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核的放射线有什么危害?

核的放射线有什么危害?
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    mabo2013

    提起核能放射线,一般人均对它产生一种恐惧感,尤其是某一些对放射线一知半解的“环保人士”。我想其中最主要的原因是由第二次世界大战时丢在日本广岛与长畸的两颗原子弹所产生的恐怖景像所引起因此使得人无不“谈核色变”。
    然而,大家并不了解,在世界能源几近枯竭的今天,我们若能将核能善加的利用,加上周密的防护措施,它不但可提供人类最清洁价贱的能源,并可以做为医疗,以及农业改良与科学研究极佳的工具。也许有人想到放射线对人体的伤害。的确,放射线对人有极大的危险性,它可破坏人体的组织,也会引起恶性肿瘤等。但在近年来,无论是在操作技术或防护设施均有极大的进步、核子反应炉中放射线外泄的机率已大为减少。即使有微量的辐射线外漏,其对环境所产生的影响亦不及一般石油,煤碳,天然气所造成污染的千分之一要知道,环境最主要的污染源乃是石油与煤炭径交通与工业利用后所排出的废气。至于放射线污染,若和工业的煤烟废气相比,只要我们对放射线的来源以及产生的原理有所认识,就知道它是微不足道了。不但如此,并可将它利用在我们生活之中。因此就在此将放射的真象给大家加以介绍。

    一、放射线的来源及构成:

    我们都知道,地球上一切的活动,以及生物生命的运转均需要一种力量,即所谓“能”(energy)。目前我们所使用的能可说是百分之九十九均直接或间接来自太阳,只有极少部份是近代人所发现的核能(nulear energy)。实在说,太阳所产生的能亦为一种“辐射”能,包括了光与热。我们利用这种太阳辐射能有两种方式,一种是直接的,包括:“热”可以维持四周环境的温度,使我们正常生活,其次,可使水份蒸发至大气,遇冷成雨,除供生活所需之水外,并产生位能供灌溉发电等。此外,“光”可以照亮四周的黑暗,使我们能以自由的活动。另一种方式则是间接的,植物的叶子,内含叶绿素,这种叶绿素吸收太阳的辐射能,将水和CO2变成葡萄糖而将能量储存起来。这种储存的能在生物体内(包括动物和植物)经呼吸作用将糖分解而将能释放以供生物体内一切活动所用。未用完的能则以其他方式储存在体内,包括脂油等。动物无法行光合作用,只能以植物为食物,间接的利用太阳辐射能。至于今日一切工业、交通等所使用的燃料(石油与煤碳)均为上古时动物(石油)与植物(煤碳)的遗体,它也是来自太阳的辐射能。因此可知,地球上若没有太阳提供的辐射能源,则一切的活动立刻停止。

    虽然我们了解到,世界上所使用的能源均是直接或间接来自太阳。但是在廿世纪初,伟大的科学家爱因斯坦却有一重要的发现。此发现是说,一切的物质中,其本身内部就蕴藏着大量的能。因此构成物质的原子,若将其内部能量释放,其数值实非我们所能想像。而且他认为物质就是能量所构成,同时质能可以互换。并利一公式来表示质能之间的关系,即:
    E=MC2
    E:energy,M:质量,C:光速
    当一原子被撞击而产生分裂,除产生大量的能量外,并产生某一些放射线。亦即我们所谓的“核能”。

    二、放射线的发现:

    提到放射线的发现,应回溯到十九世纪的末期,那时科学家对电已经有相当的认识。在德国有一位电磁学家名叫栾琴(Rontgen)。在一次实验中,偶而使用阴极射线撞击-金属靶,结果产生了一种电磁波。这种电磁波并能穿过他的手,将手内的骨骼影像显示在萤光板上,而且能使软片感光洗成照片。于是他称这种电磁波称为X-ray(X-光)。不久,这种X-光就被利用在医疗上。在以后的几年,随着物理学与化学的进步,科学家对放射线有了更深的了解。并发现,许多原子量很重的元素,他们的同位素亦有X-光的产生。所谓同位素(isotope)就是在周期表同一位置的元素,但它们原子量却不相同。例如U235与U238,其原子量不同,但均为铀。能放出放射线的同位素称为放射线同位素(rudioisotope)。

