天然铀并不可怕

天然铀的放射性类型是什么？近距离接触对人有危害吗？晓博，重度网瘾需电击，晚期懒癌无药医射线的实际能量要小于表中对应的衰变能此表中真正值得关注只有U-235和U-238，所谓天然铀就是0.72%左右的U-235加上99.28%左右的U-238。天然铀衰变对人体造成的放射性损伤完全可以忽略不计，这是因为：天然铀中两种铀同位素半衰期都在十亿年左右〔〕的数量级，跟地球年龄差不多，所以衰变极其缓慢，几乎可认为是稳定核素。天然铀中两种铀同位素都是都是衰变，同等情况下三种射线粒子中粒子的穿透能力最弱，的粒子在人体组织中的射程仅为几十到一百个微米，连表皮都不一定能穿透，再考虑人所穿衣物的屏蔽作用，这种能量的粒子在体外不可能对人体造成任何实质影响。所以在实际工作中都不会考虑射线的外照射〔意思是可以随意进展近距离观察和零距离触摸，只是考虑到局部衰变核素有化学毒性以及要保持元件外表光洁，一般都还是要戴手套或者用镊子等工具夹取〕，只需防止照射就行〔意思是不要让放射源通过口鼻或体表伤口等进入体〕。严格来说，U-235和U-238在衰变的过程中除了射线外还会放出射线，但实际工作中不必考虑其影响，个中缘由见补充说明评估射线影响需要明确种类〔射线穿透能力最弱〕、能量〔能量越低穿透能力越弱〕、强度〔衰变越快，单位时间产生的射线粒子越多，射线就越剧烈〕评估辐射防护需要明确时间〔接触时间越短越平安〕、距离〔距离越远越平安〕、屏蔽〔屏蔽材料质量厚度越大越平安〕核反响堆放射性之所以高，是因为在堆中子的参与下，铀核发生了包括裂变在的核反响，这些核反响会产生大量高放射性的核素。在进入堆承受中子辐照前，铀〔包括高浓铀〕本身衰变放射性对人体造成的影响完全可以忽略不计。有图为证：伊朗时任总统贾德视察伊朗首枚首枚燃料棒装填作业。从图中可以看出完全不需要任何防护，左边小哥戴的手套以及右边大叔戴的口罩与其说是在保护他们自己，不如说是在保护燃料棒束，防止其沾染汗渍和唾液。哈萨克斯坦Ulba冶金厂的铀矿工人手捧加工好的核燃料芯块哈萨克斯坦铀矿工人在测试“黄饼〞〔重铀酸铵〕的辐射情况。美国Y-12国家平安综合体生产的高浓铀金属块〔外表有氧化层故呈灰黑色〕。补充说明：核素衰变其实是很复杂的，仅衰变就可以分为衰变、衰变和电子俘获〔记作EC或〕；其中电子俘获又可能导致俄歇电子发射和特征*射线发射。另外，同一种核素可能会有不只一种的衰变方式，比方既可以衰变又可以电子俘获的Po-208。分隔线上面的原答复有点不太全面，可能会让一些同学误认为“衰变的核素只能放出射线，衰变的核素只能放出射线〞，这是不正确的：实际的衰变过程可能会同时放出多种能量、多种类型的射线，比方一些核素衰变后处于激发态，退激的过程又会放出射线；上面提到的电子俘获之后可能发射俄歇电子或特征*射线；衰变放出的正电子与负电子湮灭放出射线……完整地描述一个核素的衰变需要用到衰变纲图〔Decayscheme〕，此图可以表述该核素所有的衰变路径及其对应的发生概率和衰变能：U-235的衰变纲图：./DDEP_WG/Nuclides/U-235_tables.pdfU-238的衰变纲图：./DDEP_WG/Nuclides/U-238_tables.pdf具体的衰变纲图在PDF的最后几页，前面是各种数据和实验索引。