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电磁辐射和核辐射一样?浅析电磁辐射VS核辐射的相同不同
发布日期:2017-9-5 11:01:12  来源:本站  编辑:中环物研

9月3日11时30分,朝鲜进行核试验。环境保护部(国家核安全局)于11时46分启动朝核辐射环境相关应急预案,进入二级应急响应状态,第一时间已在东北边境组织开展辐射应急监测。


对我们大众而言,核辐射闻者害怕,电磁辐射似乎“没什么可担心的”。下面我们简要分析下电磁辐射与核辐射的物理过程,分析下离我们“比较远”的核辐射,和时时刻刻在我们身边的电磁辐射。


简单的说,电磁辐射就是一种电磁波,而光就是一种电磁波,只是频率各不相同;而核辐射的物理过程主要也就是通过电磁相互作用来进行的。

这里先介绍下宇宙中存在的四大基本作用力:1、万有引力,2、电磁力,3、强力,4、弱力。而我们任何一种相互作用都是这四种力(之一)的表现。比如说,重力就是引力的表现,物体从高处往下掉落也是引力的表现。而我们能看见东西,就是电磁力的表现——有光(光子)进入我们的眼睛;至于强力和弱力作用距离太多,只在10-15米的距离内才有,所以我们生活中能感受到的只有引力和电磁力。由于引力与这里要讲的内容无关,这里只介绍电磁力。

  一.电磁辐射

电磁辐射也就是电磁波的辐射,而我们生活中的电磁波有很多,太阳光就是最常见的一种电磁波,还有各种无线电波,X射线,伽马射线(γ),只是它们的频率不一样。这些不同频率的电磁波都是由光子组成的,而不同频率的光子具有不同的能量E=E是光子具有的能量,h是普朗克常数,ν是电磁波的频率。而真空中光子速度都是一样的,一秒钟跑30万公里】。下面是一些常听说的电磁波,按波长由长到短(能量由小到大)的顺序:

长波(波长3千米,电报通讯)、中波(3-200米,无线电波)、中短波(200-50米,电报通讯、无线电广播)、短波(50-10米,电报通讯、无线电广播)、超短波(10-1米,无线电广播、电视、导航)、微波(1-0.001米,电视、雷达、导航)、红外线(0.75-1000微米)、可见光(0.35-0.76微米)、紫外线(10-400纳米)、X射线(0.1-1埃)、伽马射线(<0.2埃)。注:1微米=10-6米,1纳米=10-9米,1=10-10米。波长越长,能量越低,传播时越容易发生衍射而绕过障碍物。

电磁场(电磁辐射)是由运动的电荷(电流、磁体)所激发的(产生)。我们生活的世界到处充满着电磁场,而这些电磁场主要来自于各种电器:通电时的电线、电视、手机、电灯等等,我们人体也无时无刻不在向外发出热辐射——只要有温度的物体都会发出辐射。可以说我们无时无处不在接受电磁辐射。而接受过多或过强的电磁辐射对人体是有害的

前面已经介绍了电磁场(电磁辐射)都是由运动的电荷所激发的。每一个通电的电器都是一个场源(辐射源),每种电器产生的电磁场会相互影响并叠加在一起形成一种比较稳定的分布。一般电磁辐射都是呈发散性质的,离辐射源越近,辐射强度越大。只要没有障碍物,电磁场(电磁辐射,如光)就会沿直线一直传播,如果遇到障碍物(不带电哦),有一部分会被反射回来,一部分会透射过去,或者发射衍射绕过去,还有一部分会被障碍物吸收。所以有两种方法防辐射,一种是屏蔽辐射源,不让电磁波辐射出去;另一种就是劲量减少辐射到自己身上的电磁波,比如,远离辐射源,通风透气,让电磁波辐射出去而不是反射回来或者在自己与辐射源之间设置一个障碍物,把电磁波反射回去。

这里以我们熟悉的光来说明:假设有个可以调节明暗的电灯泡,它发出的光是成球形朝各个方向传播开的。离灯泡越近的地方越亮、越刺眼(电磁辐射越强)。为了减少照射到自己身上的光线,一种方法是我们可以离灯泡远点,另一种就是把灯泡遮住,或者用个不透明的东西挡一下。我们不可能去改变光的传播方向(当然你可以加一个强磁场来改变光的传播方向,或者放个物体让光发生反射、折射、衍射等),更不可能有什么物体能把本来要照射到我们身上的光线吸过去。至于其他电磁波,要么波长很长,容易发生衍射而绕过障碍物继续传播,比如用于电报通讯的长波;要么就是波长很短,能量很高,穿透性很好,比如X射线,伽马射线。

