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重要矿产资源调查计划——谈铀不必色变

编著:天津地质调查中心 李效广    

众所周知,中国是全球核电站在建规模最大的国家,到2020年中国核电装机容量将达到5800万千瓦,在建3000万千瓦。与此相应的铀资源需求将急剧上升,据测算,到2020年,中国核电天然铀需求将超过1万吨,消耗铀资源储量超过1.5万吨。

然而,原子弹的威力以及切尔诺贝利和福岛核事故,不免使不少人对铀的放射性产生恐惧心理,担心核电站会影响自己的生命安全。但实际上,人们不必谈铀色变,核电站不会像原子弹那样爆炸。

在铀的家族成员中,只有铀235能发生核裂变放出巨大能量而爆炸,因此成为核弹的主要能源,而核电站所用的核燃料主要是一般不会裂变的铀238,铀235的含量仅为3%左右。这就像白酒和啤酒一样,二者?#24049;?#26377;酒精,白酒可点燃而啤酒却不能,因为其中酒精浓度不同。曾经沦为“死亡之城”的日本广岛、福岛如今人来熙往,而切尔诺贝利事?#26159;?#29616;已成为濒危物种的天堂。

如果深入了解铀的放射性,就会免于对它的恐惧。

?#35745;?#24341;于网易新闻

戴橡胶手套的双手捧着铀金属块?#35745;?#24341;于wiki百科

                                                                     1、辐射真的很可怕吗?

万物皆有辐射,只是强度不同。自然界中的一切物体,只要温度在绝对零度以上,都会以电磁波和粒子的?#38382;?#26102;刻不停地向外传送能量,这种传送能量的方式被称为辐射。

事实上,我们每个人自身也是辐射源,人类时?#36125;?#22788;被辐射包裹着。

来自生活各方面的辐射

一般称谓中,普遍将辐射专指电离辐射,或放射性,这种辐射包括α、?#24405;唉?#36752;射(或称射线),它们具有足够的能量可以将原子或分子电离化,不过人的肉眼看不见它们。我们熟知的钻石、水晶、翡翠及其它各类宝石都是矿物晶体,他们都有辐射,但绝大部分矿物晶体都没有放射性。

有些元素能够自发地从不稳定的原子核内部放出粒子或射线(如α、β、γ射线等),同时释放出能量,最终变成稳定元素,元素的这种变化称为衰变,这?#20013;?#36136;称为放射性,这类元素称为放射性元素。

          

α射线   

     

β射线

γ射线

(?#38469;?#24341;于en.wikipedia.com)

天然存在的放射性元素只有八种,其中最为常见。其中,铀在地壳中的平均含量约为百万分之2.5,即平均每吨地壳物质中?#24049;?.5克铀,比钨、汞、金、银等元素的含量还高,这就是?#25285;?#22320;球的成份中本来就始终存在着天然的放射性物质,人类和一切生命已经适应了这些天然辐射。

产于砂岩中的铀矿岩心及γ测量仪

                                                        2、“半衰期”与“放射性”

不妨用水库的放水来类比理解铀核素的放射性。一个10万立方米的蓄水库开闸放水,放到只剩5万立方米,即原来蓄水量的一半时,用时5万小时,那么可?#26222;?#20010;5万小时为其半衰期,?#27492;?#21464;减少到它原有一半数量时所用的时间;再假设它的半衰期是5小时,也就是说水库放水放了一半,用时5小时。同时,我们也可以想见,1小时放1立方米水,这时的水流是细水长流,人立于排放水中而平安无事;后者1小时排1万立方米,这时的水流肯定是洪水急流,人必然会被冲击淹没。

        

                                                                                       水库的大量放水与缓慢放水?#38469;荊ㄍ计?#24341;于网络)

核素的放射性与此类似,其半衰期越长,其瞬时的放射性危害性相对越小;反之,如果其半衰期很短,则其瞬时的放射性危害性就大。天然铀中两种铀同位素半衰期都在十亿年左右的数量级,由此可以想见铀核素这座水库发射的“水柱”射线的频率有多稀疏缓慢,衰变极其缓慢,几乎可认为是稳定核素所以铀的瞬时放射性危害其实不大。