衰变纲图中左侧假设干水平线代表衰变产物的能级，水平线之间竖直向下的箭头就是退激时发射的射线；每条竖直箭头上方的数字代表光子产额，即每100次衰变中放出该光子的个数从衰变纲图可以看出U-235和U-238在衰变的过程中会连带地发射射线，其中产额最高的一组为，由U-235衰变放出，产额到达57.0〔其它组的产额大都低于0.1〕。不过考虑到U-235和U-238本身衰变就很慢，再加上人体接触铀同位的时间不长，所以一般认为这点射线的剂量可以略去不计，不需要专门屏蔽。但在特定环境下比方在一些品位较高的铀矿中，铀及其子体放出的射线再加上氡气的照射可能导致工人的受照剂量超过GB18871规定的单年50mSv的职业人员剂量限值，因此需要采取一系列有关措施保护工人安康。其它放射性核素的衰变纲图：./DDEP_WG/DDEPdata_by_Z.htm评论区问题解答罗**学在评论区中提问：“居里夫人被镭照射导致癌症是不是真的？按照我对答主答复的理解，从外部照射不会损害人体，那居里夫人的病是另有原因咯？〞答：“从外部照射不会损害人体〞这一论断仅限于能量在〔数量级〕以下的射线；对于射线及射线，即便它们的能量更低，也要考虑外照射的辐射损伤。居里夫人最为人所知的工作是发现两种放射性元素——镭〔Ra，88号元素〕和钋〔Po，84号元素〕先说镭〔Radium〕：大家知道，，居里夫人通过极端艰辛的工作成功提炼别离出了镭单质，其中以半衰期最长的同位素Ra-226〔半衰期1600年〕为主。Ra-226发生衰变生成Rn-222〔氡气〕，因为这种衰变，Ra-226又被称为氡射气。Rn-222是一种很要命的气体，它本身会发生衰变〔半衰期3.8天〕；并且因为它是气体，易于扩散，很容易被吸入人体造成照射。据美国当局统计〔./radon/pubs/citguide.html〕，氡是第二位肺癌成因〔仅次于吸烟〕及第一位环境致癌因素。时至今日，氡仍是对普通公众安康威胁最大的放射性元素，因为很多建筑物别是地下建筑环境容易累积高剂量的氡气，世界各国都有相应的标准严格监测氡水平，比方我朝的GB16356〔地下建筑物氡水平控制〕、GB50325〔民用建筑物室污染控制〕和GB/T17785〔新建低层住宅降低氡影响及氡控制导则〕等。另外从衰变纲图可以看出Ra-226在衰变时还会连带地放出的射线，光子产额为3.2，即Ra-226每100次衰变就会产生3.2个这样的光子，这个已经属于比拟可观的光子产额了，所以实际工作需要考虑这局部射线的屏蔽。然后是钋〔Polonium〕：钋同位素的半衰期比Ra-226短很多，正是这个原因导致居里夫人数次提炼钋单质的尝试均以失败告终。钋最重要的同位素有Po-208和Po-210，其中Po-208半衰期2.9年，以衰变为主〔99.997%〕，也可以衰变〔电子俘获EC，0.003%〕；Po-210半衰期138.4天，衰变。所幸两种同位素衰变的光子产额较低。钋的蛋疼之处在于其毒性，可以导致急性中毒和死亡，在2006年曾经轰动一时的利特維年科遇害案中，被害人利特维年科〔前克格勃特工〕就是被人用Po-210毒杀的。另外，阿拉法特之死也被认为与钋有关：另外，除了接触上面这两种放射性元素之外，居里夫人在一战期间积极投身战场救护，利用购置的*射线装置、车辆和发电机组装了人类历史上第一台具有实用意义的移动式*射线机〔如下列图所示〕，并将其应用于救治受伤士兵。*射线与射线类似，都是波长极短的电磁波，其穿透力远远强于射线和射线。考虑当时的认知水平，不难想见居里夫人在救治伤兵的过程中经历了怎样恐惧的*射线辐照。居里夫人和她的*射线车。