    1898年,波兰的居礼夫妇第一次由人工制造出一放射线同位素,称为镭(radium)。这种镭为放射性元素,它可放出三种射线,包括α射线、β射线,与γ射线。后来发现这三种射线对人的生理与遗传两方面均有伤害,但三者的性质完全不同。

    一直到廿世纪初,大科学家爱因斯坦提出了质能互换的观念,使原子科学了解到,若能将原子量较重的放射性同位素,如U235,以某一质点(包括中子与质子)撞击,则会使该原子分裂,释放出更多的中子与质子。同时释放出的中子与质子更会撞击其他的U235原子,因而产生一种所谓连锁反应(chain reaction),而且极其快速。瞬息间可释放出巨大的能量,包括高热。在同时,也会放射出大量的离子化放射线即兡α,β,与γ等射线,有些放射线穿过人身会造成很大的伤害。根据此项理论,在第二次世界大战结束前,美国人制造出我们耳熟能详的原子弹。杀伤力实非我们所能想像。由此也证实了爱因斯坦的学说。也由此造成人类对原子能的恐惧。虽然如此,但近半世纪来,由于科学不断的进步,目前已能设法把快速的原子连锁反应加以控制,使能量缓慢的释放,以供人类使用。诸如船舰的动力、发电等,这就是我们所谓的“核能”。

    三、放射线的种类

    根据放射线的形体来说,它可分为两种:一种是带质量的质点(partical),这种放射线有下列数种:

    α射线,α射线是由二个带有正电的质子(proton)与两个不带电的中子(neutron)所构成,因此较重,放射的速度亦较慢,穿透力不强,但它仍携带着能量。
    β射线,这种射线是一种带负电的电子(electron)。电子的重量远较质子与中子为轻,因此它的速度较快,穿透力亦强。
    中子,当放射线同位素核分裂时,在同一时间会放出不同质点,中子也是其一。中子的质量与质子相似。一般可分为慢中子(slow neutron),〔又称为热中子(thermal neutron)〕,与快中子(fast neutron)。中子射出的速度和α射线相似,但也携带有很大的能量。
    四、放射线对物质的作用

    前面已提到,放射线是一种带有速度的质点或光波。当它以某种速度向前进行时,很容易会碰物质。当它碰到物质时可产生两种作用。一种是直接的;另一种则是间接的。

    首先来看它的直接作用。在了解直接作用前,首先我们必须先知道,物质中原子的结构。也许我们都有印象,原子是由原子核及轨道电子所构成,原子核乃是原子的主要部份。但我们若想进一步对原子有所了解,我们可知道一个原子实际的体积比想像中小得多。原子核的直径仅有整个原子直径的1/10000。其外部的电子体积更是微小。原子核所占的空间只是整个原子的10-12倍。其他部位均是空白。因此可知道,我们所见到的东西实际上95%以上都是空的,真所谓“万物皆空”。

    由以上所知,当一放射质点或电磁波打到物质时,能直接碰撞到原子核的机会并不太大。只有体积较大的中子与质子机会稍大些,但质子带有正电,而会遭到核内的质子排斥。因此只有中子比较能靠近原子核,而使该原子变为另一种同位素。

    虽然如此,放射穿过原子时,仍带有许多能量而使轨道电子等产生振荡,电子从一轨道跳至另一轨道而产生额外的X光。有时也会造成原子核产生不安定现象导致核分裂。

    以上所提为放射线的直接作用。但放射线对物质最主要是在间接作用,尤其是有机物质。所谓间接作用是指放射质点或放射波照射到物质的分子或原子产生离子化作用(ionization)。亦即使物质产生带电现象。这种放射线又称为离子化放射线(ionizing radiation)。

    在所有物质中,最容易被离子化的物质就是水,同时它也是地球上最多的一种物质。例如,在水生生物中,身体内96%均为水;在人体,水的含量亦达70-80%。所以就以水来说明放射线的离子化作用。