清楚了这些,我们就可以来驳斥江湖中传闻的所谓能吸收电磁辐射的仙人球和类似功能的产品。仙人球就是一种植物,或许它能很好吸收照射到其身上的光线(电磁波),但绝不可能影响照射到其他方向的电磁波,除非它本身带电并向外辐射电磁波——但这也只能增加照射到我们身上的电磁波。就像放在我们旁边的仙人球并不可以减少照射到我们身上的光线,除非把仙人球放在我们和灯泡之间;假设仙人球也会发光,那这时你还能指望它来吸收并减少照射到我们身上的光线么?至于那些所谓能帮我们吸收辐射的产品则跟仙人球一样,顶个球用,唯一的功能就是吸你的钱。

  【电磁辐射的防护

  减少辐射源,比如关掉不必要的电器,劲量减少电器的使用,不要紧闭门窗阻碍电磁波;远离辐射源。必要的话可以用金属丝做成的穿防辐射服,必须前后都有,只有一面应该没用。

  二.核辐射

产生核辐射的方式有两种,一种是天然的,如放射性物质衰变放出射线;一种是人工辐射,如核裂变产生的辐射,X射线等。

先介绍衰变产生的辐射。衰变指的是从一种原子衰变成另一种原子,这过程中伴随着各种辐射。而半衰期是描述物质衰变的物理量,指的是一种物质A衰变到只剩下一半时所需要的时间。如铀235的半衰期是7亿年,铀238的是45亿年,钚2392.41万年,镭2261622年,氡为3.82天,氪921.84秒,钡14118.27分,碘1318天,铯1342.05年,铯135200万年,铯13730.17年,锶9028.78年。而碘、铯、锶都是核反应后的残留物。反射性物质的半衰期是其固有的物理属性,改变不了的。

至于核反应堆里面的核裂变,其过程为,一个快中子轰击铀235,形成不稳定的铀236,然后裂变成氪、钡、3个中子和伽马射线(能量),即n+U235→U236→Kr92+Ba141+3n+γ。核反应主要的残留物有碘、铯和锶。所以可爆炸产生的核尘埃里面的放射性物质主要就是这几种,可能还有铀,钚等。从前面的半衰期可以看出,铀的半衰期非常长,也就是比较稳定,几乎没有放射性,而钚的半衰期要短,有比较轻微的辐射性。相对来说碘、铯、锶的半衰期就很短,也就很不稳定了,辐射性要强很多。

核辐射主要通过三种射线来进行:1、阿尔法射线(α,即氦原子核)2、贝塔射线(β,即高速电子)3、伽马射线(γ,即高能光子),当然还有不常见的中子(n)。这几种射线粒子发生作用的物理过程就是与人体内的某个原子(原子外层的电子)发生碰撞,改变了该原子的结构,从而改变由该原子构成的分子结构,并最终破坏了我们的细胞,而且在碰撞后可以放出很大的热量。打个不太准确的类比,想象一下一个高速运动(光速或接近光速)的小球撞到一个静止的小球上,结果会是什么?要么小球被弹开了(电子脱离原子),要么被砸的粉碎(核裂变)。

辐射可分为两种,内照辐射与外照辐射。α射线的穿透性很差,一张纸就能把它给挡住,只有进入体内才会产生伤害,属于内照辐射;β射线穿透性稍微好点,但厚一点的物体就能挡住,既可以内照辐射也可以外照辐射;γ射线穿透性非常好,比X射线还强,所以一般的物体是挡不住γ辐射。

  【怎么防核辐射

根据各种射线的特点,防治方法也不一样。对α射线和β射线,我们应该避免辐射源进入体内,或者粘在皮肤上。所以如果发生核泄漏,我们应该竟可能的远离辐射源,减少外出,并关好门窗,不要让核尘埃进入房子,如果要外出,一定要戴口罩,并全身包裹好。在医生的指导下吃碘片,以减少对放射性碘131的吸收。这是因为人体对碘的吸收有一定的浓度,当饱和后就不会再吸收碘了,所以发生核泄漏后可以在医生的指导下提前含服碘片。至于网上流传的喝碘酒、吃海带和碘盐这并不可取,首先碘酒具有腐蚀性,而海带和碘盐的碘含量过低,根本起不到保护作用。

  α射线防护(戴口罩)

  由于α粒子穿透能力最弱,一张白纸就能把它挡住,因此,对于α射线应注意内照射,其进入体内的主要途径是呼吸和进食时,其防护方法主要是:

  (1 防止吸入被污染的空气和食入被污染的食物;

  (2 防止伤口被污染。 

  β粒子防护

  β粒子、其穿透能力比α射线强,比γ射线弱,因此,β射线是比较容易阻挡的,用一般的金属就可以阻挡。但是,β射线容易被表层组织吸收,引起组织表层的辐射损伤。因此其防护就复杂的多;

  (1)避免直接接触被污染的物品;以防皮肤表面的污染和辐射危害;