图片来源：File:MarieCurie简而言之，居里夫人就是一直生活在这些*射线、射线、电子和化学毒物的影响下，不幸罹患白血病也不算特别意外。程诺博同学在评论区中提问：〞那几年前的新闻说小伙子捡了个金属棒放在裤兜里一下午腿就废了截肢，能是真的吗？“答：是真的，新闻报道：好奇捡到金属链伽玛射线源毁了他、男子捡到金属链竟为放射源相继失去双腿和胳膊。与之类似的还有发生于2014年的放射源丧失事件：找到丧失放射源上述新闻中男子捡到的是工业探伤用的放射源，一般是Ir-192〔铱，就是铱星方案的铱〕或Co-60〔钴〕。这两种同位素本身都是衰变，衰变过程又会连带地放出假设干射线：Co-60放出的射线主要有：〔产额99.85〕、〔产额99.98〕Ir-192放出的射线主要有：〔产额28.72〕、〔产额29.68〕、〔产额82.75〕、〔产额47.81〕、〔产额8.20〕由于具有上述性质，这两种核素被人们当做工业探伤、医疗消毒、辐射育种的源。上面新闻中那位好奇的男子正是因为射线的辐照而失去了双腿和胳膊。这两种同位素的半衰期很短〔Ir-192是73.83天，Co-60是5.275年〕，因此天然环境中是不存在的，都是通过人工核反响制造的。用中子轰击Co-59〔稳定同位素〕可得Co-60，用中子轰击Ir-191〔稳定同位素〕可得Ir-192。从上述新闻中那位男子的不幸遭遇可知，不明来历的金属链不要乱捡，真的可能出人命。当然，国家有关部门也需要加强放射源管理。陆畅同学在评论区中提问：〞插个问题哈，在战争中使用的贫铀炮弹会有辐射污染嘛？“答：所谓〞贫铀“的〞贫“是相对于高浓铀的〞浓“而言的，贫铀中U-235浓度低于天然铀。我们知道天然铀U-235的浓度还不到1%，而高浓铀中则可以将U-235的浓度提升到90%以上，这个提升的过程就是铀浓缩。根据物质守恒可知，铀浓缩过程中必然会产生U-235浓度低于天然铀的〞废料“，这些废料就是贫铀。贫铀密度高，并且有自锐效应，因为是一种比拟〞理想“的穿甲弹材料。美国陆军和空军均装备有贫铀穿甲弹，就连海峡对岸的国军都拥有一批购自美国的贫铀弹。公开资料从未明确我军是否装备了贫铀穿甲弹，但国公开发行的军事刊物在介绍坦克性能时往往会说〞该型坦克使用钨合金穿甲弹时如何如何，使用特种合金穿甲弹时如何如何“，至于这个〞特种合金穿甲弹“到底是什么就见仁见智了。不过中国掌握了全球70%以上的钨资源，因此研发和装备贫铀穿甲弹的需求不如美军则迫切。贫铀弹的危害：贫铀弹最主要的危害是其化学毒性，铀同镉、铅一样属于重金属，会严重影响人体肾脏、神经系统等的正常工作，并可导致孕妇流产和胎儿畸形。关于贫铀弹的放射性危害，贫铀当然有放射性，但由于其中短半衰期的U-235等含量比天然铀还低，所以贫铀的放射性大概只有天然铀的一半左右。贫铀弹在命中目标后发生燃烧和爆炸会产生淡黄色的氧化铀烟尘，容易被人体吸入导致照射。另外，贫铀弹的放射性往往会长期影响一片地域，而〞贫铀弹的放射性和人体安康损伤之间是否存在明确的、显著的相关性“这一问题还有待进一步的学术研究，包括英国皇家学会在的假设干研究机构给出的意见是“现有证据无法证明二者存在相关性〞。目前学术界的普遍认知是“贫铀弹化学毒性的危害远远强于〔amilliontimesgreater〕其放射性的危害〞。关于这一局部请参见\l"Radiological_hazards"Wikipedia-Depleteduranium-Radiologicalhazards章节所列出的假设干参考文献。