天然鈾并不可怕

天然鈾的放射性類型是什么？近距離接觸對人有危害嗎？曉博，重度網(wǎng)癮需電擊，晚期懶癌無藥醫(yī)射線的實際能量要小于表中對應(yīng)的衰變能此表中真正值得關(guān)注只有U-235和U-238，所謂天然鈾就是0.72%左右的U-235加上99.28%左右的U-238。天然鈾衰變對人體造成的放射性損傷完全可以忽略不計，這是因為：天然鈾中兩種鈾同位素半衰期都在十億年左右〔〕的數(shù)量級，跟地球年齡差不多，所以衰變極其緩慢，幾乎可認為是穩(wěn)定核素。天然鈾中兩種鈾同位素都是都是衰變，同等情況下三種射線粒子中粒子的穿透能力最弱，的粒子在人體組織中的射程僅為幾十到一百個微米，連表皮都不一定能穿透，再考慮人所穿衣物的屏蔽作用，這種能量的粒子在體外不可能對人體造成任何實質(zhì)影響。所以在實際工作中都不會考慮射線的外照射〔意思是可以隨意進展近距離觀察和零距離觸摸，只是考慮到局部衰變核素有化學(xué)毒性以及要保持元件外表光潔，一般都還是要戴手套或者用鑷子等工具夾取〕，只需防止照射就行〔意思是不要讓放射源通過口鼻或體表傷口等進入體〕。嚴格來說，U-235和U-238在衰變的過程中除了射線外還會放出射線，但實際工作中不必考慮其影響，個中緣由見補充說明評估射線影響需要明確種類〔射線穿透能力最弱〕、能量〔能量越低穿透能力越弱〕、強度〔衰變越快，單位時間產(chǎn)生的射線粒子越多，射線就越劇烈〕評估輻射防護需要明確時間〔接觸時間越短越平安〕、距離〔距離越遠越平安〕、屏蔽〔屏蔽材料質(zhì)量厚度越大越平安〕核反響堆放射性之所以高，是因為在堆中子的參與下，鈾核發(fā)生了包括裂變在的核反響，這些核反響會產(chǎn)生大量高放射性的核素。在進入堆承受中子輻照前，鈾〔包括高濃鈾〕本身衰變放射性對人體造成的影響完全可以忽略不計。有圖為證：伊朗時任總統(tǒng)賈德視察伊朗首枚首枚燃料棒裝填作業(yè)。從圖中可以看出完全不需要任何防護，左邊小哥戴的手套以及右邊大叔戴的口罩與其說是在保護他們自己，不如說是在保護燃料棒束，防止其沾染汗?jié)n和唾液。哈薩克斯坦Ulba冶金廠的鈾礦工人手捧加工好的核燃料芯塊哈薩克斯坦鈾礦工人在測試“黃餅〞〔重鈾酸銨〕的輻射情況。美國Y-12國家平安綜合體生產(chǎn)的高濃鈾金屬塊〔外表有氧化層故呈灰黑色〕。補充說明：核素衰變其實是很復(fù)雜的，僅衰變就可以分為衰變、衰變和電子俘獲〔記作EC或〕；其中電子俘獲又可能導(dǎo)致俄歇電子發(fā)射和特征*射線發(fā)射。另外，同一種核素可能會有不只一種的衰變方式，比方既可以衰變又可以電子俘獲的Po-208。分隔線上面的原答復(fù)有點不太全面，可能會讓一些同學(xué)誤認為“衰變的核素只能放出射線，衰變的核素只能放出射線〞，這是不正確的：實際的衰變過程可能會同時放出多種能量、多種類型的射線，比方一些核素衰變后處于激發(fā)態(tài)，退激的過程又會放出射線；上面提到的電子俘獲之后可能發(fā)射俄歇電子或特征*射線；衰變放出的正電子與負電子湮滅放出射線……完整地描述一個核素的衰變需要用到衰變綱圖〔Decayscheme〕，此圖可以表述該核素所有的衰變路徑及其對應(yīng)的發(fā)生概率和衰變能：U-235的衰變綱圖：./DDEP_WG/Nuclides/U-235_tables.pdfU-238的衰變綱圖：./DDEP_WG/Nuclides/U-238_tables.pdf具體的衰變綱圖在PDF的最后幾頁，前面是各種數(shù)據(jù)和實驗索引。