放射性物质基础知识

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1、有关放射性物质基本知识（、 射线）一、放射性元素有些元素可以自发地从不稳定的原子核内部放出粒子或射线（如 、 射线等），同步释放出能量，最后衰变形成稳定元素，这种性质称为放射性，此类元素称为放射性元素。在元素周期表上，原子序数不小于 83 的元素都是放射性元素，83 如下的元素中只有锝（Tc，原子序数 43）和钷（Pm，原子序数 61）是放射性元素。放射性元素可以分为天然放射性元素和人工放射性元素。天然存在的放射性元素只有钋、氡（气体）、钫、镭、锕、钍、镤和铀，其中铀和钍最为常用；人工放射性元素是通过核反映人工合成的元素，如锝、钷和原子序数不小于 93 的元素，比较出名的就是锝（用于医疗）和钚

2、（用于核工业）。二、放射性同位素同位素是同一元素的不同种原子，它们具有相似的质子数，但中子数却不同。例如原子序数为 1 的氢就有三种同位素，分别是氕（H）、氘（D）、氚（T），它们的原子内都只有一种质子，但分别有 0、1、2 个中子。在自然界，H 占氢元素的 99.98%，D 占 0.016%，T 重要通过人工合成（自然界里极微量的 T 是宇宙射线与上层大气间作用，通过核反映生成的）。这三种同位素里，T 具有放射性。碳（C）在自然界有 3 种同位素，它们是 C-12，C-13，C-14，其中 C-14 具有放射性（占碳元素的百万分之一），可以用来测文物年代。钾（K）在自然界也有 3 种同位素，

3、它们是 K-39，K-40，K-41，其中 K-40 具有放射性（占钾元素的 0.01%，它是岩石和土壤中天然放射性本底的重要来源之一。铀（U）在自然界同样有 3 种同位素，它们是 U-234（0.005%），U-235（0.720%），U-238（99.275%），它们都具有放射性。同位素分为稳定同位素和放射性同位素，它们按一定的比例在自然界存在。碳和钾虽然有天然的放射性同位素，但含量很少，因此这两种元素不被觉得是放射性元素。更多的放射性同位素是由人工合成，服务于国防、生产、科研、医疗等领域。原子弹威力不等同于放射性危害诸多人对放射性的过度恐惊来自于原子弹，但放射性危害只是原子弹的第三重影响

4、，原子弹最大的破坏力来自于光热和冲击波，它们是裂变反映（而非放射性）的成果。当较重的原子核发生裂变时会发生质量亏损，损失的质量按照爱因斯坦的质能方程（E=mc2，能量 = 质量 x 光速的平方）转换成了巨大的能量。例如，1945 年在日本广岛上空爆炸的原子弹，裂变反映中仅有 1g 的质量转化成能量，但它的威力却相称于 16 万吨黄色炸药发生爆炸，瞬间摧毁了整个都市，并导致十几万人当场死亡。随之而来的才是漫长的放射性危害，而放射性危害是我们需要进一步理解的。三、三种射线放射性物质具有 和 衰变形式，分别释放出 射线和 射线，多余的能量通过 射线释放。一般放射性物质衰变的时候，、 三种射线同步产生

5、。 射线是氦原子核（两个质子，两个中子），带两个正电荷； 射线的是电子，带一种负电荷； 射线是是光子（电磁波），只是波长更短，能量更高。三种射线中以 射线的电离能力最强，对人体伤害最大，但其穿透力相称弱，几厘米的空气或纸张就能完全挡住 射线，更不用说穿透皮肤了； 射线电离能力较弱，但具有较好的穿透力，可以被 3mm 的铝板阻挡； 射线具有极强的穿透力，超过 X 射线，可以穿透几厘米厚的铅板，但由于它的电离能力最弱，因此对人体导致的伤害最小。 和 射线通过几英寸的空气或者一般玻璃就会被阻隔， 射线穿透力虽强，但对人体的伤害也最小，因此放射性物质在体外对人导致的危害是相称有限的。但如果放射性物质进

6、入体内，危害就要大得多，这在后文的“内照射”中将作解释。有一点要记住， 射线的内照射是多种放射性危害中最大的。四、半衰期 放射性元素的原子在释放 、 射线的同步，会衰变成其他元素，这种衰变有一定的速率。当原子中有半数发生衰变时所需要的时间，叫半衰期。在自然界，只有 4 种重要的放射性元素和地球寿命差不多： 铀-238：半衰期是 45 亿年 铀-235：半衰期是 7 亿年 钍-232：半衰期 140 亿年 钾-40：半衰期 12.8 亿年其他天然放射性元素钋、氡（气体）、钫、镭、锕、镤 都是 铀-238、铀-235、钍-232 衰变链中的产物。诸多放射性元素由于半衰期较短，在自然界几乎已无存在其

