主講人：帥磊
大家好！
歡迎來到「小粒子 大宇宙」系列課程。這裡是中國科學院高能物理研究所。我是帥磊。
我今天課程的題目叫「『核』你在一起」。首先給大家講一講什麼是核。
提到核，你首先想到的是什麼？作為一個合格的「吃貨」，可能你首先會想到核桃或者是蘋果核之類的。
如果你首先想到的是原子核，圍繞著它會有電子，會形成一個原子，那麼恭喜你，你將是未來的一個科學家。
如果你想到的是像核磁共振、核醫學檢測、放射性醫學檢測，那麼你可以聽從你的直覺，未來去從事醫學，去報考醫學院。
如果你想到的是核武器，原子彈、氫彈，那麼國防建設需要你！
可能對於大多數人來說，會想到的是核電站、核反應堆等等這些，因為我們要和平地去利用核。
當然我今天講述的主要不是核桃等等，我主要講述的是核輻射。那麼什麼是核輻射？我想稍微把這個概念給它拓寬一點，從「輻射」這個概念入手來講核輻射。
我們比較熟悉的輻射，像紫外線、可見光、紅外線、微波、無線電波等等，這一類的輻射是非電離輻射。而核輻射往往和電離輻射相關聯。那麼什麼是電離輻射呢？它需要單個射線粒子具備足夠的能量，可以使得物質發生電離，釋放出至少一個電子。我們常見的有像中子、質子、γ射線、x射線、β射線、α射線等能量比較高的射線，往往和核輻射的過程相關聯。
我們來科學地定義什麼是核輻射：是原子核在結構或能量狀態發生變化的時候，釋放出粒子流的過程。以核裂變為例，它會放出像中微子、中子、質子、β、α等實物粒子，同時也會放出電磁輻射。非實物的粒子就是能量，我們叫做伽馬射線。
元素與核素
大家知道，截止目前，我們已經發現的元素，就是元素周期表上一共是有118種。這118種元素應該說是比較少的，這就像我們的姓氏。但我們叫做核素的一共有3000多種，這是為什麼？我們知道原子核在元素周期表上的位置是由質子數決定的，但是原子核中除了質子之外還有中子，不同的中子數構成了多種多樣的核素。這個中子數，我們可以認為是名字。那麼一個姓加一個名造成了核素有3000多種。
不同核素的半衰期
但是這3000多種核素的穩定性是不一樣的。對於某些不穩定的核素，它就會發生自發的核衰變。這種核的衰變也是千差萬別，有些核素的衰變是非常非常快的，氡219的半衰期是三點幾秒。長半衰期的像鈾元素和釷元素，能夠達到億年、幾十億年，甚至上百億年的半衰期。我們生活中有可能接觸到醫用的放射性核素，像鎝99m，它的半衰期是6個小時。它主要是用於醫學的診斷，把這個核素注射到人的體內，做了醫學診斷之後基本上過一天，就衰變得就比較少了。
那麼第二個方面問題，我想給大家建立一個概念，核是無處不在的。我們知道核它是存在於宇宙當中，它的出現比我們人類出現還早，自古至今就有。大家也不必太過在意、太過害怕。
宇宙射線
咱們所處的這個環境，我們來認識一下有哪些核輻射。
首先從最上面，有來自宇宙的叫宇宙射線。宇宙射線主要是由核子、質子和α粒子組成，其餘的還包括一些電子、伽馬射線等等。當然也有我們非常非常難捕捉的大量的中微子，我們稱作是「幽靈粒子」。
太陽輻射
第二個來源是太陽，應該說太陽是一個超大的輻射源。太陽內部時刻地在發生著核聚變的反應，每一秒鐘大概就能消耗掉400萬噸的質量。如果要給大概的一個概念的話，就是每小時到達大氣層的上表面的太陽的輻射，能夠相當於咱們國家一年發電量的兩倍。
第三個和咱們應該說是接觸得更多的，就是來自我們所處地面的這樣一個自然的環境。因為地表面存在著很多的有天然放射性的核素，像鈾、釷、鐳等等。其中有一個：氡，它是一種氣體，它是來自於衰變的一個子體。氡氣是造成我們人類接觸天然放射性的一個主要來源。因為它是氣體，有可能會被我們吸入。但是氡氣因為原子係數比較大，密度比較高，它更容易形成於像地下室這種密閉的一些地方。所以咱們如果考慮這個問題的話，可以平時多開窗多通風。
其實在我們的日常生活當中，也是經常會接觸到輻射。那麼它的來源主要是來自於像醫學檢查，還有坐飛機等等這種高空的輻射。當然這裡值得提出來告誡的就是吸菸，吸菸它也會伴隨核輻射的產生。因為在菸草業中，會含有釙、鉛、鐳等等放射性的核素。希望大家最好不要抽菸。
我們說到了周邊是存在很多很多的輻射，但是大家也大可不必去「談核色變」。為什麼？因為我們不能撇開輻射的強度去談輻射的危害。如果科學地去分析這個數據的話，我們大概有一個概念：在我們平時接觸到的無論是醫學檢查還是我們坐飛機，或者是在一些特殊的像高原等等這些地方，接觸到的這種輻射相對於會對咱們人體產生危害的這種輻射劑量，是有一個大概從10萬到100萬倍量級上的差異。所以大家平時所能接觸的劑量，應該說是處於一個非常安全的範圍內。當然更嚴謹地，我們有國標，來對大家每年能夠接觸到的劑量進行一個限定。每年的限定值，相對於能夠產生病變的劑量也有一個1000倍的保護閾值。所以大家只要是在控制範圍之內，應該說是完全沒有問題，不必擔心。