衰變綱圖中左側(cè)假設(shè)干水平線代表衰變產(chǎn)物的能級，水平線之間豎直向下的箭頭就是退激時發(fā)射的射線；每條豎直箭頭上方的數(shù)字代表光子產(chǎn)額，即每100次衰變中放出該光子的個數(shù)從衰變綱圖可以看出U-235和U-238在衰變的過程中會連帶地發(fā)射射線，其中產(chǎn)額最高的一組為，由U-235衰變放出，產(chǎn)額到達57.0〔其它組的產(chǎn)額大都低于0.1〕。不過考慮到U-235和U-238本身衰變就很慢，再加上人體接觸鈾同位的時間不長，所以一般認為這點射線的劑量可以略去不計，不需要專門屏蔽。但在特定環(huán)境下比方在一些品位較高的鈾礦中，鈾及其子體放出的射線再加上氡氣的照射可能導(dǎo)致工人的受照劑量超過GB18871規(guī)定的單年50mSv的職業(yè)人員劑量限值，因此需要采取一系列有關(guān)措施保護工人安康。其它放射性核素的衰變綱圖：./DDEP_WG/DDEPdata_by_Z.htm評論區(qū)問題解答羅**學(xué)在評論區(qū)中提問：“居里夫人被鐳照射導(dǎo)致癌癥是不是真的？按照我對答主答復(fù)的理解，從外部照射不會損害人體，那居里夫人的病是另有原因咯？〞答：“從外部照射不會損害人體〞這一論斷僅限于能量在〔數(shù)量級〕以下的射線；對于射線及射線，即便它們的能量更低，也要考慮外照射的輻射損傷。居里夫人最為人所知的工作是發(fā)現(xiàn)兩種放射性元素——鐳〔Ra，88號元素〕和釙〔Po，84號元素〕先說鐳〔Radium〕：大家知道，，居里夫人通過極端艱辛的工作成功提煉別離出了鐳單質(zhì)，其中以半衰期最長的同位素Ra-226〔半衰期1600年〕為主。Ra-226發(fā)生衰變生成Rn-222〔氡氣〕，因為這種衰變，Ra-226又被稱為氡射氣。Rn-222是一種很要命的氣體，它本身會發(fā)生衰變〔半衰期3.8天〕；并且因為它是氣體，易于擴散，很容易被吸入人體造成照射。據(jù)美國當局統(tǒng)計〔./radon/pubs/citguide.html〕，氡是第二位肺癌成因〔僅次于吸煙〕及第一位環(huán)境致癌因素。時至今日，氡仍是對普通公眾安康威脅最大的放射性元素，因為很多建筑物別是地下建筑環(huán)境容易累積高劑量的氡氣，世界各國都有相應(yīng)的標準嚴格監(jiān)測氡水平，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〔新建低層住宅降低氡影響及氡控制導(dǎo)則〕等。另外從衰變綱圖可以看出Ra-226在衰變時還會連帶地放出的射線，光子產(chǎn)額為3.2，即Ra-226每100次衰變就會產(chǎn)生3.2個這樣的光子，這個已經(jīng)屬于比擬可觀的光子產(chǎn)額了，所以實際工作需要考慮這局部射線的屏蔽。然后是釙〔Polonium〕：釙同位素的半衰期比Ra-226短很多，正是這個原因?qū)е戮永锓蛉藬?shù)次提煉釙單質(zhì)的嘗試均以失敗告終。