什么是辐射?

提到辐射第一印象我们难免感到危险,唯恐避之不及。其实辐射是地球乃至宇宙间再平常不过的现象,无时无刻都在发生,且所有物质只要温度在绝对零度以上(-273.15摄氏度),都能向外以电磁波和粒子的形式不停歇的释放能量(热量)。

场源的电磁能脱离原场源且不再返回的过程,该过程便称为辐射。电磁能与电子的运动不无关系。我们一般根据能量高低电离物质的能力将其分为电离辐射非电离辐射。

我们都知道辐射对身体造成的危害(你身边无时无刻都在发生现象)(1)

不同辐射的波长与频率

说到电子的运动我们第一时间想到的便是电流了,从名字上来说顾名思义即流动的电荷,可以理解为水流一般,而电子便是那水分子。该运动会产生电与磁场,它们携带着能量在空间中传播,该现象也就是我们所说的电磁辐射。

辐射的种类以及常见的辐射现象

辐射的含义仅仅为“向外释放”而已,毕竟所有在绝对零度以上的物质都在向外释放辐射,而自然产生的辐射大多对我们是无害的,就如和煦的阳光。

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辐射拥有不同的电磁波频段,就如波的频率一般,显示出不同类型的辐射。如我们感受到的可见光、暖气等大多对我们是无害的即非电离辐射。不过有一些频率非常高的辐射如紫外线、X光、伽马射线等是能产生电离效应的辐射

电离辐射:

电离辐射对生物的影响是巨大的,辐射量按伦琴/小时计算,在太阳下微量的紫外线都能晒伤皮肤,如若吸收较多危险的电离辐射将会对人体造成不可逆的损伤。对该类辐射我们认识较多的有核辐射、放射性元素辐射、伽马射线爆(中子星爆)等。这其中发生在我们身边记忆最深刻的恐怕要数1986年的切尔诺贝利核电站事故了,我们将在下面的文字中详加叙述,而不同程度的辐射也会给人体带来不同程度的损伤,严重的几分钟内死亡。

非电离辐射:

就普遍来说我们接触到的绝大部分辐射都是波长较长的如可见光、红外线、微波、无线电波等。具体到物件上便是我们人类发明的手机、WIFI、各类家用电器、供电线等。由于该类辐射波频率并未达到撞开核外电子能量的阀值也不会对我们身体中的分子造成损害。不过还是有部分能刺激我们的肌肉等神经的。例如让你汗毛竖起颤抖甚至刺痛(痛觉)。

微波炉应用于千家万户为我们做饭带来了很大帮助,微波的频率恰好能使食物中的水分子来回剧烈运动以此加热食物。别看如若人体置身于微波中会受到很大伤害,那是因为其加热了身体中的水分子而已,算是间接伤害,并未直接破坏身体中细胞结构乃至DNA。

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②太阳与暖气释放红外线让我们的皮肤感到温暖并加热了所有物质的温度,让生命得以产生并拥有了活力。

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可见光辐射(0.4~0.7微米波段)由七色光组成,在让我们认识到大千世界形形色色的同时其也是植物光合作用所必须的太阳辐射。可以说没有可见光便没有氧气也没有地球上种类繁多的生物。

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无线电波的发现与应用使我们摆脱了物理层面的束缚,带来了极大的便利,人们的通信也由在一固定位置接打电话(有线电话)变为可移动设备通信(无线电波),使信息得到更加充分的交流。

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辐射的危害

现在让我们回到对人类有害的辐射,即电离辐射。兴许核弹诞生后1945年初次在广岛长崎的登场给我们留下了太深刻的印象,而随后在1986年的切尔诺贝利又一次的加深了这一印象,不仅仅是其爆炸威力,更是随之而来的放射性物质,存于土壤、水、空气中久久不得消散,持续爆发达数百甚至上千年。

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原子弹的后果自不必说,半径10KM内的物体基本直接消失气化,其余的依据地形与原子弹吨量不同有所差异,而后带来的放射性烟尘飘落,其中穿透力极强的γ射线甚至能穿透几厘米厚的铅板,更别说其他物体如水泥了。遇见这种情况最好是到不靠窗的房间内侧,封条遮住空气流通的缝隙,身上铺上厚厚的湿毛巾之内,当然如果你是在坚固的银行保险库内就更好了。

