北京時(shí)間 4 月 15 日消息，一說到“放射性”，我們的第一個(gè)反應(yīng)可能是超級英雄 —— 在城市里飛來飛去，變身成火球人或者像浩克一樣的壞脾氣大家伙?；蛘?，你腦海中還會(huì)浮現(xiàn)出核事故之后的黑暗世界末日景象。
但是，在 120 年前，人們對放射性的認(rèn)識(shí)和現(xiàn)在的完全不一樣。事實(shí)上，當(dāng)時(shí)，人們認(rèn)為，放射性是健康和活力的神奇源泉。諸如鐳之類的放射性元素，開始出現(xiàn)在各種產(chǎn)品 —— 從牙膏到手表表盤乃至黃油！—— 的成分表中。
二十世紀(jì)的人們：如果生活給了你鐳，就把它添加到所有東西中去！
所以，后來到底發(fā)生了什么，讓這種看似神奇的發(fā)現(xiàn)，變成了人人聞之色變的怪獸呢？
為什么有些元素具有放射性？
想象一下，你的鼻子不小心吸入了一些花粉，有點(diǎn)難受，正想打噴嚏。就是這種想打噴嚏的感覺。有些原子，它就一直處于這種“想打噴嚏”的狀態(tài)：想要驅(qū)逐多余能量，恢復(fù)穩(wěn)定的沖動(dòng)。
我們周圍所看到的大多數(shù)東西，都是由具有穩(wěn)定原子的元素組成。這意味著，你身邊那張富含碳元素的桌子，不會(huì)自行分解成其他東西。負(fù)責(zé)維持原子穩(wěn)定性的亞原子部分，叫做原子核。
原子核內(nèi)部，有帶正電的質(zhì)子和中性的中子。這些“核子”通過一種被稱為強(qiáng)核力的力量捆綁在一起。強(qiáng)核力可以抵消帶相同電荷的質(zhì)子之間互相排斥的電場力。核力的作用范圍很小，并且取決于原子核內(nèi)部中子和質(zhì)子的比率。
但是，當(dāng)中子數(shù)量超過質(zhì)子數(shù)量時(shí)，不同力量之間的平衡開始瓦解。例如，具有六個(gè)質(zhì)子和六個(gè)中子的碳 - 12 是一種穩(wěn)定的碳同位素，而具有八個(gè)中子和六個(gè)質(zhì)子的碳 - 14 就是一種不穩(wěn)定的碳同位素。或者，原子核內(nèi)中子和質(zhì)子的數(shù)量，超過了強(qiáng)核力可以維持原子核穩(wěn)定的闕值，比如比鉍 - 209 更重的任何原子核。這些情況，都會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的同位素出現(xiàn)。
就好比我們的身體，在打噴嚏時(shí)通過一系列的膨脹和收縮活動(dòng)將刺激性物質(zhì)排出一樣，不穩(wěn)定的元素同位素也會(huì)釋放出不同的粒子或能量形式，以恢復(fù)原子核內(nèi)部各力量之間的平衡。在這個(gè)試圖恢復(fù)穩(wěn)定的過程中，它們會(huì)形成新的原子核。
這種為了恢復(fù)穩(wěn)定而形成新原子核的性質(zhì)，就是我們常說的放射性，而這個(gè)過程叫做放射性衰變。
原子核如何進(jìn)行放射性衰變？
原子核可以通過釋放 α、β 或 γ 射線（有時(shí)是三種射線的組合）來進(jìn)行核衰變和放射性衰變。
α 粒子基本上同于氦 - 4 的原子核，由兩個(gè)質(zhì)子及兩個(gè)中子組成。
鐳 - 226 原子核經(jīng)過 α 衰變形成不同的元素：氡 - 222 和 α 粒子
α 粒子相對較重，只能在空氣中傳播幾厘米的距離。一張紙或一塊塑料就能輕松隔阻 α 粒子。
重元素原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子（或質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶樱┑倪^程中，原子核會(huì)釋放出電子或正電子，即 β 粒子。
β 粒子攜帶的能量高于 α 粒子，穿透力也更強(qiáng)，但電離能力要弱一些。β 粒子可以在空氣中傳播，但薄金屬片甚至防護(hù)服就可以阻隔 β 粒子。
最后是能量最高、最致命的放射性衰變形式：γ 射線。
在發(fā)生 α 衰變和 β 衰變之后，處于高能量狀態(tài)的原子核仍必須返回到更加穩(wěn)定的低能量狀態(tài)，這時(shí)候釋放出來的高能量射線即 γ 射線。
原子核可以在幾秒內(nèi)、或者幾天、幾年甚至幾個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，自發(fā)地發(fā)生所有這些衰變，轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的形式。該速率取決于放射性物質(zhì)的半衰期，即放射性物質(zhì)衰減到其初始值一半所需要的時(shí)間。
放射性和核能的興起
說起放射性，就不得不提居里夫人。她使用過的用鉛密封的高放射性實(shí)驗(yàn)室、筆記本、菜譜和家具等，都受到了鐳元素的污染，并且這些污染將在未來 12000 年內(nèi)繼續(xù)存在。但是，這些受污染的東西同時(shí)也證明了居里夫人在放射性領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，也是她兩次榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的原因。