釙最重要的同位素有Po-208和Po-210，其中Po-208半衰期2.9年，以衰變?yōu)橹鳌?9.997%〕，也可以衰變〔電子俘獲EC，0.003%〕；Po-210半衰期138.4天，衰變。所幸兩種同位素衰變的光子產(chǎn)額較低。釙的蛋疼之處在于其毒性，可以導(dǎo)致急性中毒和死亡，在2006年曾經(jīng)轟動一時的利特維年科遇害案中，被害人利特維年科〔前克格勃特工〕就是被人用Po-210毒殺的。另外，阿拉法特之死也被認為與釙有關(guān)：另外，除了接觸上面這兩種放射性元素之外，居里夫人在一戰(zhàn)期間積極投身戰(zhàn)場救護，利用購置的*射線裝置、車輛和發(fā)電機組裝了人類歷史上第一臺具有實用意義的移動式*射線機〔如下列圖所示〕，并將其應(yīng)用于救治受傷士兵。*射線與射線類似，都是波長極短的電磁波，其穿透力遠遠強于射線和射線。考慮當時的認知水平，不難想見居里夫人在救治傷兵的過程中經(jīng)歷了怎樣恐懼的*射線輻照。居里夫人和她的*射線車。圖片來源：File:MarieCurie簡而言之，居里夫人就是一直生活在這些*射線、射線、電子和化學(xué)毒物的影響下，不幸罹患白血病也不算特別意外。程諾博同學(xué)在評論區(qū)中提問：〞那幾年前的新聞?wù)f小伙子撿了個金屬棒放在褲兜里一下午腿就廢了截肢，能是真的嗎？“答：是真的，新聞報道：好奇撿到金屬鏈伽瑪射線源毀了他、男子撿到金屬鏈竟為放射源相繼失去雙腿和胳膊。與之類似的還有發(fā)生于2014年的放射源喪失事件：找到喪失放射源上述新聞中男子撿到的是工業(yè)探傷用的放射源，一般是Ir-192〔銥，就是銥星方案的銥〕或Co-60〔鈷〕。這兩種同位素本身都是衰變，衰變過程又會連帶地放出假設(shè)干射線：Co-60放出的射線主要有：〔產(chǎn)額99.85〕、〔產(chǎn)額99.98〕Ir-192放出的射線主要有：〔產(chǎn)額28.72〕、〔產(chǎn)額29.68〕、〔產(chǎn)額82.75〕、〔產(chǎn)額47.81〕、〔產(chǎn)額8.20〕由于具有上述性質(zhì)，這兩種核素被人們當做工業(yè)探傷、醫(yī)療消毒、輻射育種的源。上面新聞中那位好奇的男子正是因為射線的輻照而失去了雙腿和胳膊。這兩種同位素的半衰期很短〔Ir-192是73.83天，Co-60是5.275年〕，因此天然環(huán)境中是不存在的，都是通過人工核反響制造的。用中子轟擊Co-59〔穩(wěn)定同位素〕可得Co-60，用中子轟擊Ir-191〔穩(wěn)定同位素〕可得Ir-192。從上述新聞中那位男子的不幸遭遇可知，不明來歷的金屬鏈不要亂撿，真的可能出人命。當然，國家有關(guān)部門也需要加強放射源管理。陸暢同學(xué)在評論區(qū)中提問：〞插個問題哈，在戰(zhàn)爭中使用的貧鈾炮彈會有輻射污染嘛？“答：所謂〞貧鈾“的〞貧“是相對于高濃鈾的〞濃“而言的，貧鈾中U-235濃度低于天然鈾。我們知道天然鈾U-235的濃度還不到1%，而高濃鈾中則可以將U-235的濃度提升到90%以上，這個提升的過程就是鈾濃縮。根據(jù)物質(zhì)守恒可知，鈾濃縮過程中必然會產(chǎn)生U-235濃度低于天然鈾的〞廢料“，這些廢料就是貧鈾。貧鈾密度高，并且有自銳效應(yīng)，因為是一種比擬〞理想“的穿甲彈材料。