我们把放射性的发现归功于恶劣的天气。法国物理学家贝克勒尔他试图研究荧光现象,当某些材料暴露在阳光下时会发光,但阴天阻碍了他的实验,所以他把荧光铀盐包在布里,把它们放在抽屉里,还有一张照相板和一个铜十字架。1896年,这个简单的偶然事件揭示了放射性的存在,这一现象打开了一扇通往亚原子世界的窗户,开启了核革命。
了解放射性
当贝克勒尔最终拿到盐时,他发现在照相板上出现了一个十字架的图像——尽管盐还没有暴露在光线下。
“我现在确信,铀盐会产生看不见的辐射,即使它们被置于黑暗中,”他在进行进一步实验后写道。
贝克勒尔的博士生,居里夫人她和丈夫皮埃尔一起研究了这个问题,他们意识到这种效应与荧光无关,而是发现某些材料自然地发出恒定的能量流。他们创造了“放射性”这个词,还发现了两种新的放射性元素:钋和镭。由于这项深刻而激动人心的工作,贝克勒尔和居里夫妇获得了诺贝尔奖物理在1903年。
物理学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)和弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)深入研究后发现,微小的物质中蕴含着巨大的能量储备。他们还意识到,在放射性衰变的过程中,一种元素可以转变为另一种元素——铀原子可以(通过几个中间步骤)转变为铅原子。
世界各地的人们都认为这些能量惊人的材料可以得到很好的利用。直到20世纪20年代,许多泻药和牙膏制造商都自豪地在他们的产品中添加放射性钍,而美国直到1938年才禁止在消费品中使用放射性物质。
放射性是如何工作的?
今天,我们对放射性有了更全面的了解,它是如何危险的,以及我们如何利用它。
这里有一个基本的概述:想象一个原子,由围绕中心原子核的电子云组成,其中被称为中子和质子的粒子挤在一起。有些质子和中子的排列比其他的更稳定;如果中子比质子多,原子核就会变得不稳定并分裂。这种衰变以α粒子、β粒子和γ辐射的形式释放出核辐射。
一个α粒子带走两个质子和两个中子,由于元素是由它的质子数来定义的,当α粒子发射时,母原子就变成了一个全新的元素。在衰变中,一个中子转变为一个质子和一个电子,电子加速离开,留下一个额外的质子,再次形成一个不同元素的原子。除了上述任何一种粒子,衰变的原子核也能产生伽马射线:高能电磁辐射。
对健康有什么影响?
正如贝克勒尔和居里夫妇所发现的,放射性是一种自然现象。地球上的许多矿物质释放出缓慢而稳定的辐射,我们呼吸的空气含有放射性气体,甚至食物和我们的身体也含有少量的放射性原子,如钾-40和碳-14。地球也接受来自太阳的辐射和高能宇宙射线。这些辐射源会产生自然但不可避免的背景辐射。许多人为的来源增加了这一点,包括医疗程序,如x射线,烟雾探测器,建筑材料和可燃燃料。
我们通常不会受到低水平本底辐射源的伤害,因为伤害的程度取决于暴露的时间和水平。辐射会破坏人体内部的化学物质,破坏组织中的化学键,杀死细胞,破坏DNA,这可能导致癌症。在非常高的剂量下,辐射可在数小时内导致疾病和死亡。
利用核能
随着历史上核电站的熔毁,放射性的影响在更大的范围内被感受到。几十年来,人们一直利用核裂变的放射性过程来发电:原子核被分裂,产生至少两个“子”核,并以热的形式释放能量。热量被用来烧水并产生蒸汽,转动涡轮机并发电。
不幸的是,这不是一个清洁的过程——它产生的放射性废物很难安全处理,在极端情况下,反应可能会失控,比如2011年福岛第一核电站地震引发的灾难。
另一种放射性过程可以提供一种产生清洁能源的安全方法:核聚变。与裂变相反,核聚变是两个原子核结合在一起。这一过程也会释放能量——这正是发生在太阳和其他恒星上的过程——但聚变需要极高的温度和压力,这是昂贵的,而且很难在地球上重现。
前路漫漫
贝克勒尔在54岁时被首次发现,12年后去世,身上有烧伤和疤痕,可能是处理放射性物质造成的。玛丽·居里几十年后死于白血病。辐射可能也在慢慢地杀死皮埃尔·居里,尽管很难知道,因为他在1906年被一辆马车撞死了。
今天,我们对放射性的更深入了解使我们能够更安全地使用它。由于采取了严格的安全措施和彻底的应急措施,放射性物质事故的频率和死亡人数都有所下降。在最近的福岛核灾难中,没有人因辐射暴露而死亡,但在我们安全地利用放射性的巨大原始力量之前,还有很长的路要走。
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