内照射和放射性矿物

能量海 2022-05-08 内照射和放射性矿物 谈一谈放射性 能量海资料
  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 γ 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 α 和 β 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收,导致特异的生物学效应,引起细胞损伤和癌变。事实上,在体内造成最大伤害的是 α 射线,因其电离作用最强。由于放射性核素只有全部从体内排出或全部衰变完后,对机体的照射作用才停止,其有效累积剂量可能大于 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。

  贫铀的主要成分是提炼铀-235 后剩下的铀-238,铀-238 的放射性较低,释放 γ 射线的能力较弱,所以不像铀-235 那样危险。但铀-238 释放 α 射线的能力很强,只比铀-235 稍弱。只是 α 射线的穿透力是最差的,在空气中只能前进几厘米,不能穿透人的皮肤,所以如果是外照射,铀-238 的危害不大。一般情况下,用普通的橡皮手套就可以完全杜绝铀-238 的辐射危害。特殊情况下,短时间用手拿起铀-238 也不会造成严重后果。当然,如果长时间直接接触铀-238,也会损伤人的皮肤。

  铀是自然界比重最大的物质,所以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方法。但是贫铀弹在被使用后,其严重危害性就会全部暴露出来。穿甲弹的贫铀弹芯在击中目标后的高温中会剧烈燃烧,同时产生大量烟雾和粉尘,随空气流动而四处飘散,通过呼吸道进入人体内,或者沾染到泥土、水源和植物上。我们知道,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造成较大危害。但是如果这些粉尘进入人体就是完全另外一种情况了。铀-238 微粒可以直接作用于脆弱的内脏器官,α 射线会近距离地给细胞造成严重危害,导致癌症和其他症状。由于贫铀粉尘都是从消化道和呼吸道侵入,所以这些部位的器官最容易产生病变,比如鼻癌、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。

  最新调查表明,伊拉克战后的的癌症死亡率是战前的十倍。其中受害最重的是儿童,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”在一定程度上是由使用贫铀弹引起的。主要表现为体质下降,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,尤其是 α 射线内照射。放射性物质的体外接触并不可怕,但要严格防范产生内照射的各种隐患:

  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,造成内照射。所以放射性物质(包括矿物标本)必须存放在通风良好的环境中。

  任何放射性物质的散落,必须处理干净:未被预警的人们可能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。

  放射性矿物
  天然的放射性矿物其实放射性不是很强,这是因为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 11.2 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,一个单位的 锝99m 每秒释放的射线是氚的 16,000 倍,钚的 7,000,000 倍(当然 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,是因为钚的最稳定同位素 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,所以无法成矿。

  在自然界,只有四种主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-235(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,钾元素不被认为是放射性元素。

  这就意味着放射性矿物不是含铀就是含钍。很多稀土矿由于含有痕量的铀或钍(某些稀土元素是铀衰变的产物),也具有少量的放射性。另外,铀和钍的衰变链中会产生很多短寿命的其它放射性核素(当然放射性也更强),不过这些放射性核素只以痕量存在,而且较短的半衰期使得它们也都无法聚集成矿。

  还有两种相对常见的放射性核素:镭-226 和 氡-222,它们都是铀衰变的产物。氡被认为是最危险的放射性物质之一,因为它是气体,很容易被吸入肺部造成内照射。幸运的是,氡只有 4 天的半衰期,这样在建筑建造的过程中,天然的氡可以很快衰变为稳定元素,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应仍然源源不断的提供着新的 碳-14。由于它是碳元素,它会很快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(大部分贡献来自于钾-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的多种粒子:β 射线(高能电子)、γ 射线(高能光子)、中子及 α 粒子(高能氦核),它们的穿透力也各不相同。铀和钍的放射性主要是 α 射线,在空气中只能前进几厘米,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。α 放射源的危险主要来自于吸入其粉尘(或其衰变产生的放射性氡气)。