    水在一般通电的状态下会产生H+与OH-两种离子:H2O→H++OH-
    当带负电的质点,β射线或电子e-碰到水分子:H++e-→H0

    亦即H+吸收一个电子而变为不带电状态“H0”。这种“H0”称为自由基(free radical)。它的作用力非常强,可使许多有机物改变它们的结构。有时H2O+或H2O-等形式。他们作用力亦很强。其他尚有H2H2,HO20。等多种变化,均为很强的氧化剂。例如碰到金属就起氧化作用:
    F+++OH0→Fe+++++OH-
    又如遇到有机物,经氧化后改变它们的结构:
    RH+OH0→R0+H2O 或 RNH2+H2O0→RONH2+OH0
    R=有机根
    由这些反应就会伤害到生物体内的有机组织。

    除此之外,放射线也会影响到生物的遗传物质。大家都知道,遗传物质是由四种不同含氮化合物A,T,G,C构成成的一种长分子,DNA,由这四种化合物在DNA分子上以不同方式的重复排列就成为不同的遗传基因。此分子很容易遭外力切断,但切断后有时它又会重新黏合。在这种情形下,DNA分子很容易被放射线切断。进而改变生物的遗传性状。因此经放射线照射动物或植物后代均会出现许多极不正常的性状,有时也会生下一些畸型儿。

    五、放射线的主要用途

    放射线对人体与环境的确会造成很大的伤害,但是若能做好防护措施,它的用途非常大。因为它蕴藏着极大的能量,现将几种重要的用途加以说明。

    发电:当放射元素在原子炉分裂行连锁反应时,就会产生大量的热能,此时就可利用其推动发电机来发电。根据前面所提原子内所蕴藏的能量可用E=MC2的公式计算,就以想像其能量的庞大。也许有人会想到它的危险性。但由于近年来科技的进步,其爆破与污染的防护已可达百分之百。同时,有关核废料亦拿来再利用。目前许多能源缺乏的国家均渐渐采用核子发电。
    科学研究上的利用,由于许多元素的放射性同位素,如磷的同位素P32,碳的同位素C14,以及氧的同位素H3均具具有放射线,所以在这些同位素的化合物均具有放射线。因此可利用它做一种化合物在化学反应时的标志(Label)。此外还可在一些化学反应过程中利用做一种追踪剂(tracer)。例如,碘是甲状腺里面的重要物质,若是我们想了解碘从食物输送至甲状腺的路径,以及錪在甲状腺上的分布,就可用碘的放射性同位素I131化合物NaI131落液掺在食物中,即“核子鸡尾酒”。几个小时后就可测知其吸收路线及在甲状腺上的分布。
    医疗,前面已提过X-光是疾病诊疗上一种最有用的工具。在目前检查诊断上已经不可缺少。除了疾病检查外,是癌细胞肿瘤的切除。所谓癌症就是身体上的细胞不受控制,持续不断的分裂。目前治疗的方法,就是先用手术将癌症肿瘤切除,接着就用放射线或化学药品将残余的细胞杀除干净。
    除以上两种医疗方法外,放射线还可利用来治疗脑瘤。一般脑瘤因部位的关系很难用手术来切除。后发现当身体吸收硼元素明,硼不会进入正常细胞,而会溶入脑瘤中。因此若将硼元素以原子炉的慢中子照射,硼就会吸收一中子而成放射性B10,能放出α射线,当B10渗入脑瘤中就可将脑瘤杀灭。
    农业方面的用途,放射线在农业上的用途主要是用来改良品种,因为放射线会使遗传基因产生突变,也会使细胞染色体遭到破坏。
    这两种东西均支配了生物的后代性状。因此将种子或芽条以放射处理若产生优良性状就可加以利用,例如在德国育种家就利用它育出不会倒的小麦及大麦,非常便以收割。
    此外,还可以利用它除灭害虫。例如他们将果园害虫果蝇用放射线照射,使雄蝇精子失效,把这种蝇放入果园,交配后的雌蝇均不能生育,因而果蝇绝种。又如有些水果与种子长途运输容易腐烂或发芽,此时将它们以放射线照射,就可将病菌或芽杀死,便以保存。另外还有很多农业上的用途,在此不及细述。

    除以上用途外,放射线在工业上也有许多用途,例如,有时将金属或玻璃以放射线照射,可使金属变得坚硬,玻璃不会摔破。由此可知放射线是一种非常有用的东西,也绝不是我们想像中那么可怕。
    远离啊

    10-04-09 | 添加评论 | 打赏

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