曼哈頓項目的三位一體試驗是第一次核武器爆炸。

相信很多人已經(jīng)聽說過香蕉具有放射性輻射，其實不僅是被人夸大的香蕉，甚至是所有植物都能檢測到微量的放射性，這種放射性并不是植物天然自帶的，其中一定發(fā)生了什么。所以我們今天就討論關(guān)于輻射的問題：

1. 輻射的類型
2. 什么是放射性?
3. 為什么有些元素會具有放射性?
4. 測量放射性
5. 天然同位素放射性的原因
6. 為什么植物自帶放射性？

?香蕉天生具有放射性。吃香蕉會讓我們暴露在大約0.1微西弗的輻射下。

輻射的類型:

• 電離輻射：任何足以使電子從原子中分離出來，從而使其電離的輻射。它可以由電荷粒子、電子或原子組成，它們以大約1%的光速運動。高能光波也是其中的一部分。這種輻射通常是放射性衰變的結(jié)果。它能對活組織、細胞和DNA造成損害。
• 非電離輻射：與電離輻射完全相反。包括微波、無線電波等。移動設(shè)備釋放的輻射屬于這一類。它有非放射性來源。這不會對生命造成任何大的損害。

在本文的其余部分中，“輻射”一詞將與“電離輻射”互換使用，其含義與“電離輻射”相同。

什么是放射性？

有些原子是穩(wěn)定的，有些則不是。那些不穩(wěn)定的試圖通過去除一些導(dǎo)致不穩(wěn)定的成分來達到穩(wěn)定。因此，一個不穩(wěn)定的原子會發(fā)出粒子或電磁輻射，然后衰變?yōu)橐粋€更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。根據(jù)輻射的種類，輻射可分為:

1. α射線：基本上是阿爾法粒子流(He++粒子)。它們是相對較大的粒子，能量不是很高。沒有穿透能力。
2. β射線-這些是電子流。
3. γ射線-這些是電磁波(像光一樣，能量很高，肉眼看不見)。

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穿透力的比較

為什么有些材料會有放射性？

原子是宇宙中所有物質(zhì)的基本組成部分。原子進一步由亞原子粒子組成:電子(-)、質(zhì)子(+)和中子(0)。質(zhì)子和中子構(gòu)成一個叫做原子核的中心致密結(jié)構(gòu)。電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)。

氦原子結(jié)構(gòu)和信息

原子中粒子間的作用力有助于系統(tǒng)的穩(wěn)定。想象一下，一個彈簧被壓縮在你手指間，當(dāng)你移除壓縮力時，彈簧變得不穩(wěn)定，并改變它的形狀來恢復(fù)穩(wěn)定。粒子間的力的類型:

• 引力:這些力把粒子拉得更近，從而降低了系統(tǒng)的能量，使其更穩(wěn)定。
• 斥力:這些力通常會導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，因為它們會增加系統(tǒng)的能量。

原子的穩(wěn)定性決定它是否具有放射性。這反過來又由原子中中子與質(zhì)子的比率決定。穩(wěn)定原子中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)之比大于或等于1。

現(xiàn)在，如果我們把質(zhì)子想象成磁單極子，那么中子就可以被想象成磁性金屬碎片。所以，雖然單極子會因為相似的電荷而相互排斥，但是作為金屬碎片的中子通過減少質(zhì)子和質(zhì)子的排斥來幫助原子核穩(wěn)定。對于較小的原子，直到大約鈣離子附近(Z=20)，原子核中中子的數(shù)量與質(zhì)子的數(shù)量保持一致，因此N/Z比保持一致。但是，隨著原子序數(shù)的進一步增加，維持原子穩(wěn)定所需要的中子數(shù)也隨之增加，因此N/Z比變?yōu)?gt;1，可以達到1.54

這可以通過以下穩(wěn)定原子核的質(zhì)子和中子的曲線圖很容易地看出:

同位素半衰期。注意穩(wěn)定同位素的曲線偏離了這條線Z=N作為元素號Z變得更大

測量放射性

圖示放射性與被探測到的電離輻射之間的關(guān)系

電離輻射有許多測量方法和階段:給定樣品中單位時間內(nèi)經(jīng)歷衰變的原子數(shù)量、粒子計數(shù)(在空間特定位置單位時間內(nèi)檢測到的粒子)、輻射劑量(這量化了特定位置電離輻射水平對人類/一般生命的影響)。

測量輻射劑量的單位:

西弗特(Sv) = 1焦耳/千克-生物效應(yīng)。西弗特代表了在一千克人體組織中沉積一焦耳輻射能量的等效生物學(xué)效應(yīng)。吸收劑量的當(dāng)量用Q表示。

灰色(Gy) = 1焦耳/千克-一個物理量。1gy是每千克物質(zhì)或組織所沉積的一焦耳輻射能。

天然同位素——“天然”放射性的原因

有些元素以一種以上的同位素形式或簡單的同位素形式自然存在。某一特定元素的同位素只在原子核中的中子數(shù)上不同。因此，一種元素的某些同位素可能是穩(wěn)定的，而另一些同位素可能是放射性的。每一種元素都是其同位素按一定比例自然混合而成的。元素的同位素在化學(xué)上是相同的，與其他物質(zhì)發(fā)生同樣的反應(yīng)。

例如：自然產(chǎn)生的鉀由三種同位素組成，其中40K具有放射性。所有鉀中都有40K的痕跡，是人體內(nèi)最常見的放射性同位素。

因此，每當(dāng)植物從土壤中吸收一種元素時，它就會吸收土壤中自然存在的元素的所有同位素。植物不能區(qū)分元素的放射性同位素和非放射性同位素，因為它們在化學(xué)上是相同的。

結(jié)論：鉀元素給植物生命帶來微量輻射

鉀可能是土壤中最豐富的礦物質(zhì)，植物和動物需要大量的鉀。我們已經(jīng)知道鉀的同位素K-40是放射性的。這種放射性同位素和其他元素的放射性同位素會給植物的部分——果實、葉子等帶來大量可測量的放射性。香蕉就是一個十分典型的例子。

有趣的事實:你知道能瞬間殺死你所需的輻射量嗎？這是一個瞬間大約2 Sv或更高的輻射。因此，與香蕉的暴露量(0.1微Sv)相比，你可以很容易地看出，香蕉幾乎沒有任何輻射??！更重要的是，我們的身體已經(jīng)進化出機制來糾正這些輻射造成的微小的脫氧核糖核酸損傷。所以沒必要擔(dān)心！