以后你还剩1/4克U-235）。 那么你说如果我手中有一克U-235， 我等到了明天其中有多少原子会衰变发出射线来害我？这个估计没几个。所以对于这种超长半衰期的放射物质其实不用太担心。打个比方，有两个碉堡在你前方。一个碉堡里面重机枪不停地哒哒哒喷出子弹，火力完整覆盖碉堡前方区域。另外一个碉堡每半个小时才零星地往外开一枪。你作为进攻方愿意去攻占哪一个碉堡？
除了半衰期，要防护放射性，射线类型也是需要考虑的问题。据我所知，有下面三种射线类型：
阿尔法，α, 其实就是两个质子两个中子组成的氦原子核。这种射线由于粒子质量大，速度快（大概接近光速的8%), 有很大的动能和强大的电离能力。如果这种高速带电α粒子经过细胞核附近，能把细胞核里面的DNA像粉碎机一样切成成千上万片碎片。细胞内部的修复机制对此根本无能为力。打个比方，一本书你如果用刀把它劈成两半，你可以粘起来凑合着看，但是如果你用碎纸机把它碎成千万片，你还能拼起来看吗? 不过，这种粒子穿透能力很差（因为比较大，而且带电，太容易跟物质发生反应）。一般来说一张白纸都能挡住它。人类的皮肤表层有一层死皮，也基本上能挡住绝大多数的α粒子。但是，如果你把能辐射α粒子的同位素吃到肚子里，那么good luck! 这些同位素对你体内产生内照射，危害极大。之前听说钚是世界上最毒的物质，一公斤就可以杀死地球表面大多数生物。几个公斤就能产生世界范围的物种大灭绝。钚的放射性主要是α粒子。所以你如果拿一块纯钚在手掌上，它的放射性是无法伤害你的（因为它的射线无法穿透你的手掌皮肤）。但是如果有极少量钚被你吸收到体内，你基本上就必死无疑了。
贝塔，ß, 其实就是高速放射的电子。因为电子很轻，质量只有氦原子核的越7000分之一，所以如果你把阿尔法粒子看成高速运动的铅球的话，那么贝塔粒子就是高速运动的乒乓球。 听起来好像好多了，是不？但是，贝塔粒子的穿透性要强得多。别说人体皮肤，塑料板如果薄一点都会被穿透。而且贝塔粒子因为是电子，也带电，所以有比较强的电离作用（比阿尔法粒子要弱多了）。 而且，有些同位素放射的beta粒子速度已经接近光速，有极大的能量（接近光速的乒乓球你也要远离）。 所以beta粒子对生物体有很大危害。它既可以从体外射入，形成外照射，又能在体内形成内照射，所以也防护起来更困难。
伽玛， γ, 其实就是一种波长极短，能量很大的电磁波。γ跟X射线，紫外线，可见光，红外线，微波，无线电波一样，都是电磁波。不过，γ射线是能量最高级别的电磁波。如果你觉得紫外线很可怕，那么X射线穿透力更强，能量更高，就更可怕。如果你觉得X射线可怕，那么γ射线穿透力更强，能量更高，还有更强大的电离能力，所以要比X射线可怕得多。γ射线，因为就是一种我们肉眼看不到的“光”啦，以光速运动。可见光会被一张黑纸挡住，X射线可以穿透身体的软组织，但是被比较致密的组织挡住（这就是X光的原理），但是γ射线可以轻易穿透身体中所有的硬组织，骨骼，甚至铁板。就算是阻挡射线能力最强的铅板，也只能阻挡一部分γ射线。所以一般的铅防护衣，只能减少γ射线的穿透，不能完全阻断。
所以，如果要考虑防护某一种放射性物质，你需要知道它射线的类型。如果是阿尔法，那么你可以放心用手拿，只是千万不要把它吃到肚子里，一点点都不行。如果是贝塔，那么你可以选稍微厚一点的塑料板，玻璃板，或者很薄的金属板。如果是伽玛，那么铅防护衣都只能遮挡一部分。如果是能量不太高的伽玛，大部分可以挡住。如果是高能伽玛，那么祝你好运！
下面要注意的是射线的能量。不同的放射性同位素的射线能量是不一样的。当然，能量高的射线比能量低的危害大。上面说的碘131， 发射的beta射线能量是60万电子伏特，伽玛射线能量是36万电子伏特。核裂变另外一个主要产物，铯-137，发射的beta射线能量是118万电子伏特，比上面的碘-131的BETA射线能量高一倍。常见的放射医疗用的钴-60,也就是几十年前日本电视剧"血疑"中的放射物质,能发出能量高达117万电子伏特的伽玛射线.这种伽玛射线叫做"硬"伽玛,穿透力极强,能量极高,对生物体的危害极大.