第三方面問題我想談一談「待核有道」，就是如何能夠好的、合理地去利用核。目前核技術已經在方方面面，包括像國防、醫療、安全、能源等都發揮了重要的作用。據統計，美國和日本的數據，大概核技術在整個國民經濟的總產值中大概佔了3%到4%。其中美國的核能和非核能的使用比例大概是1:4，大概有80%的都是非核能的利用和技術，日本的話大概是一半一半，它的核能發電的和除了發電之外的使用各佔一半。
核電站其實就是利用放射性衰變產生的能量來燒水，然後把水燒沸之後去進行發電。這種過程和普通的通過化學能去發電的過程其實是一樣的，只不過是燒開水的辦法不同而已，比如圍繞著如何利用核能去進行反應堆的設計等等，通過這些安全措施來保障能夠很安全地進行發電。
目前咱們國家正在運行的核能的發電規模排在全球的第三，正在規劃的、包括建設當中的核電站佔到了全球所有國家的一半，與目前其他所有國家規劃和在建的總和差不多。可以說咱們國家是在大力地發展核電，並且對這個核電的技術非常的有信心。
第二塊的應用是核技術在醫學診斷中的應用。我們知道像醫學影像包括像CT的、核磁的、超聲的等等這些成像方式。也有另外一塊叫做核醫學成像，它主要是利用放射性的藥物注射到人體內進行代謝，我們通過對放射性的藥物進行影像顯像，來體現出人體病灶、代謝的位置等等。那麼像我們熟悉的SPECT/CT、PET/CT等等，這些影像的設備就是屬於此類的核技術的應用。
除了診斷外還可用核技術進行治療。治療主要是通過X光、伽馬光、質子束、重離子束等等，這些射線作用在病灶上，像癌細胞、腫瘤等，來達到殺死癌細胞的一個效果。質子和重離子束的治療，它們在組織內可以非常精準地作用在我們所需要的深度，來進行對癌細胞、腫瘤細胞精準的殺死。
核技術在公共安全領域主要是服務於安檢。在機場、火車站，我們都會見到它的大量的應用。
核技術在礦產資源方面可以應用於像石油的勘探等等。它是利用射線對物質的相互作用，我們對這個散射的能量進行測量，來判斷物質的成分和含量，來實現對這種像巖石的巖性、密度進行測量。
在工業生產領域，核技術或者說射線的成像技術，也應用於像對物料、液面、材料的一些密度等等進行診斷。在像裝箱、可口可樂裝罐等等這些領域都有應用。
另外在農業方面，可以利用射線進行輻照育種。把射線作用在種子上，然後對它進行篩選，有比較好的變異行為的挑出來作為種子，可以得到更為優良的品種，像花期更長或者果實更飽滿等等。
在食品安全方面，我們也利用射線去照射食物，去對它進行殺菌、滅活。像蔬菜、真空包裝的水果、藥材等等，都會利用射線對這些物品進行殺菌滅活，來達到可以延長保存時間的效果。
在環境保護中我們也發現，用電子束進行輻照的煙氣淨化技術是唯一能夠同時脫除硫化物、氮化物的一項技術。
以上這些應用啟示我們，只要能夠善加利用，是可以利用核來造福人類的。
最後我想分享一下典型的核的事件。首先是大家都非常了解的，在二戰的最後，美國向日本的廣島和長崎投放了兩顆原子彈。這兩顆原子彈除了造成當時的人員傷亡之外，也造成了一些人的畸變，產生了所謂的「怪物」。所以我們還是要和平地去利用原子能。
福島核事故
利用原子能也可能會發生核事故。像2011年日本的福島核事故，它是在地震和海嘯雙重作用下引起的，事故等級達到了核電事故的最高等級，和車諾比核事故一樣，同樣都是7級。它造成的後續的危害是很大的。首先是當時現場工作的人員。當時有15人組成敢死隊在現場作業，這15人中有8人診斷出患有白血病，5人診斷出有惡性的淋巴瘤，有2人被診斷出患有多發性的骨髓瘤，無一人倖免。在此之後有受到汙染的食物漂洋過海被運送到他國，2017年俄羅斯海關報導，已經截獲了有超過1200份來自日本的汙染的食品。咱們國家也報導了有日本違規的流通到咱們國內。在日本境內也是大範圍的造成了它的海產品的汙染。
福島核電站已經在近1000個水箱中蓄積了超過100萬噸的水（2019年8月）
在最近它又出現新的危機，因為裡面一直在進行裂變衰變，它一直要進行冷卻。冷卻後汙染的水目前是採用暫存的手段，接下來在三年之內汙水的存儲空間將會耗盡，那麼怎麼辦？像這個圖上顯示的，就是它現場的1000個大水箱，可以存超過100萬噸的水。但是每三天就要灌滿這麼一個罐子。這個時間再往後怎麼辦？沒有地方存了。日本考慮過各種方案，但是好像除了排到大海裡面也沒有其他的辦法。
在咱們國內沒有發生過核電的大的事故，但是咱們的核的應用也發生過事故。2009年在河南的杞縣，一個輻照中心的源被卡住不能收回來。當時應該說事故的影響要小於謠言的影響。謠言四起說這個源要爆炸了，甚至傳成要發生核爆炸了，所有的人駕駛各種農用車要逃離這個縣，造成社會的混亂。
工業探傷源
還有像放射源丟失的事件。像2014年南京丟失工業探傷源。有一個工人撿到了一枚金屬狀的工業探傷源，他不知道這是一枚放射源，給它帶在身上，也造成了對王某本人的急性放射性損傷。
最後做個總結，要做到的是懂核，不麻痺、不懼怕。我們要提高警惕、也提高手段，來避免或者降低核對我們的傷害，來為我們造福。
我今天的課程就講述到這裡，謝謝大家！