问题

关于核与核辐射,你知道哪些有趣的冷门小知识?

回答
说到核和核辐射,大家脑子里可能立马会浮现出核弹爆炸的蘑菇云,或者科幻电影里那些穿着防护服、在辐射区行走的科学家。这些当然是核世界的一部分,但其实,核与核辐射的世界比我们想象的要有趣和广阔得多,里面藏着不少意想不到的“冷门”知识。今天咱就来聊聊这些鲜为人知,却挺有意思的点。

1. 你吃下去的香蕉,可能比你想象的更“核”

别惊慌!我不是说香蕉里藏着个微型核反应堆。而是说,香蕉富含钾元素,而自然界中存在着一种钾的同位素——钾40(⁴⁰K)。钾40是一种天然放射性核素,它会以β衰变和电子捕获的方式释放能量。

你每天吃香蕉,自然就摄入了少量的钾40。一个普通的香蕉大约含有0.015微克(µg)的钾40,这足以让你身体里的钾40达到一个微小的“计数”。当然,这个辐射剂量非常非常低,完全不用担心健康问题。但有趣的是,科学家们甚至用“香蕉当量”(Banana Equivalent Dose, BED)来形象地表示辐射剂量,意思是相当于吃一根香蕉所吸收的那个微量辐射。所以,从某种意义上说,我们每天都在进行着“核辐射”的日常摄入,只不过这个量,比挠痒痒还不如。

2. 核反应堆里,有些“燃料”比你想的更“普通”

提起核燃料,大家第一时间想到的是浓缩铀。但实际上,在某些类型的核反应堆中,我们的一些“普通”物质也能成为核燃料,或者说,它们可以通过中子辐照变成核燃料。

最典型的例子是铀238(²³⁸U)。铀矿里绝大多数的铀都是铀238,它本身是不能直接进行链式核裂变的。然而,当铀238吸收了一个慢中子时,它会经历一系列的核反应:

²³⁸U + n → ²³⁹U
²³⁹U → ²³⁹Np + β⁻ (半衰期 23.5 分钟)
²³⁹Np → ²³⁹Pu + β⁻ (半衰期 2.36 天)

最终,它会变成钚239(²³⁹Pu)。而钚239,就是一种非常好的核裂变材料,可以用于核武器和核反应堆。这就意味着,我们从铀矿里提取的铀238,其实是“潜在的燃料”。通过“增殖反应堆”的设计,可以将铀238“转化”成可裂变的钚239,这大大提高了铀资源的利用率。所以,我们并非只“烧”铀235,而是可以“养”出更多的核燃料来。

3. 辐射探测器能“听”到原子核的衰变“心跳”

你有没有想过,那些用来探测辐射的仪器是怎么知道有辐射存在的?它们就像是能听懂原子核“心跳”的设备。

最常见的辐射探测器,比如盖革计数器(Geiger counter),内部有一个充满惰性气体的金属管,管壁和中心有一根金属丝。当有α粒子、β粒子或者γ光子穿过探测器时,它们会与气体分子碰撞,产生离子对(带电的原子或分子)。

探测器两极之间有高电压,这个电场会加速这些离子,让它们碰撞更多的气体分子,产生更多的离子。这个过程就像雪崩一样,瞬间形成一股微弱的电流。这股电流被放大后,就会触发盖革计数器发出“咔哒”一声的响声,或者在屏幕上显示一个计数。每一个“咔哒”声,都代表着一次原子核的衰变,或者一次高能粒子与探测器物质的相互作用。所以,从某种意义上来说,盖革计数器就像是一个能“听”到原子核生命活动的收音机。

4. “核冬天”并非全是瞎掰,但具体情况复杂得多

关于核武器爆炸会引发“核冬天”的说法,很多人都有耳闻。理论上,大规模核战争会把大量的尘埃和烟雾抛入平流层,这些颗粒物会遮蔽阳光,导致全球气温下降,作物减产,甚至引发饥荒。

然而,这个设想的细节和影响程度,比很多人理解的要复杂得多。首先,什么样的核弹数量和规模,才能达到足以引发“核冬天”的程度?这涉及到爆炸的当量、目标类型(城市爆炸产生的烟尘远超野外爆炸)、以及这些烟尘在大气中的扩散和持续时间。

其次,虽然主要威胁是阳光被遮蔽,但核爆炸本身还会产生大量的热辐射和冲击波,以及放射性尘埃,这些都是直接的破坏因素。更微妙的是,不同类型的烟尘(例如燃烧塑料的黑烟和燃烧木头的灰烟)对吸收阳光的效率也不同。

研究核冬天已经过去了几十年,科学家们不断优化模型,但关于其确切影响,比如温度下降的具体幅度、持续时间以及对全球生态系统的具体影响,至今仍是研究和讨论的热点。所以,虽然“核冬天”是一个可怕的设想,其背后的科学逻辑也存在,但具体情景的复杂性和不确定性是需要被理解的。

5. 有些“老古董”至今仍在放射微弱的“信号”

我们身边很多看似普通的东西,其实都携带着天然的放射性。除了前面提到的香蕉,还有一些更意想不到的例子:

老式陶瓷和玻璃制品: 在20世纪中叶之前,一些颜色的陶瓷釉料和玻璃会使用含铀或钍的矿物来增加其鲜艳的色彩,尤其是红、黄、绿等色。例如,一些红色的陶瓷釉料会使用铀化合物。这些制品会发出非常微弱的α和β辐射,对健康基本无害,但可以用辐射探测器检测到。
某些建筑材料: 花岗岩、粘土砖等天然建筑材料,因为含有微量的放射性元素(如铀、钍及其衰变产物氡),也会释放出微量的辐射。尤其是在一些地下室或通风不良的空间里,氡气的浓度可能会略高。当然,这些剂量通常都在安全范围内。
古老的荧光材料: 一些老式的钟表、仪表盘上的夜光指针,早期使用的是镭(²²⁶Ra)作为发光剂。镭的衰变会发出β粒子和γ射线,并通过闪烁体(如硫化锌)发光。因为镭衰变会产生氡气,而且衰变产物是强α、β、γ放射源,所以使用镭的物品需要谨慎处理,尤其是一些老式的手表,如果外层保护层破损,可能会有接触风险。不过,现在大部分夜光材料都改用氚(³H)或更安全的荧光材料了。

这些例子都说明,放射性并非只存在于核电站或实验室,它是一种普遍存在的自然现象,只是在我们日常生活中,它以一种非常微弱、不构成威胁的形式存在着。理解这些“冷门”知识,能让我们对“核”这个概念有一个更全面、更客观的认识,不再仅仅停留在恐惧的层面。

网友意见

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我知道几个有意思的新闻

1:

2010年八月,德国出了一个小事,发现大马路的一台车下面堆着一陀垃圾,一台隔着挺远就能测到放射性的垃圾,于是在当地树立了警戒线(几米黄线中间一坨黑不溜秋的塑料袋一样的垃圾)

最后检查了发现放射性的来源是一小撮铯137,不知道从哪来,也不知道放了多久(新闻说可能得有二十年了),有可能是不小心丢了的医疗废物,但是对公众的危险性很小,最后也没啥事。

我知道这个旧闻是因为看热闹不嫌事大的爱好者拿着自己的盖革计数器去了现场。

2:

一个美国的小朋友买了一角以前产的含铀涂料漆的盘子,学校搞科学节活动,邀请学生们带点科学小玩意啥的到学校去展示,该男孩就扛着自己的仪器和装在食品保鲜袋里的一角带点放射性的含铀盘子去了。

很久之前,外国人曾经用含铀的涂料来给盘子和碗上靓丽的橙红色,直到后来人们才发现那时候产的盘子带有一定的放射性。

理论上来说这种盘子的放射性并不是太有危害,如果不用它吃饭的话。但是少年似乎没有和老师谈妥,很明显他吓坏了在场的某个老师,后来我们知道的就是整个学校都疏散了...

少年应该非常后悔。

3:

日本一个少年在河边捡到写着“核燃料”标签的一个小管子带回了家,回到家他爸不小心看到之后吓了一跳,喊了警察叔叔来,后来发现少年捡到的是一套关于能源的教学模型中的一个,该模型一套还有煤之类的,并不含真材实料...

4:

少年试图自行制造增殖反应堆未成功被警察叔叔连人带反应堆被一起抓走了。(大卫海恩)

5:

少年少女在学校试图造聚变反应堆导致科学社团被解散

6:

很久很久以前,有抗议人士用rpg(没错就是那个rpg)对着法国正在建的超凤凰反应堆打了几发榴弹,反应堆表示只是皮外伤,之后顺利投入运行,不过后来主要因为公众的反对,超凤凰还是无疾而终了。

7:

国内的事:邻居A玩x射线探伤机,邻居B是射线相关职业从业者,一个晚上把公司的辐射计借回家玩玩,大半夜突然报警把邻居B吓一跳,喊警察叔叔来看看,没找到原因,怀疑误报。又过了几天,机器又报警了,再喊警察叔叔来,将目标锁定为他的邻居,最后在邻居家发现一台x射线探伤机...

8:

MIT公开课上听的,一个MIT的学生得到了在MIT反应堆的工作,负责搬运一些稍微带点放射性的东西,有一天学生就直接抱起来抗在胸口前了。查个人剂量仪时候发现问题了,于是这个学生这一年的其他工作就只剩下接打来MIT反应堆的电话了...

详见MIT公开课,b站搜索“MIT 公开课 核能”就能看到,那个教授讲的非常有意思,推荐一听。

9:

之前别的答主提过,前几年加拿大的pickering核电站在例行演习时候不小心给方圆10km的人的手机发了警报消息,说有泄露发生建议赶紧跑,后来发现是演习失误(有人按错按钮了?)其实核电站一点事都没有,但是吓坏了好多人,我的同学在当地上学时候吓得从五楼直接溜下来了。

后来核电厂很快发了消息说是误报,但是我的同学也不想回去上课了....

10:

约五年前,美国first energy旗下的一个核电站反应堆外冷却水中发现金鱼两条(我没太看懂到底是哪里管道中发现的金鱼,不过肯定不是压水堆在运行期间存在的不然早烫死了)。金鱼捞出来之前活得很好,捞出来之后经过检验发现稍微带有放射性,养了两天后死了。公司怀疑是员工偷偷把金鱼放在袋子里揣口袋里带进了核电站。估计想开个玩笑但是这有点过分。

以上都是根据我印象写的,应该没有出错,在网上都能查到相关新闻,不过建议你要看的话找一下英文资料,毕竟是西方发生的事咱们这可能没啥报道。

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