切尔诺贝利核电站事故:

而对于核电站事故就不得不提人类史上第一场7级核事故(第二次7级核事故是日本福岛核电站)了。在东欧大平原的苏联乌克兰(未解体前)普里皮亚市南部的切尔诺贝利核电站4号核反应堆堆芯融毁发生爆炸,单单就爆炸事件来说无关痛痒,严重的是其中巨量的核污染物质随着爆炸抛散开来蔓延到全世界。造成数万人死亡(随后最终统计数字为20多万)、33万人被迫离开家园,至少60万人收到核辐射。事故发生时最危险的时刻甚至一度将整个欧洲推向毁灭的边缘(堆芯熔融物渗入大量地下积水)。而事后的侦测中也表明乌克兰与白俄罗斯的癌症发病率明显高于正常水平。

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1、核电站原理:

浓度为3%的铀235裂变材料被制成柱状竖直存于堆芯中,其表面由中子慢化剂—石墨包裹着(促进核反应的物质)。我们都知道核裂变是由一定浓度的中子不断撞击形成的链式反应,当然我们吸收了中子也就能使这一反应停止。

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我们便用磞棒实现该过程,磞对中子吸收能力极强,当磞棒完全插入反应堆时铀棒产生的热中子便能被完全吸收(铀棒内残存的快中子没有经减速剂很快便被铀238吸收),链式反应停止。所以我们一般通过调整磞棒的插入数量与深度来控制核电站反应功率(石墨沸水堆)。

2、事故的发生:

事故发生之时,工厂正在做测试,大意就是测试在停电状态下核电站的自动维护能力(自动排出其中高温废水)。

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试验循环水棚断电下依靠自身惯性坚持到备用发电机启动

在以低功率运行状态下其裂变副产物氙135大量聚集,它能吸收中子阻碍核反应,由于功率过低为了提高功率并实施试验在未将氙135消耗的情况下拔出全部211根磞棒功率回升的较为缓慢(操作人员没有意识到氙135已经产生了10多个小时),最终达到2亿瓦。

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操作人员认为在拔出全部磞棒时功率也较低可控,于是决定在该功率下进行试验,进而断电冷却水泵。此时由于没有了循环冷却水的降温反应堆水开始沸腾产生气泡(水对中子有吸收作用,而气泡会大大降低该作用),与此同时反应堆中的碘135与其裂变产物氙135已经被消耗殆尽,也就是中子再没有其他物质可吸收。

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反应堆产生大量气泡

此时危险开始显现,核反应堆功率开始上升,功率的攀升本身也能产生更多中子,所以反应堆功率的增加由一开始的缓慢增加变为指数级的激增。而这时候操作人员见状当然是第一时间紧急插入磞棒阻止裂变反应的继续发生。

本来从原理上这是比较正确的操作方式,可谁也想不到正是这一行为带来了毁灭性的后果。由于先前急于提升功率将全部磞棒完全拔出反应堆,在设计之初由于为了节省核燃料—铀,磞棒的下端加装了很长的一段石墨。

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堆芯熔化变形磞棒不能插入(前端石墨棒插入)

我们先前说过石墨是为了促进核反应(这样便不需要较高浓度的铀)。所以磞棒插入的瞬间是石墨先起作用反应在瞬间激增到上百亿千瓦其中的水瞬间气化,强大的压力扭曲了反应堆让磞棒不能继续插入,反倒是促进反应的石墨棒被插入卡在反应堆中。此时功率已经十倍于正常功率达到330亿瓦,堆芯瞬间融毁坏,产生的蒸汽爆炸将反应堆顶盖(1400吨)掀飞,爆炸,各种放射性物质扩散开来。

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核电站反应堆爆炸

3、辐射的后果:

放射性粉尘大量排入空气中首先散落到我们人体皮肤的角质层,角质层吸收辐射能量产生分子动能使其从结构上瓦解进而皮下细胞暴露在外表现为红色,就如我们在烈日下被晒红一样。

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然后辐射中一些有质量的如α、β射线、中子流等高能粒子流由于有了较高动能后会冲击撞开我们原子中的电子使原子带正电也就是电离辐射,将我们体内的DNA、RNA等分子撞碎。

