问题

核放射、核辐射一般要存在或存储多久时间才基本没有放射性?

回答
关于核放射性物质或核辐射的衰变和储存问题,确实是一个大家普遍关心且需要深入了解的话题。想要回答“多久才能基本没有放射性”,这并非一个简单的固定时间,而是与放射性物质本身的种类、初始活性以及我们对“基本没有放射性”的定义密切相关。

首先,我们要区分一下“核放射”和“核辐射”。

核放射(Radioactivity) 指的是原子核发生衰变时释放出粒子(如α粒子、β粒子、中子)和/或电磁波(如γ射线)的现象。它描述的是物质本身的性质——原子核不稳定,会转化为更稳定的状态。
核辐射(Radiation) 是核放射过程中释放出来的能量和粒子流。可以说,核放射是产生核辐射的根源。

因此,我们讨论的“存储多久才基本没有放射性”,实际上是在问:一种放射性物质,经过多长时间衰变后,其放射性水平可以降至一个我们可以忽略不计或认为是安全的水平?

影响放射性衰变速度的关键因素:半衰期

理解放射性衰变,最核心的概念是半衰期(Halflife)。

定义: 半衰期是指一种放射性核素的原子数量减少到其初始值一半所需的时间。
特性: 半衰期是放射性核素固有的、不可改变的物理常数,不受温度、压力、化学状态等外界因素的影响。每一种放射性核素都有其特定的半衰期,从极短的毫秒级到几十亿年不等。

举个例子:
假设我们有一克含有某个放射性核素的样品,它的半衰期是10年。
10年后,样品的放射性核素数量会减少一半,剩下0.5克。
再过10年(总共20年),又会再减半,剩下0.25克。
再过10年(总共30年),剩下0.125克……

这意味着,放射性物质的放射性会不断降低,但理论上永远不会完全消失,因为它总是剩下一半的量。然而,“基本没有放射性”是我们可以实际操作和定义的。

“基本没有放射性”的界定

在实际操作和安全评估中,“基本没有放射性”通常意味着:

1. 放射性水平降至本底辐射水平: 自然界本身就存在一些背景辐射,比如宇宙射线、地壳中的天然放射性物质释放的辐射等。当人工放射性物质的衰变产物所产生的辐射水平低于或接近这个本底水平时,我们就可以认为其“基本没有放射性”了。
2. 对人体和环境的危害可忽略: 基于辐射剂量学和风险评估,当放射性物质的活性足够低,以至于不会对接触或暴露它的人员造成可接受的健康风险时,也可以视为“基本没有放射性”。
3. 满足特定的法规或标准: 各国都有关于放射性物质管理和豁免的法规。当放射性物质的活性低于某个设定的阈值时,就可以按照普通废弃物处理,不再受严格的核安全监管。

不同放射性核素的“消失”时间有多长?

由于半衰期差异巨大,放射性物质“基本没有放射性”所需的时间也天差地别。

短半衰期核素:
例如,某些碘131(I131)的半衰期约为8天。它在几次衰变后,放射性就会大大降低。如果进行妥善储存,几个月后就可以认为其放射性非常低了。
钴60(Co60)的半衰期约为5.27年。它在核工业中有广泛应用,比如用于辐照。经过2030年,它的放射性也会显著衰减。
碳14(C14)的半衰期约为5730年。它在考古测年中很有用。即使经过几千年,它仍然具有一定的放射性,但其活性会比初始时低很多。

长半衰期核素:
铀238(U238): 半衰期约44.68亿年。这是天然铀的主要成分,也是核燃料的重要组成部分。它衰变形成一系列子体核素,其中一些半衰期也很长。
钚239(Pu239): 半衰期约24110年。这是核武器和部分核反应堆的燃料,也是一种重要的核废料成分。即使经过一万年,它仍然具有显著的放射性。
镅241(Am241): 半衰期约432年。常见于烟雾探测器中,但其活性较低。在核废料中也存在。
锶90(Sr90): 半衰期约28.8年。这是核裂变产物,放射性较强,对人体有害,特别是容易在骨骼中积累。即使经过200300年,它的放射性仍然需要关注。

那么,对于长半衰期核素,多久才“基本没有放射性”呢?