美國陸軍和空軍均裝備有貧鈾穿甲彈，就連海峽對岸的國軍都擁有一批購自美國的貧鈾彈。公開資料從未明確我軍是否裝備了貧鈾穿甲彈，但國公開發(fā)行的軍事刊物在介紹坦克性能時往往會說〞該型坦克使用鎢合金穿甲彈時如何如何，使用特種合金穿甲彈時如何如何“，至于這個〞特種合金穿甲彈“到底是什么就見仁見智了。不過中國掌握了全球70%以上的鎢資源，因此研發(fā)和裝備貧鈾穿甲彈的需求不如美軍則迫切。貧鈾彈的危害：貧鈾彈最主要的危害是其化學(xué)毒性，鈾同鎘、鉛一樣屬于重金屬，會嚴重影響人體腎臟、神經(jīng)系統(tǒng)等的正常工作，并可導(dǎo)致孕婦流產(chǎn)和胎兒畸形。關(guān)于貧鈾彈的放射性危害，貧鈾當然有放射性，但由于其中短半衰期的U-235等含量比天然鈾還低，所以貧鈾的放射性大概只有天然鈾的一半左右。貧鈾彈在命中目標后發(fā)生燃燒和爆炸會產(chǎn)生淡黃色的氧化鈾煙塵，容易被人體吸入導(dǎo)致照射。另外，貧鈾彈的放射性往往會長期影響一片地域，而〞貧鈾彈的放射性和人體安康損傷之間是否存在明確的、顯著的相關(guān)性“這一問題還有待進一步的學(xué)術(shù)研究，包括英國皇家學(xué)會在的假設(shè)干研究機構(gòu)給出的意見是“現(xiàn)有證據(jù)無法證明二者存在相關(guān)性〞。目前學(xué)術(shù)界的普遍認知是“貧鈾彈化學(xué)毒性的危害遠遠強于〔amilliontimesgreater〕其放射性的危害〞。關(guān)于這一局部請參見\l"Radiological_hazards"Wikipedia-Depleteduranium-Radiologicalhazards章節(jié)所列出的假設(shè)干參考文獻。就算最終的研究說明貧鈾彈的放射性缺乏以造成安康損害，單就其化學(xué)毒性這一條來論，貧鈾彈也是一種比擬〞臟“的武器，它不僅僅打擊了戰(zhàn)場上的敵軍坦克和裝甲車，也是在威脅戰(zhàn)后這片土地上生活的人們的幸福與安康。希望有朝一日人類能像禁用毒氣和達姆彈一樣禁用貧鈾彈。孟文軒同學(xué)在評論區(qū)中提問：“聽說有個科學(xué)家徒手分開挨得很近的兩塊高濃縮鈾，防止了一次核爆，這個應(yīng)該是謠言吧，肯定有人聽過。那個科學(xué)家死了。說明一下這樣會不會造成死亡？〞答：“徒手掰開原子彈，科學(xué)家舍己救人〞這個頗有點“讀者意林心靈雞湯〞味道的正能量故事早已為人所知，隨便找?guī)灼嚓P(guān)的文章：雙手掰開原子彈的人、晚報、讀"用雙手掰開原子彈的人"有感--享受秋天的、雙手掰開原子彈的人這些故事的主人公，不管是叫“斯羅達〞、“斯洛達〞還是“斯羅廷〞、“斯洛廷〞，其實對應(yīng)的都是同一個人——加拿大物理學(xué)家LouisAle*anderSlotin，此人確實參加了曼哈頓方案，也確實如那個故事中一樣經(jīng)歷了一次意外臨界事故，但那個故事多少還是有點夸不實之處，整個事件的真實情況應(yīng)該是這樣的：1946年5月21日〔二戰(zhàn)已經(jīng)完畢，原子彈也已經(jīng)成為現(xiàn)實〕，斯洛廷與七位同事進展一項實驗，實驗中要把兩塊鈹制半球殼套在钚核心的外面〔核心是钚，不是鈾；鈹用于反射中子〕。