对于核废料的 处理 ,主要考虑的是其中同位素的半衰期.对于短半衰期的同位素,只要放置一段时间,比如说25个半衰期的储存时间,那么剩余的就是痕量了.如果比较长半衰期的,镍-63, 半衰期100年,等25个半衰期需要2500年,就必须找个沙漠或者地质情况稳定不会地震的大山埋进去. 幸运的是,核裂变的主要产物比如碘-131等,半衰期都很短.有些以秒计算,有些以天计算.你只要等一段时间,大部分放射性就通过衰变而消失了.当然,肯定还会有一少部分长半衰期的产物.这些核废料会在几千年到几十万年中还有危害生物程度的放射性.所以目前对于核反应堆的核废料如何储存仍然是一个棘手的问题.
下面举两个国人关心的关于放射性危害的例子.
1. 日本福岛核电站事故废水排放问题.之前日本征得美国同意,把核电站事故后储存的带有放射性物质的废水排放到大海中.这个举动不仅仅遭到国际社会的严重关切,而且在中国大陆引起轩然大波.好像小日本多缺德,污染了整个海洋.就本文上面所说,核电站产生的核废料绝大多数是短半衰期的同位素.经过几年的储存,这些同位素不少已经衰变得测不到了.就算是半衰期长一些的核废料,比如铯-137,半衰期30年.储存几年没少多少.但是铯-137化学性质跟海盐中的钠非常相似.铯盐在水中溶解度非常高.核废水中的铯-137被几千万亿倍的海水这么一稀释,也就稀得检测不到了.核废料中的碘-131,含量本来比铯-137高得多,有容易被人体吸收,富集在甲状腺,但是经过几十上百个半衰期,也就基本没了.核废料中的比较长半衰期的同位素,一般来说不太容易溶解到核废水中,即使溶解了也会被无穷倍的海水稀释,所以问题也不大.总而言之,日本倾倒核废水其实对于真正懂的人来说不是个大问题.当然如果他们不放水更好,但是他们也有他们的苦衷.
2. 美军在海湾和阿富汗战争中使用贫铀装甲和贫铀穿甲弹.很多人一听,铀,我的妈呀,放射性金属啊!啥叫贫铀呢?要知道,地球上的天然铀矿中,铀-238占绝大部分。铀-235，能用于原子弹，氢弹和核反应堆的同位素，只有极少量，大约只有百分之一不到。所以各个核国家需要通过离心机等物理手段把有用成分U-235从U-238中分离提纯出来。这个难度其实挺高的，因为把1%的同位素，化学性质完全一样，从99%的另外一种同位素中分离，是需要很高的技术的。这也是核门槛不好迈的主要原因。那么提取了U-235剩下的就是U-238. U-238是不能裂变的。日本目前在搞增值反应堆，通过把一部分U-238转化为钚-239从而增加核原料。大部分U-238被废弃，就被美军用来做武器。那么这些U-238做的贫铀装甲（贫铀是指贫U-235），辐射危害到底怎样呢？这些U-238的半衰期长达46亿年，也就是要等46亿年才能有一半发生衰变。地球形成与大约距今46亿年前。也就是说，从太阳系原始星云凝聚成地球之后，地球上的铀-238才衰变了一半。那么你站在贫铀装甲的坦克前面，多久才能有一个U-238原子衰变，而其衰变产生的射线正好又对准你的身体呢？我估计你得且等。
写这篇文章的目的是想通过介绍一些放射性的基本知识，来帮助大家了解放射性的危害和防护，并且消除很多对于放射性的误解和无端的畏惧。
谢谢！