就算最终的研究说明贫铀弹的放射性缺乏以造成安康损害，单就其化学毒性这一条来论，贫铀弹也是一种比拟〞脏“的武器，它不仅仅打击了战场上的敌军坦克和装甲车，也是在威胁战后这片土地上生活的人们的幸福与安康。希望有朝一日人类能像禁用毒气和达姆弹一样禁用贫铀弹。孟文轩同学在评论区中提问：“听说有个科学家徒手分开挨得很近的两块高浓缩铀，防止了一次核爆，这个应该是谣言吧，肯定有人听过。那个科学家死了。说明一下这样会不会造成死亡？〞答：“徒手掰开原子弹，科学家舍己救人〞这个颇有点“读者意林心灵鸡汤〞味道的正能量故事早已为人所知，随便找几篇相关的文章：双手掰开原子弹的人、晚报、读"用双手掰开原子弹的人"有感--享受秋天的、双手掰开原子弹的人这些故事的主人公，不管是叫“斯罗达〞、“斯洛达〞还是“斯罗廷〞、“斯洛廷〞，其实对应的都是同一个人——加拿大物理学家LouisAle*anderSlotin，此人确实参加了曼哈顿方案，也确实如那个故事中一样经历了一次意外临界事故，但那个故事多少还是有点夸不实之处，整个事件的真实情况应该是这样的：1946年5月21日〔二战已经完毕，原子弹也已经成为现实〕，斯洛廷与七位同事进展一项实验，实验中要把两块铍制半球壳套在钚核心的外面〔核心是钚，不是铀；铍用于反射中子〕。斯洛廷用左手拇指从上方勾住一个铍制半球壳，并用右手持螺丝刀顶住上半球壳以维持上下两个铍半球壳间的空隙〔不是两块铀，而是两块铍制的半球壳；用螺丝刀维持空隙本身就是违规操作〕。15时20分左右，螺丝刀滑落，铍半球壳迅速下落套住钚核心，导致系统瞬发临界〔铍能增强中子反射，令一局部从钚核心向外发射的中子被反射回钚核心，可加剧核反响并导致临界〕。在场的科学家感受到“一股热浪〞，并看到钚核心周围的空气被电离而发出“蓝色荧光〞。斯洛廷见势不妙，条件反射式地向上抽左手，将铍制半球壳拉起并摔落在地。当时在场的所有人都受到了强烈的辐射〔主要是核反响产生的中子和硬射线，不是铀或钚本身的衰变放射性〕。斯洛廷当天就被送入医院救治，还有志愿者为其献血，但由于受辐照剂量过大，斯洛廷最终还是于九天后的5月30日逝世。事后对斯洛廷临界事故的模型再现。图片来源：斯洛廷在洛斯阿拉莫斯的档案照片。图片来源：File:SlotinLosAlamos.jpg斯洛廷在洛斯阿拉莫斯的主要任务是测定临界质量和组装原子弹核心，他曾经组装了三位一体实验〔人类首次原子弹实验〕的核心，并因此被称作“美国首席军械工〞〔chiefarmoreroftheUnitedStates〕；但你要非说他是“最著名的核科学家〞恐怕就有点过了，毕竟曼哈顿方案囊括了玻尔、费米、奥本海默、康普顿、劳伦斯、查德威克、费曼、汉斯·贝特、爱德华·泰勒、玛利亚·格佩特·梅耶、乌拉姆、西博格等当时世界上几乎所有非纳粹的物理学大神。斯洛廷逝世后，洛斯阿拉莫斯当地的报纸刊发了一首纪念他的颂诗，表彰他在危难关头舍己救人的崇高品质。官方也采取了这样的宣传导向，称赞斯洛廷将自己的生死置之度外，用自己的牺牲换来了同事和厂房的平安。1955年德斯达·马斯塔斯的小说"事故"〔TheAccident〕用文学化的方式描绘了一位核科学家在受到致命辐照后逐渐逝去的日子，其原型就是斯洛廷。1989年的电影"胖子与小男孩"〔FatManandLittleBoy〕则将斯洛廷的故事搬上了大银幕。另外，一颗发现于1995年的小行星在2002年时被正式定名为“12423斯洛廷星〞。