斯洛廷用左手拇指從上方勾住一個鈹制半球殼，并用右手持螺絲刀頂住上半球殼以維持上下兩個鈹半球殼間的空隙〔不是兩塊鈾，而是兩塊鈹制的半球殼；用螺絲刀維持空隙本身就是違規(guī)操作〕。15時20分左右，螺絲刀滑落，鈹半球殼迅速下落套住钚核心，導(dǎo)致系統(tǒng)瞬發(fā)臨界〔鈹能增強中子反射，令一局部從钚核心向外發(fā)射的中子被反射回钚核心，可加劇核反響并導(dǎo)致臨界〕。在場的科學(xué)家感受到“一股熱浪〞，并看到钚核心周圍的空氣被電離而發(fā)出“藍色熒光〞。斯洛廷見勢不妙，條件反射式地向上抽左手，將鈹制半球殼拉起并摔落在地。當時在場的所有人都受到了強烈的輻射〔主要是核反響產(chǎn)生的中子和硬射線，不是鈾或钚本身的衰變放射性〕。斯洛廷當天就被送入醫(yī)院救治，還有志愿者為其獻血，但由于受輻照劑量過大，斯洛廷最終還是于九天后的5月30日逝世。事后對斯洛廷臨界事故的模型再現(xiàn)。圖片來源：斯洛廷在洛斯阿拉莫斯的檔案照片。圖片來源：File:SlotinLosAlamos.jpg斯洛廷在洛斯阿拉莫斯的主要任務(wù)是測定臨界質(zhì)量和組裝原子彈核心，他曾經(jīng)組裝了三位一體實驗〔人類首次原子彈實驗〕的核心，并因此被稱作“美國首席軍械工〞〔chiefarmoreroftheUnitedStates〕；但你要非說他是“最著名的核科學(xué)家〞恐怕就有點過了，畢竟曼哈頓方案囊括了玻爾、費米、奧本海默、康普頓、勞倫斯、查德威克、費曼、漢斯·貝特、愛德華·泰勒、瑪利亞·格佩特·梅耶、烏拉姆、西博格等當時世界上幾乎所有非納粹的物理學(xué)大神。斯洛廷逝世后，洛斯阿拉莫斯當?shù)氐膱蠹埧l(fā)了一首紀念他的頌詩，表彰他在危難關(guān)頭舍己救人的崇高品質(zhì)。官方也采取了這樣的宣傳導(dǎo)向，稱贊斯洛廷將自己的生死置之度外，用自己的犧牲換來了同事和廠房的平安。1955年德斯達·馬斯塔斯的小說"事故"〔TheAccident〕用文學(xué)化的方式描繪了一位核科學(xué)家在受到致命輻照后逐漸逝去的日子，其原型就是斯洛廷。1989年的電影"胖子與小男孩"〔FatManandLittleBoy〕則將斯洛廷的故事搬上了大銀幕。另外，一顆發(fā)現(xiàn)于1995年的小行星在2002年時被正式定名為“12423斯洛廷星〞。刁建洲同學(xué)在評論區(qū)提問：“理論上多少msv左右的照射會對人體造成傷害？〞答：嚴格來說這個問題的答案應(yīng)該是無法確定，輻射的生物效應(yīng)沒有定量的理論描述，只能靠實驗數(shù)據(jù)的積累總結(jié)。這些數(shù)據(jù)包括動物實驗〔人體實驗違背倫理〕、幾次核事故〔包括廣島長崎原子彈〕受照人群的長期追蹤、天然本底較高地區(qū)〔比方〕的流行病學(xué)調(diào)查等。目前的認知是輻照的生物效應(yīng)按照劑量-效應(yīng)關(guān)系可以分為確定性效應(yīng)和隨機性效應(yīng)：確定性效應(yīng)：輻射效應(yīng)的嚴重程度取決于所受劑量的大小。這種效應(yīng)有一個明確的劑量閾值，在閾值以下不會見到有害效應(yīng)。確定性效應(yīng)包括放射性皮膚損傷、生育障礙、淋巴損傷、骨髓損傷、眼晶狀體渾濁、白障、急性放射病等。