  (2)防止吸入被污染的空气和食入被污染的食物;

  (3)防止伤口被污染;

  (4)必要时应采用屏蔽措施。

  γ粒子和中子防护

  γ射线穿透力强,可以造成外照射,其防护的方法主要有以下三种:

  (a)尽可能减少受照射的时间;

  (b)增大与辐射源间的距离,因为受照剂量与离开源的距离的平方成反比;

  (c)采取屏蔽措施。在人与辐射源之间加一层足够厚的屏蔽物,可以降低外照射剂量。屏蔽的主要材料有铅、钢筋混凝土、水等,我们住的楼房对外部照射来说是很好的屏蔽体。

  【核污染与传播

核污染是指放射性物质进入本来没有辐射的地方和物体而引起的污染。比如核爆炸产生的具有辐射性质的核尘埃四处散落。核污染的传播方式主要有三种。第一种是通过气流传播,爆炸产生的核尘埃或粘有放射性物质的灰尘随风(云)飘到世界各地,并随着雨雪降落到地面上;第二种是渗透到地下,随着地下水传播扩散,然后进入到人体内;第三种是通过食物链传播,首先被植物吸收,然后进入动物或人体内,随着人的迁徙有传播到其他地方。

辐射剂量单位常用辐射单位 

物理量  老单位 新单位 换算关系
活度 居里(Ci) 贝可[勒尔] Bq)  1Ci3.7×1010Bq =3.7×1010次衰变/
照射量  伦琴(R) 库仑/千克(C/kg) 1R2.58×10-4C/kg
吸收剂量 拉德(rad)   戈[瑞](Gy) 1Gy100rad=1J/kg
剂量当量 雷姆(rem) 希[沃特](Sv)   1Sv100rem=1J/kg

  吸收剂量(Sv)即单位质量的物质吸收射线的能量。

人体可接受辐射量为每小时500μSv=0.5mSv。人体每年可承受的最大核辐射量大约为2.4 mSv。对日常工作中不接触辐射性工作的人来说,每年正常的天然辐射为10002000微西弗。其中,来自空气中氡的剂量就为1.16个毫西弗,接近人均接受剂量的一半。氡气主要来自土壤及各种建筑材料。室内氡暴露导致的肺癌仅次于吸烟,是诱发肺癌的第二位重要因素。我们坐10小时飞机,相当于接受30微西弗辐射。从事与放射相关工作的工人,一年受到的最高辐射量为50000微西弗=50mSv20mSv?】。

当短时辐射量低于100毫西弗时,对人体没有危害。如果这个数字超过100,就会对人体造成危害。100500毫西弗时,没有疾病感觉,但血液中白细胞数在减少;10002000毫西弗时,辐射会导致轻微的射线疾病,如疲劳、呕吐、食欲减退、暂时性脱发、红细胞减少等;20004000毫西弗时,人的骨髓和骨密度遭到破坏,红细胞和白细胞数量极度减少,有内出血、呕吐等症状;大于4000毫西弗时将直接导致人死亡。

在福岛第一核电站的核泄漏事件中,据东京电力公司测定,当地时间14220分,福岛第一核电站区域内的放射线剂量为每小时751微西弗。而以每小时500微西弗的通报标准为例,这相当于坐一小时飞机所受辐射的100倍。

  人类的放射性活动

人类的很多活动都离不开放射性。例如,人们摄入的空气、食物、水中的辐射照射剂量约为0.25毫希/年。带夜光表每年有0.02毫希;乘飞机旅行2000公里约0.01毫希;每天抽20支烟,每年有0.5-1毫希;一次X光检查0.1毫希等等。

  天然辐射

天然辐射主要有三种来源:宇宙射线、陆地辐射源和体内放射性物质。据有关资料统计,天然辐射造成的公众平均年剂量值如下表所列。

照射成分 年有效剂量(毫希)【正常本底地区,照射量升高的地区】

宇宙射线[0.38, 2.0];宇生放射性核素[0.01, 0.01];陆地辐射:外照射[0.46, 4.3],内照射(氡除外)[0.23, 0.6],氡及其衰变物的内照射:吸入222Rn [1.2, 10],吸入220Rn [0.07, 0.1],食入222Rn [0.005, 0.1]

  人工辐射

  人工辐射源包括放射性诊断和放射性治疗辐射源、放射性药物、放射性废物、核武器爆炸的落下灰尘以及核反应堆和加速器产生的照射等。

年剂量值如下所列:辐射源 剂量(毫希/年)

放射诊断 0.22,放射治疗 0.03,医用同位素 0.002,放射性废物 0.002,核爆炸落下尘 0.01职业照射 0.009,其他辐射源 0.012,核电站周围 0.0010.02

关键词:电磁辐射,核辐射

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