这很大程度上取决于我们设定的“安全标准”和“本底水平”。

几代人的时间(例如100300年): 对于半衰期在几十年到几百年的核素,如锶90,经过几百年的衰变,其放射性水平会显著降低。如果按照我们通常理解的“安全水平”(比如接近天然本底),那么可能需要经历一个相对漫长的时间,但并不是无限久。
数万年或更长: 对于半衰期以万年计的核素,如钚239,要达到接近天然本底的水平,需要非常非常漫长的时间。例如,为了让钚239的放射性降到可以安全处理的程度,可能需要几十万年甚至更久。
地质时间尺度(百万年甚至亿年): 对于半衰期接近地球年龄的核素,如铀238,它们衰变的速度非常缓慢。我们通常不会期望它们在人类可感知的尺度内“消失”。它们的放射性是自然界背景的一部分,它们在自然界中已经存在了数十亿年。

核废料的处理与储存

正是因为有这些长半衰期放射性核素的存在,核废料的处理和储存才成为一个巨大的挑战。

低放射性废物(Lowlevel waste, LLW): 通常是受污染的衣物、工具等,放射性水平不高,半衰期也相对较短。它们可能只需要在专门的处置库中储存几十到几百年,其放射性就会降至可接受的水平。
中等放射性废物(Intermediatelevel waste, ILW): 包括反应堆的组件、冷却剂等,比低放废物放射性强。它们需要更坚固的包装和更长的储存时间。
高放射性废物(Highlevel waste, HLW): 主要来自乏核燃料的后处理。其中包含大量长半衰期、高活性的核素。为了保证其安全,通常需要进行“深层地质处置”,将它们隔离在稳定的地下岩层中,与人类环境隔绝,持续数十万年甚至百万年,直到其放射性足够低。

总结

所以,回答“多久才能基本没有放射性”这个问题,实际是在问:“我们希望将放射性降到什么程度?这个程度通常是和自然本底辐射水平相当,或者可以忽略其潜在危害。”

对于短半衰期的放射性物质(几天到几十年),经过数倍于其半衰期的时间(例如几十年到几百年),其放射性就可以大大降低,甚至接近本底水平。
对于长半衰期的放射性物质(数千年到数十亿年),即使经过数千年,它们仍然会保持相当的放射性。要让它们“基本没有放射性”(即达到自然本底水平),需要几十万年甚至上百万年的时间。这正是核废料处理技术和长期安全储存面临的根本性难题。

所以,不存在一个统一的“多少年”就能让所有核放射性物质“基本没有放射性”。这是一个动态的、依赖于具体核素种类和我们安全标准的问题。当谈到高放射性废料时,我们谈论的不是几百年,而是地质时代的尺度。

网友意见

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谢邀,非专业人士,答案仅供参考。

不同放射性核素的半衰期并不同,从数万年到几秒钟的都有,宏观来讲,半衰期指的放射性强度达到原来一半的时间。比如你买一根氚管,氚管是玻璃壁上有荧光材料涂层的内部充有放射性元素氚的装饰品,在夜光手表之类中有用,一般盖革计不出放射性。

氚管的原理是氚衰变放出的β带电粒子撞击荧光涂层发光。但是过了十年后发光亮度会下降不少。因为氚的半衰期只有12.5年,12.5年后约一半的氚早已通过β衰变成没有放射性的氦了。但是即使这样数十年后多少还会有一些发光--并不会都衰变掉,放射性衰变如果谱在一张图上,会是随时间指数衰减。

大家应该都听说过碳14测年法,由于宇宙射线对大气层中氮14的照射,碳14被不断创造出来,虽然比起地球上那么多碳12,碳14只有很少很少的量。在植物动物活着的时候,不断从自然界吸收碳-14,比如你呼吸时候不小心吸进去的二氧化碳,幸运的话里面就有少量碳14。

而生物挂掉后,就不再参与碳交换了,同时C-14在不断衰变成稳定核素。科学家可以经过测量其残余的C-14来反推其挂掉的年龄,这就是之所以很多古生物遗骸可以推测出年代,甚至贝壳化石。

碳-14的半衰期约5730年,但是科学家用这个技术比较准确的测到了50000年前的生物。虽然5万年不知道是碳-14的多少个半衰期(近十个)了,但是现在的仪器能测量到那微乎其微的放射性碳14。不过要说明一下,碳十四测年法在早些年用测量β的仪器,近些年改用质谱了,就和测量放射性没太大关系了


不同核素的半衰期不一样,含氚废水如果再放置几年放射性会下降不少,但是随着核裂变也有不少长寿的放射性核素存在,从反应堆移除的燃料组件放置数年后依然有大量辐射,虽然裂变产物大部分都是短寿的,钚239,钚240,镅241,镅243等半衰期数百到两万年,以至于高放射性的废料不能随便一丢就完事了,科学家选择暂存后,找地质稳定的地方长期储存。

当然,钚239等如果回收,也是很有用的材料,有一种核燃料设计被称为混合氧化物核燃料(MOX,mc工业玩家估计知道),用完的燃料组件不要乱丢哦~记得垃圾分类......

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