7、矿物：例如钚最稳定的同位素 钚-244 的半衰期是 8200 万年，对于 46 亿年的地球历史来说，天然存在的钚早就减半减半再减半了不知多少次了，几乎可以说没有了，更不用说汇集成矿了。因此，放射性矿物不是含铀就是含钍（钾-40 只占钾元素的 0.01%，含量太少了）。一般来说，半衰期越短的放射性核素，其放射性也越强。钍-232 的半衰期是 140 亿年，放射性是 4 种重要放射性元素中最弱的。值得一提的是氡，它是放射性监测的重点对象，由于它是气体，容易通过呼吸道进入人体，形成内照射。让人快乐的是，氡的半衰期只有 4 天，不用多久它就可以大部分衰变成稳定元素，而不再具有放射性。但危险之处也在此，

8、短半衰期意味着它的放射性更强。运用放射性核素的半衰期，我们可以做诸多事情：例如 C-14 测年法：古代生物在活着的时候，不断从环境摄入 C-14，机体维持着 C-12 和 C-14 的平衡。当生物体死后，新陈代谢停止，体内的 C-14 由于衰变而逐渐减少。由于 C-14 的半衰期是 5730 年，可以根据 C-14 的残留推算出生物的年代。C-14 只能精确测出 5-6 万年以内的出土文物或化石，对于例如生活在五十万年此前的周口店北京猿人，运用 C-14 测年法是无法测定出来的。在核医学临床应用中使用最广的核素是 锝99m，半衰期只有 6.02 小时，射线能量适中，可运用其杀死癌细胞，但又不至

9、于在体内长留。五、天然本底辐射天然放射性元素是构成自然界的构成部分，在各类岩石、土壤、水体、大气、乃至人体中均有不同数量的放射性元素存在。你懂得铀在地球上的含量有多少吗？平均每吨地壳物质中约含 2.5 克铀，这比钨、汞、金、银等元素的含量还高。铀在多种岩石中的含量很不均匀，例如在花岗岩中的含量就要高些，平均每吨含 3.5 克铀。碳和钾是构成人体的必要元素，自然界中具有一定比例的 碳-14（百万分之一）和 钾-40（0.01%），它们在人体中的比例也同样。这些天然存在的微量放射性辐射就是天然本底辐射，它已是自然平衡体系的一部分，不会危害人类健康，由于人类和其他生命在进化过程中，已经适应了本底辐射

10、环境。地球人平均一年合计所受辐射约为 2.4mSv（毫希沃特，其中宇宙射线 0.4，大地 0.5，氡 1.2，食物摄入 0.3）。六、人体能承受多大的辐射我想这是人们最关怀的问题：为什么在国外，观众能那么近距离地欣赏放射性矿物？是她们在拿健康开玩笑，还是我们恐惊过了头？辐射剂量（mSv）影响和原则0.05核电站工作人员一年合计辐射0.1 - 0.3做一次X射线胸部透视的剂量0.2乘飞机从北京到纽约之间来回一次的剂量（宇宙射线、飞行高度有关）1.0一般公众一年工作所受人工放射剂量、从事辐射有关工作女性所受人工放射剂量极限1.2与1天平均吸1.5盒（30支）纸烟同居的被动吸烟者一年合计辐射1.5一

11、般人一年合计所受辐射2.0从事辐射有关工作的妇女从被告知怀孕到临产腹部表面所受人工放射剂量极限2.4地球人平均一年合计所受辐射（宇宙射线0.4，大地0.5，氡1.2，食物0.3）4一次胃部X射线透视的剂量5从事辐射有关的工作者一年合计所受辐射法定极限6.91次CT检查7 - 20CT全息照相13 - 601天平均吸1.5盒（30支）纸烟者一年合计50从事辐射有关工作者一年合计所受辐射极限。士兵、消防员、警察一年合计所受辐射法定极限100对人体健康明显有害的辐射剂量极限从事辐射有关工作者五年合计所受辐射法定极限250白血球减少500淋巴球减少；国际放射防护委员会规定除人命救援外所能承受的辐射极限