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辐射破坏DNA分子链

我们都知道人体的一切构造与生命活动都是DNA携带的遗传信息所表达的,信息损坏了一切也就乱了,当遗传DNA被破坏后我们的细胞很可能忘记了原来的计划转而变成无限繁殖,俗称的癌变,届时细胞将无限增殖也就是我们所说的癌症。根据吸收辐射量的不同严重的很快会内脏腐烂、皮肤脱落,人体的一切生命活动紊乱进而死亡。

而因为该类带有辐射属性的重元素半衰期极长(有的甚至达几百年),一部分飘散在空中随着大气环流散落到世界各处(所以切尔诺贝利附近30KM都被列为禁区),另一部分进入包括我们人类在内的生物体内(体内辐射)。而辐射物质一旦进入极难清除,长期对体内各器官造成损害。也就是在随后的几年内极大增加身患癌症的风险且不能达到正常人的寿命(一系列并发症)。这也正是切尔诺贝利事件中受到不同辐射人们的命运(PS:其实辐射物对生物的潜在影响巨大)。

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电离辐射物质会释放很多高能电磁波(不可见光),其中穿透力极强的X射线与伽马射线最为普遍,切尔诺贝利事故中也正是伽马射线对我们造成了严重伤害。那么日常生活中常常接触到的非电离辐射对我们有害么?

长期非电离辐射对我们有害么?

电离辐射自不用说,在非电离辐射中除了以上天然(自然产生的)无公害的辐射之外,历经工业革命的人类还为自己量身打造了众多新的辐射源也就是众多电气类产品、手机等。在如今的医疗报告中有不少人表示自己对各类电器产品与手机辐射十分敏感产生了诸如头疼、恶心、眼睛刺痛、皮肤反应、全身无力等症状,此外人们经常接电话侧大脑的脑瘤形成也被怀疑与无线电磁波有关。不过其中的因果关系有待更进一步研究(而且其中涉及经济利益较广与复杂)。

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众多不同频率的辐射中我们已经知道频率高的电离辐射(紫外线、X射线、γ射线等,α射线、β射线)能给我们的DNA带来急性损伤,不过对深入我们生活每天都能接受到“普通”的非电离辐射如无线电等会造成何种影响呢?是否会通过一种我们还未了解的方式渐进式长期的损害我们的健康?

就目前研究显示该类人群大多可能是受到反安慰剂效应的影响,也就是如果你关掉电脑而这时头疼刚好缓解便会将两者的因果联系到一起,并且能强化记忆。而该类意识能反作用强化自身的认知变得对你有害,他们需要进行有效的心理疏导来改变。

针对长期接触无线电波可能产生的危害与致癌可能性的调查持续了多年,由于样本的可参照(事后回溯,强行关联)与媒体的主观性(大新闻),该争论正反皆有无从定义。不过相关“权威”世界卫生组织官方已将无线电波定义为“可能致癌”。

可能致癌的意思是存在某些迹象表明其有致癌的可能,但我们无法明确的证明,需要进一步研究。在统计学上的联系也是弱相关且不可复现的,所以我们基本不用担心所使用的电脑、手机与各类电器产品。

结语

就像上文所说“辐射”仅仅代表着向外释放能量而已,一个物体只要有温度能量便无时无刻都在向外辐射,可以解释为能量释放交换。甚至从宏观上来说你吃东西也是一个能量交换的过程,微观上以能量辐射的形式释放吸收转换。在日常生活中我们基本不用担心周围所接触的合格电子产品,其辐射电离程度远不能伤害我们。

不过有时小生在想,所有物质所散发出的辐射都应是一种信息,毕竟能量不同的组合方式本身便是一种信息,是否能感知到便是其能否影响我们的关键,当然微观世界总能通过“涌现”作用于宏观通过另一种形式影响到我们。而很多感知是隐性的也就是说你并不知道你感知了,例如其对神经肌肉的刺激,毕竟神经细胞受外界干扰后反馈的电流信号是会传输给大脑的,所以我们还是需要适度远离长时间的电磁辐射(无论电离或非电离),为自己营造一个相对安静平稳的环境。

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