她與丈夫皮埃爾?居里，以及亨利?貝可勒爾在二十世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)的放射性和放射性元素，開創(chuàng)了原子物理學(xué)的一個(gè)全新領(lǐng)域。最終，基于放射性和放射性元素的研究，人們發(fā)現(xiàn)了原子的不同組成成分和核能。
▲居里夫人的研究筆記
諸如鈾 - 235 和钚 - 239 等放射性元素在受到中子撞擊后會(huì)釋放大量能量。如果在核反應(yīng)堆內(nèi)操作得當(dāng)，這些燃料可長期提供能源。一公斤鈾 - 235 可以通過核裂變產(chǎn)生將近 2400 萬千瓦時(shí)的電力，而一公斤的煤炭只能產(chǎn)生 8 千瓦時(shí)的電力。正確使用這種能源可以解決全球二氧化碳排放與日俱增的難題。
但是，核能的致命弱點(diǎn)是如何安全地處理廢棄的放射性燃料，以及全世界對核事故的廣泛擔(dān)憂。
幾十年前發(fā)生的切爾諾貝利核事故至今仍讓人心有余悸。一個(gè)核反應(yīng)堆熔毀，就能導(dǎo)致大片土地世世代代不宜居住，更不用說暴露在核輻射下的數(shù)千萬人將一生受此影響。
當(dāng)?shù)卣缃裨诤朔磻?yīng)堆周圍建造了巨大的石棺，以防止核輻射泄露到空氣中。此外，核反應(yīng)堆的殘骸被密封在厚實(shí)的鋼結(jié)構(gòu)之內(nèi)。清理工作將一直持續(xù)到 2065 年。
2011 年，地震引起的海嘯襲擊了福島第一核反應(yīng)堆，致使事故半徑 20 公里內(nèi)的數(shù)千人撤離。政府相關(guān)機(jī)構(gòu)仍在清理周圍環(huán)境，清除和處理受影響區(qū)域內(nèi)的表層土壤。
放射性的影響
放射性物質(zhì)的有害影響可以通過輻射暴露間接地、或通過接觸或攝入直接地影響我們的身體。
輻射暴露
總體而言，輻射并不危險(xiǎn)。反射表面可以反射光。用來加熱食物的微波或手機(jī)接收的信號等，都是不同形式的輻射。但有一種輻射對所有生物體尤其危險(xiǎn)，即核輻射，也稱為電離輻射。
放射性物質(zhì)在其衰變過程中會(huì)釋放出電離輻射。通過敲除中性原子攜帶的電子，電離輻射可以將原本不帶電的原子變?yōu)閹д姾傻碾x子。任何生物暴露在如此高能量的輻射之下，它們非但不會(huì)獲得放射性能力或超能力，只會(huì)變成輻射中毒的受害者。
核輻射導(dǎo)致的輻射中毒可以輕易地破壞 DNA 的分子結(jié)構(gòu)，并損害活細(xì)胞。大劑量或長時(shí)間的輻射中毒已被證明具有致命性，因?yàn)檫@些射線可致癌。
放射性污染
由于放射性物質(zhì)直接與人體內(nèi)部或外部接觸，這種形式的危險(xiǎn)性是輻射暴露的兩倍。直接接觸不僅使人體暴露于輻射中毒的危險(xiǎn)之中，也會(huì)通過影響特定身體部位而造成內(nèi)部損傷。
攝入放射性鐳之后，我們?nèi)梭w會(huì)誤將放射性鐳當(dāng)做鈣，不斷地將體內(nèi)的鈣元素替換成攝入的鐳元素，最終導(dǎo)致骨骼和牙齒壞死。放射性鈾元素經(jīng)攝入后，主要攻擊和損壞腎臟。
放射性總是有害嗎？
在毒理學(xué)中，有一種說法叫做“只要?jiǎng)┝孔?，萬物皆有毒”（the dose makes the poison）。雖然暴露于超過管制劑量的放射性物質(zhì)，可導(dǎo)致嚴(yán)重的基因突變和癌癥，但在管制劑量范圍內(nèi)，放射性物質(zhì)卻可用于治療癌癥。比如，放射性碘，可用于癌癥的放射性治療，以及用于甲狀腺造影。放射性锝可用于心臟、骨骼和其他器官缺陷的診斷。
放射性碳定年法主要使用碳 - 14 的放射性，來測定古生物或含有機(jī)物質(zhì)的物品的年代。在某些國家，新鮮農(nóng)產(chǎn)品在包裝之前甚至?xí)?jīng)過輻照，以殺死果蔬表面附著的任何細(xì)菌。每年拯救無數(shù)人生命的煙霧報(bào)警器中也含有微量的镅 - 241。
總結(jié)
人類和放射性，一直以來都相安無事。我們呼吸的空氣、冰沙中的香蕉、道路出口的指示牌等，都含有放射性元素…… 只不過含量都在安全劑量范圍內(nèi)！本質(zhì)上而言，我們?nèi)祟惐旧硪簿哂蟹派湫?，因?yàn)槲覀兊纳眢w含有非常微量的放射性碳同位素和鉀同位素。放射性無處不在，甚至我們還要感謝放射性的存在 —— 正是放射性使得我們的地核能夠保持灼熱，從而產(chǎn)生地磁場為我們提供舒適的保護(hù)。
但是，假如你來到一個(gè)陌生的地方，背包里的蓋格計(jì)數(shù)器瘋狂作響，那么，不要遲疑，趕緊跑！
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