居里夫人用過(guò)的筆記本仍具放射性并將持續(xù)千年 與放射性核素的半衰期相關(guān)
- 科技日?qǐng)?bào)
- 2020-11-20 16:59:22
害死居里夫人的元兇 至今仍“活”在其筆記本上
早在一百多年前,有一位科學(xué)家?guī)缀鯇⒆约旱囊簧挤瞰I(xiàn)給化學(xué)元素提取工作,她就是居里夫人(瑪麗·居里)。
11月8日,諾貝爾獎(jiǎng)官方推特公布了居里夫人使用過(guò)的筆記本。
諾貝爾獎(jiǎng)方面稱(chēng),居里夫人于1934年7月4日死于再生障礙性貧血,這是她多年來(lái)在工作中受到輻射的結(jié)果。即使在今天,她的一些書(shū)籍和論文仍具有強(qiáng)烈放射性,必須放在鉛盒中保存。本次諾貝爾獎(jiǎng)方面所展示的這個(gè)筆記本,其所具有的放射性還將持續(xù)1500年。
“從科學(xué)角度來(lái)講,筆記本仍具放射性,這很正常。”中國(guó)原子能科學(xué)研究院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)原子能院)放射化學(xué)研究所所長(zhǎng)鄭衛(wèi)芳在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示。
放射性持久度由核素半衰期決定
1896年,法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)元素鈾會(huì)自發(fā)地發(fā)出一種類(lèi)似X射線的有穿透力的射線。之后,居里夫人發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象不僅僅是鈾的特性,而是某些元素的共同特性,她把這種特性稱(chēng)為放射性,把有這種性質(zhì)的元素叫做放射性核素。經(jīng)過(guò)幾年的努力,她找到了另外的放射性核素——釙(Po)和鐳(Ra),并因此成為世界首位兩獲諾貝爾獎(jiǎng)的人。
鄭衛(wèi)芳告訴記者,居里夫人所用過(guò)的筆記本仍具放射性,并將持續(xù)千年,這與放射性核素的半衰期直接相關(guān)。
在物理學(xué)上,放射性核素的半衰期是指一個(gè)樣本內(nèi),其放射性原子衰變至原來(lái)數(shù)量的一半所需的時(shí)間。放射性核素的半衰期長(zhǎng)短差別很大,短的遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一秒,長(zhǎng)的可達(dá)數(shù)十萬(wàn)年。半衰期越短,代表其原子越不穩(wěn)定,每顆原子發(fā)生衰變的幾率也越高。
釙元素的原子序數(shù)是84,是一種呈銀白色的金屬。根據(jù)研究,這種元素在地球上十分稀有,但卻有劇毒,它的半衰期是138天,如果居里夫人筆記本上沾染的是釙元素,如今其輻射基本可以忽略不計(jì)。
如果是鐳元素,情況就大不一樣了。鐳元素的原子序數(shù)為88,是一種具有很強(qiáng)放射性的元素。在鐳的同位素家族中,最穩(wěn)定的同位素為鐳-226,半衰期約為1600年。這也意味著,經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期,也就是經(jīng)過(guò)1600年,其放射性強(qiáng)度才會(huì)降為初始值的1/2。
那么,居里夫人筆記本上的放射性核素能否去除?鄭衛(wèi)芳告訴記者,可以用去污劑擦拭,但這只能將放射性核素轉(zhuǎn)移,并不能將其消滅。要消滅放射性核素,或者縮短放射性核素的半衰期,除了其原子核的自發(fā)衰變外,還可以借助核反應(yīng)(專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)叫嬗變),將半衰期上千年甚至萬(wàn)年的長(zhǎng)壽命核素嬗變成半衰期更短的核素。人工核嬗變可以利用核反應(yīng)堆、粒子加速器等裝置實(shí)現(xiàn)。
放射性核素的處理多在熱室進(jìn)行
放射性核素究竟有什么用途呢?以鐳為例,它在衰變的過(guò)程中會(huì)釋放出α射線和γ射線,同時(shí)產(chǎn)生一種名為氡的放射性氣體。α射線和γ射線對(duì)細(xì)菌、細(xì)胞具有殺傷作用,所以在臨床醫(yī)學(xué)上被用來(lái)治療癌癥。此外,在探測(cè)石油資源的過(guò)程中,技術(shù)人員使用鐳鈹混合劑來(lái)作為中子放射源。
另外,人們聽(tīng)到最多的放射性核素可能是鈾和钚,這兩種物質(zhì)是制造核武器的原料。它們通過(guò)核裂變反應(yīng)釋放出大量的能量,同時(shí)也釋放出高強(qiáng)度的輻射,投于長(zhǎng)崎市的原子彈,就使用了钚制作內(nèi)核部分。
隨著認(rèn)識(shí)的深入,人類(lèi)對(duì)放射性核素的防范意識(shí)也不斷提升,并慢慢建立起相應(yīng)的防護(hù)體系?,F(xiàn)在對(duì)強(qiáng)放射性核素的處理都是在防范措施到位的熱室進(jìn)行。熱室是將放射性核素封閉包裹的特殊設(shè)施,可防止射線穿透或泄漏出來(lái)對(duì)人造成傷害。
2015年,我國(guó)首座動(dòng)力堆燃料后處理研發(fā)設(shè)施熱室正式啟用,其墻體厚達(dá)1.1米,安裝了7層厚的鉛玻璃窺視窗。之所以選擇鉛玻璃,因?yàn)殂U能屏蔽射線。此外,操作必須在密閉、負(fù)壓同時(shí)保持通風(fēng)的環(huán)境下進(jìn)行。
與傳統(tǒng)煙囪不同,熱室的煙囪并不冒煙,因?yàn)楹朔磻?yīng)不像普通燃燒那樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),而是依靠原子質(zhì)量虧損釋放能量,因此不會(huì)排放二氧化碳,二氧化硫及氮氧化物。經(jīng)過(guò)多重過(guò)濾,熱室內(nèi)的排風(fēng)系統(tǒng)會(huì)吸附熱室空氣中的放射性核素,在達(dá)到嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)后,氣體才被允許通過(guò)煙囪排放出去。
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