其中每種效應(yīng)的閾值都不一樣，可以查閱有關(guān)手冊得到，比方下面的圖隨機性效應(yīng)：輻射效應(yīng)的發(fā)生概率〔而非其嚴重程度〕與劑量相關(guān)的效應(yīng)，根據(jù)LNT模型〔下面會介紹此模型〕，隨機性效應(yīng)不存在劑量的平安閾值。隨機性效應(yīng)包括致癌和遺傳效應(yīng)。目前已確認輻射可誘發(fā)的癌癥有白血病、甲狀腺癌、乳腺癌、肺癌、骨腫瘤、消化器官惡性腫瘤、腎及膀胱癌等十余種，還有假設(shè)干目前無法明確地證實輻射可誘發(fā)的癌癥〔包括前列腺癌、睪丸癌、慢性淋巴細胞白血病等〕。關(guān)于遺傳效應(yīng)，目前尚未觀察到輻射可引發(fā)遺傳缺陷〔現(xiàn)有數(shù)據(jù)缺乏以支持二者之間建立足夠顯著的相關(guān)性〕。高劑量輻射可以引發(fā)安康損傷，這一點已為學(xué)界公認；但輻射防護學(xué)科中一直懸而未決的核心問題是低劑量輻射水平的安康效應(yīng)問題，我們不知道這種安康效應(yīng)到底是有閾還是無閾，我們甚至不知道這種安康效應(yīng)到底有害還是有益：美盛頓州漢福德〔Hanford〕地區(qū)核工廠下風(fēng)口下風(fēng)向居民甲狀腺癌未見增多而肺癌發(fā)生率顯著低于對照組數(shù)據(jù)來源：BoiceJDJr,MummaMT,BlotWJ.CancerMortalityAmongPopulationsResidingInCountiesNeartheHanfordSite,1950~2000.HealthPhys.,2006.90:431USCDC.SummaryoftheHanfordThyroidDiseaseStudyFinalReport.雖然存在這樣那樣的迷惑甚至是矛盾，但學(xué)界還是基于保守和審慎的態(tài)度提出了“線性無閾模型〞〔LNT模型〕，即認為“任何微小劑量的輻射都將增加癌癥發(fā)生的幾率，在致癌效應(yīng)方面不存在閾值〞，這一模型的提出深刻影響了數(shù)十年來的核輻射監(jiān)管和核環(huán)保法規(guī)。但是，學(xué)術(shù)界關(guān)于LNT是否過于保守一直存在爭論，反對LNT的學(xué)者們認為此模型濫用了“集體劑量〞的概念，嚴重夸張了低劑量輻射水平的安康風(fēng)險，甚至于阻礙了核學(xué)科和核工業(yè)的開展。關(guān)于這一問題可以參閱論文"低水平輻射致癌效應(yīng)的閾值問題"，這篇論文總結(jié)了目前學(xué)界針對LNT的反對意見，并不涉及太多專業(yè)知識，可謂通俗易懂；該論文作者是我國放射生物學(xué)界的泰斗樹錚老先生，他是我國輻射興奮效應(yīng)理論的奠基人，而該理論就認為低劑量輻射對生物體的刺激不僅無害反而有益。當然，上面都是學(xué)者和專家的意見，具體到公眾，還是要看當前執(zhí)行的相關(guān)標準和法規(guī)，我國現(xiàn)行的GB18871-2002規(guī)定如下：工作人員的職業(yè)照射水平不超過下述限值：1.連續(xù)5年的年平均有效劑量〔但不可作任何追溯性平均〕：20mSv2.任何一年中的有效劑量：50mSv3.眼晶體的年當量劑量：150mSv4.四肢〔手和足〕或皮膚的年當量劑量：500mSv公眾照射平均劑量估計值不應(yīng)超過下述限值：1.年有效劑量：1m