刁建洲同学在评论区提问：“理论上多少msv左右的照射会对人体造成伤害？〞答：严格来说这个问题的答案应该是无法确定，辐射的生物效应没有定量的理论描述，只能靠实验数据的积累总结。这些数据包括动物实验〔人体实验违背伦理〕、几次核事故〔包括广岛长崎原子弹〕受照人群的长期追踪、天然本底较高地区〔比方〕的流行病学调查等。目前的认知是辐照的生物效应按照剂量-效应关系可以分为确定性效应和随机性效应：确定性效应：辐射效应的严重程度取决于所受剂量的大小。这种效应有一个明确的剂量阈值，在阈值以下不会见到有害效应。确定性效应包括放射性皮肤损伤、生育障碍、淋巴损伤、骨髓损伤、眼晶状体浑浊、白障、急性放射病等。其中每种效应的阈值都不一样，可以查阅有关手册得到，比方下面的图随机性效应：辐射效应的发生概率〔而非其严重程度〕与剂量相关的效应，根据LNT模型〔下面会介绍此模型〕，随机性效应不存在剂量的平安阈值。随机性效应包括致癌和遗传效应。目前已确认辐射可诱发的癌症有白血病、甲状腺癌、乳腺癌、肺癌、骨肿瘤、消化器官恶性肿瘤、肾及膀胱癌等十余种，还有假设干目前无法明确地证实辐射可诱发的癌症〔包括前列腺癌、睾丸癌、慢性淋巴细胞白血病等〕。关于遗传效应，目前尚未观察到辐射可引发遗传缺陷〔现有数据缺乏以支持二者之间建立足够显著的相关性〕。高剂量辐射可以引发安康损伤，这一点已为学界公认；但辐射防护学科中一直悬而未决的核心问题是低剂量辐射水平的安康效应问题，我们不知道这种安康效应到底是有阈还是无阈，我们甚至不知道这种安康效应到底有害还是有益：美盛顿州汉福德〔Hanford〕地区核工厂下风口下风向居民甲状腺癌未见增多而肺癌发生率显著低于对照组数据来源：BoiceJDJr,MummaMT,BlotWJ.CancerMortalityAmongPopulationsResidingInCountiesNeartheHanfordSite,1950~2000.HealthPhys.,2006.90:431USCDC.SummaryoftheHanfordThyroidDiseaseStudyFinalReport.虽然存在这样那样的迷惑甚至是矛盾，但学界还是基于保守和审慎的态度提出了“线性无阈模型〞〔LNT模型〕，即认为“任何微小剂量的辐射都将增加癌症发生的几率，在致癌效应方面不存在阈值〞，这一模型的提出深刻影响了数十年来的核辐射监管和核环保法规。但是，学术界关于LNT是否过于保守一直存在争论，反对LNT的学者们认为此模型滥用了“集体剂量〞的概念，严重夸张了低剂量辐射水平的安康风险，甚至于阻碍了核学科和核工业的开展。关于这一问题可以参阅论文"低水平辐射致癌效应的阈值问题"，这篇论文总结了目前学界针对LNT的反对意见，并不涉及太多专业知识，可谓通俗易懂；该论文作者是我国放射生物学界的泰斗树铮老先生，他是我国辐射兴奋效应理论的奠基人，而该理论就认为低剂量辐射对生物体的刺激不仅无害反而有益。当然，上面都是学者和专家的意见，具体到公众，还是要看当前执行的相关标准和法规，我国现行的GB18871-2002规定如下：工作人员的职业照射水平不超过下述限值：1.连续5年的年平均有效剂量〔但不可作任何追溯性平均〕：20mSv2.任何一年中的有效剂量：50mSv3.眼晶体的年当量剂量：150mSv4.四肢〔手和足〕或皮肤的年当量剂量：500mSv公众照射平均剂量估计值不应超过下述限值：1.年有效剂量：1m