12、。1,000浮现被辐射症状。恶心，呕吐；水晶体浑浊2,000细胞组织遭破坏，内部出血，脱毛脱发。死亡率5%3,000 - 5,000死亡率50%（局部被辐射时3000 : 脱毛脱发；4000 : 失去生育能力；5,000 :白内障、皮肤浮现红斑）7,000 - 10,000死亡率99%10,001以上目前通用的辐射剂量是以 Sv（希沃特）来表达，考虑到它是相称大的计量单位，平常使用更多的是 mSv（毫希沃特）和 Sv（微希沃特）：1mSv = 0.001Sv，1Sv = 0.001mSv。那么多少剂量的辐射不会影响人的健康呢？美国环保署（EPA）发布的人均年吸取辐射上限是 1mSv（不涉及天然

13、本底辐射和生活中的辐射，如手机、电视等）。当短时辐射剂量低于 100mSv 时，医学上观测不到对人体的拟定性效应，即明显的组织损伤；当剂量超过 4000mSv，在没有医学监护的状况下，有 50% 的死亡率，而当剂量超过 6000mSv 时，则可致命。国际辐射防护委员会规定放射性工作人员全身均匀照射的年剂量应当低于 50mSV，一般居民应当低于 1mSv。为避免随机效应，国内放射卫生保护基本原则中规定，放射性工作人员受到全身均匀照射时的年剂量当量不应超过 50mSv，公众应当低于 5mSv（如果长期持续受到放射性照射，则年剂量不应超过 1mSv）。以上限制都不涉及天然本底辐射和医疗照射。 此外，

14、公众成员的皮肤和眼晶体的年剂量当量不应超过 50mSv。对健康产生影响的放射性指标中有短期辐射和长期累积辐射两项，短期辐射的上限是 100mSv，长期累积辐射是每年 1mSv，偶尔的年份可以达到 5mSv。这就好比温度，人可以承受短时的高温，但长时间（24小时以上）能接受的温度就要低得多得多。核辐射对人和生物的伤害，与核辐射的剂量、人们暴露于核辐射的时间以及核物质的半衰期有关，虽然严重者可立即致死，但具体而言：当短时辐射量低于 100mSv 时，对人体几乎没有危害。有一种较好的例证：国外科学家带着橡胶手套直接捧取纯金属钚块，难道她在拿生命开玩笑？唯一的解释就是短时间钚的体外接触，局限性以危害她

15、的健康。无独有偶，英国女王伊莉莎白二世访问哈维尔核子实验室时，就曾受邀触摸了一块以塑料包裹的钚环，以体验其“温暖”的感觉。这是一种放射性矿物（多种铀矿）的展示（没有特殊保护措施），实测的最高辐射值为 29.9 Sv/h，远低于 100mSv 的短期辐射原则，虽然你在这些放射性矿物面前呆一种小时，受到的累积辐射也只有 29.9Sv（0.03mSv）。我见过对某些沥青铀矿（含铀 42-76）的零距离检测，辐射值大概在 400 Sv/h，由此可以估计一下纯铀的放射水平，你大概就不会对那位科学家的“壮举”感到吃惊了。在那张图片中，金属钚所释放的 射线和大部分 射线已被阻挡，只能感受到 射线的温暖感觉了

16、。别忘了钚的半衰期是 8200 万年，铀-238 是 45 亿年，它们都是非常缓慢的释放着这些射线，和那些几年、几天乃至几小时就衰变掉的放射性核素的辐射强度相比简直是天壤之别。不要想固然地觉得接触到铀，皮肤就会被灼伤、细胞坏死，这也许是电影或者故事中的情节。七、内照射内照射是放射性核素进入生物体（常通过呼吸道和消化道），使生物受到来自内部的射线照射。对 射线来说，因其射程长、穿透力强，内照射与外照射并无多大差别；而对于 和 射线，在体外大部分被阻挡，一旦进入体内，将会引起极高能量的局部吸取，导致特异的生物学效应，引起细胞损伤和癌变。事实上，在体内导致最大伤害的是射线，因其电离作用最强。由于放射

17、性核素只有所有从体内排出或所有衰变完后，对机体的照射作用才停止，其有效累积剂量也许不小于 1.0Sv。内照射的典型案例就是美国使用贫铀弹而导致战斗和非战斗人员的慢性放射性疾病。贫铀的重要成分是提炼铀-235后剩余的铀-238，铀-238 的放射性较低，释放射线的能力较弱，因此不像铀-235 那样危险。但铀-238释放射线的能力很强，只比铀-235 稍弱。只是射线的穿透力是最差的，在空气中只能迈进几厘米，不能穿透人的皮肤，因此如果是外照射，铀-238的危害不大。一般状况下，用一般的橡皮手套就可以完全杜绝铀-238的辐射危害。特殊状况下，短时间用手拿起铀-238也不会导致严重后果。固然，如果长时间

