核能目前是人類能源結構中比較重要的組成部分,是一種高效、無汙染的清潔能源,尤其是核聚變反應在提供巨大能量的同時,所生成的核廢料也非常安全。
如氦、氧或碳這些元素均是低質量元素,在自然界十分普遍,也是構成生命的基礎物質,原子核十分穩定,沒有輻射危險。
但是目前全世界的核電站無法進行可控的核聚變反應,因為無法達到能量的收支平衡,因此使用的是將重元素鈾235裂變成輕元素來提供能量。
鈾元素的自然同位素中包括鈾234、鈾235、鈾238,且自然狀態下的富含量差異巨大,其中鈾238佔了99.275%,鈾235隻有0.72%,鈾234更是少的可憐,只有0.006%。
我們為了獲得純度較高的鈾235供核電站,甚至是核武器使用,必須經過提純將鈾礦中的其他同位素分離出去,這個過程稱為鈾濃縮,難度非常大。
那為什麼我們要使用含量相對稀少的鈾235作為裂變的原料呢?這是因為只有鈾235可以在慢中子轟擊的過程中穩定的裂變下去,其他的重元素想要發生裂變,必須要有快中子才能持續的進行下去。
而核裂變反應的過程中,生成的中子能量相對較低為慢中子,因此其他的重元素雖然一開始可以裂變,但是中途會因為能量不足導致裂變停止。
這就像你點燃一個溼木頭,開始時確是可以點燃,但是燒著燒著自己就滅了。
在核裂變過程中所生成的核廢料中包含了許多放射性元素,如鈾238、釷232、未燒完的和新生成的易裂變材料鈽239、鈾235或鈾233以及核燃料在裂變過程中產生的錼、鋂、鋦等超鈾元素。
重元素的放射性一般說的是這些元素的原子核會自發的發生衰變,並釋放出能量較高的粒子,從而轉變為質量更低的原子核,不管是哪種元素發生衰變,主要有以下三種途徑:
α衰變,原子核會釋放出一個α粒子(兩個質子和兩個中子,也就是氦核),轉變為質量更低的元素。
α粒子的質量大且為中性,運動速度慢,穿透能力極弱,幾釐米厚的空氣就可以將α粒子吸收,一張紙也可以阻擋α粒子。因此這樣的粒子對人體並不傷害。
β衰變,這種衰變形式由弱力控制,原子核中的質子和中子通過釋放正電子、電子中微子和電子、反電子中微子互相轉變的一個過程,其中中微子對人體無害。
釋放出來的電子具有很高的能量且帶電荷,具有較強的穿透性,可以穿透數毫米厚的鋁板,當然也會對人體產生電離傷害。
γ衰變,在這三種衰變中γ射線也就是高能光子的穿透能力最強,需要用鉛塊、混凝土才可以阻擋住,當然也會對人體的傷害最大。
當原子核經過α衰變或者β衰變以後,新生成的原子核會處於激發態,當激發態的原子核轉變為基態時就會釋放出高能光子。
除了α衰變以外,其他的衰變形式都會在體外穿透人體,造成一定的傷害,如果長期暴露在輻射之下,或者短時間內超過一定的劑量,高能帶電粒子會破壞人體細胞內的基因結構,並且使得蛋白質變性。
輕則造成皮膚灼傷,發生不可逆的傷害,嚴重的會截肢,細胞癌變,危及生命。
先不說吃不吃放射性元素,就在體外放射性元素也會給人造成永久的傷痛。
例如,1996年1月5號,當時年僅19歲的工人宋學文在上班的路上,撿到一條神秘的金屬,他以為這是誰丟失的鑰匙鏈,並將其裝入褲子的右口袋中。
短短的兩個消失,宋學文就發覺自己頭暈,並且伴隨著嘔吐,身體像是被燙傷了一樣發紅開始大面積的起水泡。
直到下午5時,他才知道自己撿的鑰匙鏈其實是吉化集團丟失的放射源銥192,這種元素會釋放穿透力極強的伽馬射線。
最終導致宋學文的雙腿,左臂,右手四根手指被截肢,原本體重109斤的它,最終只剩下了50多斤。
這就是放射性元素在體外對人體的危害,所以在街上不要撿拾不明來歷的金屬,很有可能具有放射性。
在歷史上,曾經也出現過人們誤食放射性元素的事件,這發生在上世紀的初期。1911年,居裡夫人發現了放射性元素鐳,並且在瀝青鈾礦還首次分離出了純鐳,這種元素比鈾元素的放射性強了900倍。
但是當時人們對放射性對人體的傷害並不是很清楚,再加上居裡夫婦發現癌細胞在放射性元素的輻照下比正常細胞死的更快,於是在4年間發表了32篇論文,證明了放射性用於腫瘤的治療,於是放療正式誕生,最初也被稱為居裡療法。
鐳元素除了對癌症的治療外,它還有一個看起來很神秘的性質,在黑暗的環境下可以發出幽幽綠光。當時的人們認為能量是人體的基礎,有了能量可以對抗任何疾病,甚至是可以延年益壽。
而鐳元素可以在沒有任何外界能量的情況下,持續的發光,這種遠遠不斷地能量十分吸引當時的人們,它們覺得吃啥補啥,當時大眾的觀點是,少量的食用一點鐳,對身體是有好處的。
在這種思想的推動下,在商家的大力宣傳下,各種鐳人的產品就誕生了,人們喝的飲料、食用的食品、香水、乳膏、面部粉劑、口紅裡都添加有少量的鐳。
甚至還有更奇葩的鐳香菸、鐳內褲、鐳巧克力、鐳套(就是你想的那個套),甚至是假日還要泡個鐳水澡。足以見得當時人們對鐳的青睞。
值得慶幸的是,鐳元素的放射性以α粒子為主,對人體的傷害比較小,而且各種生活用品中添加的劑量也十分的小,所以沒有對當時的大眾們產生大範圍的危害。
但是那些加工鐳商品的工人卻沒有這麼幸運,由於鐳也夜間會發光,當時人們將鐳元素用於手錶和鐘面上漆,而當時的工廠老闆告訴所有的女工鐳沒有任何危害。
這些女工為了保證毛筆上色的均勻,用嘴來舔畫筆的筆尖,這導致了大量的鐳元素被攝入到了體內。下班時還將含有鐳的塗料塗到指甲、甚至是牙齒上。在夜晚看起來格外的美麗。
雖說α粒子在體外對人體無害,但是當大量的放射性元素進入人的體內,就像機關槍一樣不停的轟擊人體內部組織。最終導致了這些女工出現了各種奇怪的症狀。
例如「鐳顎」,下顎生長完全不受控制,鐳元素通過血液進入人體各個器官,導致脊椎骨完全塌陷,皮膚癌、白內障、喉癌和其他長期輻射暴露的症狀,如牙齒鬆動和脫髮。
其實大部分放射性元素的輻射劑量都在安全的範圍內,提純後的鈾元素你戴個手套也可以直接捧在手上,只有少數的元素放射性極強,例如宋學文撿到的銥192。
但是放射性再弱的元素,將它吃進肚子裡,這無異於毒藥一般。