18、直接接触铀-238，也会损伤人的皮肤。铀是自然界比重最大的物质，因此贫铀被美国以及北约用于制造威力强大的穿甲弹。正常状态下未使用的贫铀弹一般是无害的，只要按照正常的保存和运送措施。但是贫铀弹在被使用后，其严重危害性就会所有暴露出来。穿甲弹的贫铀弹芯在击中目的后的高温中会剧烈燃烧，同步产生大量烟雾和粉尘，随空气流动而到处飘散，通过呼吸道进入人体内，或者沾染到泥土、水源和植物上。我们懂得，由于有空气、衣物和皮肤的阻隔，贫铀的射线不会从外部对人导致较大危害。但是如果这些粉尘进入人体就是完全此外一种状况了。铀-238微粒可以直接作用于脆弱的内脏器官，射线会近距离地给细胞导致严重危害，导致癌症和其她症状

19、。由于贫铀粉尘都是从消化道和呼吸道侵入，因此这些部位的器官最容易产生病变，例如鼻癌、肺癌、胃癌等。如果摄入太多粉尘的话，这些有毒微粒还会通过血液进入肝脏、肾脏和骨骼，导致更严重的伤害。这些病都是慢性病，病症在5年之内都不会显现。最新调查表白，伊拉克战后的的癌症死亡率是战前的十倍。其中受害最重的是小朋友，癌症死亡率高达千分之十六。美国自己也尝到了使用贫铀弹的苦果，所谓的“海湾战争综合症”、“科索沃战争综合症”在一定限度上是由使用贫铀弹引起的。重要体现为体质下降，心情烦躁、头痛，肌肉关节痛，睡眠障碍等症状。由此可见，内照射是最严重的放射性危害，特别是射线内照射。放射性物质的体外接触并不可怕，但要严

20、格防备产生内照射的多种隐患： 放射性物质衰变会产生放射性气体氡，它很容易通过呼吸进入体内，导致内照射。因此放射性物质（涉及矿物标本）必须寄存在通风良好的环境中。任何放射性物质的散落，必须解决干净：未被预警的人们也许会长期和这些散落的放射性物质接触，进而在不知情的状况下让这些物质通过呼吸或消化道进入体内。接触放射性物质后要洗手，绝对不能在放射性物质附近吃喝东西、抽烟或者睡觉。 八、放射性矿物天然的放射性矿物其实放射性不是很强，这是由于能形成矿物的放射性核素都具有很长的寿命（半衰期） 比地球的年龄还长或至少可以和地球年龄相比较。放射性核素的放射性强弱和它的半衰期有非常大的关系，氚的半衰期只有 11

21、.2 年，具有很强的放射性，但仍然没有放射性药物中使用的核素 锝99m 强，锝99m 的半衰期只有 6 小时，一种单位的 锝99m 每秒释放的射线是氚的 16,000 倍，钚的 7,000,000 倍（固然 锝99m 的用量极微，目的是杀死癌细胞，短半衰期是为了不在体内残留放射性）。自然界没有钚矿，是由于钚的最稳定同位素钚-244半衰期是8200万年（放射性也不是很强）。但对于地球 46 亿年的历史来说，天然的钚元素已经减半减半再减半了 50 多次，因此无法成矿。在自然界，只有四种重要放射性核素的寿命可以和地球年龄比较，它们是：铀-238（占铀总量的 99% 以上，半衰期 45 亿年）铀-23

22、5（不到铀总量的 1%，半衰期 7 亿年）钍-232（100%，半衰期 140 亿年）钾-40（占钾总量的 0.01%，半衰期 12.8 亿年）。由于钾-40 占钾总量的比例太小，钾元素不被觉得是放射性元素。这就意味着放射性矿物不是含铀就是含钍。诸多稀土矿由于具有痕量的铀或钍（某些稀土元素是铀衰变的产物），也具有少量的放射性。此外，铀和钍的衰变链中会产生诸多短寿命的其他放射性核素（固然放射性也更强），但是这些放射性核素只以痕量存在，并且较短的半衰期使得它们也都无法汇集成矿。尚有两种相对常用的放射性核素：镭-226 和 氡-222，它们都是铀衰变的产物。氡被觉得是最危险的放射性物质之一，由于它是

23、气体，很容易被吸入肺部导致内照射。幸运的是，氡只有 4 天的半衰期，这样在建筑建造的过程中，天然的氡可以不久衰变为稳定元素，使人们可以放心入住。但 4 天的半衰期也意味着氡有非常强的放射性。另一种有名的放射性核素是碳-14，占碳总量的百万分之一，半衰期是 5732年，可用于年代测定。碳-14的半衰期虽然很短，但宇宙射线与地球大气的核反映仍然源源不断的提供着新的碳-14。由于它是碳元素，它会不久散布到所有的生命体中。事实上，我们的身体也是天然的放射源（大部分奉献来自于钾-40，然后是碳-14，最后才是铀及其衰变产物）。注意我说铀和钍的放射性不是很强并不意味着它们不危险。放射性物质的危害源于其释放

24、的多种粒子： 射线（高能电子）、 射线（高能光子）、中子及 粒子（高能氦核），它们的穿透力也各不相似。铀和钍的放射性重要是 射线，在空气中只能迈进几厘米，甚至能被纸张阻挡。将放射性矿物放在玻璃或者塑料盒中可以阻挡 99% 以上的放射。 放射源的危险重要来自于吸入其粉尘（或其衰变产生的放射性氡气）。 九、收集放射性矿物的注意事项只要有合适的保护措施以及预警得当，虽然是非专业人士也可以安全地收藏放射性矿物标本。将放射性矿物置于透明带盖的盒子里，这样可以避免欣赏时放射性矿物碎屑的掉落，也减少了皮肤接触，同步阻挡 射线和部分 射线。放射性矿物可以用手直接接触，但不要时间过长。接触放射性矿物后，请用肥皂

25、洗手。勿将放射性矿物放入口袋。打开放射性矿物的容器时（也许涉及放射性气体氡），可以考虑临时屏住呼吸。不要去吹放射性矿标的灰尘。绝不要在放射性矿物周边吃喝东西、抽烟或睡觉。欣赏放射性矿物保持合适距离，由于 和 射线通过几英寸的空气或者一般玻璃就会被阻隔， 射线穿透力很强，但其衰减和距离也有很大的关系。不要收藏超过 4-5 cm 的标本，由于辐射的强弱和放射性物质的多少有关。再小的放射性矿标，也不要将其放在平常活动的房间内（卧室、起居室、书房），由于再弱的放射性，一年的累积剂量也会超过安全原则。十、对放射性矿标做好记号注意让小孩和过于好奇的大人远离放射性矿物。铀和钍衰减过程中会产生放射性的氡气，应

26、将放射性矿物标本放置于通风的地方；如果放于橱内，则应考虑安装一种气泵（水族箱的那种），使橱内的氡气不至于积累到对人导致伤害的限度。如果你准备收集含铀云母等放射性矿物，那么就去买一种盖革计数器，通过数据理解矿标的放射性强弱 既不用过度防护，也不能忽视潜在的风险。放射性矿物应集中寄存，不能和雄黄、蓝铁矿、日光萤石等受光容易发生变化的矿物放在一起，由于 射线比紫外光和 X 射线能量还要高诸多，会迅速使这些矿物发生变化。十一、其他岩石、化石的放射性有人觉得矿物晶体有放射性，因此不如收藏奇石。事实上，岩石都是由多种矿物构成的，如果矿物有放射性，岩石怎么也许没有呢？天然放射性元素中，最常用的是铀和钍，铀在

27、地壳中的含量比钨、汞、金、银等元素还高，其中在花岗岩中的含量更高些，有些花岗岩被检测出放射性超标的因素就是具有痕量的铀和钾-40（颜色较浅的花岗石具有更多的钾，也就具有更多的钾-40，因此有人提出要注意哪些浅色的花岗岩石材）。建筑行业在对石材的检测中提及某些花岗岩和大理石具有“强放射性”，超过原则值的 5-6 倍。由于建筑中的石材用量巨大，并且里面的居住和工作的人们和这些石材朝夕相处，极微量的放射性一年累积下来也完全也许超过 1mSv 的安全指标。因此必须严格限定，以免对人的健康产生任何潜在的损害。但这些石材的“强放射性”与放射性矿物的辐射强度比起来是微局限性道的，如果不是在建筑上使用，而只是将这些花岗岩或者大理石作为标本或者奇石收藏，完全可以忽视其放射性，因其具有的放射性物质总量太少了。有些文章随便对矿物冠以“极强的放射性”这种不科学的说法，我觉得有点危言耸听。也有文章提及某些稀土矿物具有“强放射性”，说法也夸张了。稀土元素自身没有放射性，若其矿石具有放射性也是由于具有痕量的铀或钍，只是具有微量或者少量放射性而已。