放射性核素衰变?#38469;?br/>

                                                                3、铀生三子,各不相同

天然铀有铀238、铀235和铀234三种同位素,好比是一家三兄弟,这三兄弟家产不同、能力不同,寿命也不同。地球中,平均每吨地壳物质中?#24049;?.5克天然铀,这三兄弟各自家产是2.482克,0.018克和0.000125克,分别占99.275%、0.720%和0.005%。铀234不会发生核裂变,铀238在通常情况下也不会发生核裂变,而铀235这种同位素原子能够轻易发生核裂变,所以?#25285;?#20570;核燃料的实际上只是铀235这个老二兄弟,它最?#24515;?#37327;,同时也看出,实际开采出来的铀里面,这个老二兄弟铀235的含量也很少。所以采出的铀就好像啤酒中大部?#36136;?#27700;一样,无法点燃。研究表明,铀235的含量要达到3%以上才能制成核电站发电所用的燃烧棒。因此,开采出来的铀矿石需要经过许多道加工、提纯、浓缩的手续,把铀235含量比例提高。此外,铀238比老二兄弟铀235要长寿,因为铀238的半衰期是45 亿年,而铀235的半衰期是 7 亿年。而氡222的半衰期则仅为3.82天。

部分核素放射性半衰期?#38469;?/span>


                                                                4、铀矿辐射到?#23376;?#22810;大?

天然铀矿石矿物和普通铀金属不可怕。据研究,一个人揣个1斤左右的铀矿石,每天所受辐射量就跟戴一块夜光手表差不多。事实上,短时间用手拿起铀也不会造成严重后果。一般情况下,用普通的橡皮手套就可足以有效地防护铀矿石及其加工后的初级产品——“黄饼?#20445;?#37325;铀酸铵)的辐射危害。

地质专家在野外研究铀矿石。裸手指持矿石为砂岩铀矿石(图中右侧);

橙色仪器为放射性检测仪(图中左侧);地面为砂岩型铀矿岩心及砂?#24050;?#24515;

实际上,在国外的自然博物馆和矿石展上经常可以看到天然铀矿石和铀矿物,这些展出的放射性矿物标本并不会有里三层外三层的特殊保护。事实上,在铀冶金厂,生产的富铀产品“黄饼?#20445;?#37325;铀酸铵),就存放于普通铁桶内,和其他普通产品存放几乎没有区别,工人也不穿防护服;生产出的核燃料芯块,戴副手套即用手捧而无碍。当然,如果长时间直接接触铀,?#19981;?#25439;伤人的皮肤。此外,铀本身是重金属,和铅一样,它本身还有化学毒性。

哈萨克斯坦铀矿工人在测试“黄饼?#20445;?#37325;铀酸铵)的辐射情况(?#35745;?#24341;自加铀新?#30636;┛停?/span>

2012年2月15日,伊?#39318;?#32479;内贾德亲自操作,将第一个伊朗国产的20%的核燃料棒填充入德黑兰研究性核反应堆内。可以看出,无任何防护措施。(?#35745;?#24341;自凤凰网)

天然放射性物质对人体的危害性类似大头针。一根大头针体外扎你一下,你并不会受多大伤害,但如果它落入你的口内,入胃入肠,它就会一直在你的体内游走,?#19978;?#20854;危险性之大。天然放射性物质对人体的危害与此很类?#21860;?#23427;们在人体外部的辐射,其危害相当有限;但如果进入人体,危害就极大。

一般放射性物质同时产生α、β、γ三种射线。α射线的电离能力最强,对人体伤害最大,但它的最大弱点,也是人类的最大福音,其穿透力相?#27604;酰?#20960;厘米的空气或薄薄的一张纸张就能完全挡住,更不用说穿透皮肤了,所以只要不把放射性物质?#36234;?#21040;肚子里,就不用怕α射线。β射线和γ射线虽然具有较强的穿透力,但电离能力较弱,对人体细胞的杀伤是瞬间局部而且隔三差五?#27169;?#24456;容易?#25351;矗?#21482;要不是长期超剂量接触,一般对人体造成的伤害极小。α射线的内照射是各种放射性危害中最大的。所以,面对色彩鲜艳而美丽的铀矿物,可以用手直接接触,但不要时间过长;接触后,要用?#35797;?#27927;手;勿将放射性矿物放入口袋,绝不要在其周围吃喝东西、抽烟或睡觉。

α、β和γ三种射线的穿透力?#38469;荊?#24341;自wiki百科)

                                                            5、需要警惕铀的?#20843;?#22899;?#34180;?#27681;

铀衰变产生镭、钍这两女儿,镭、?#22987;?#32493;衰变又生育出她们的女儿氡元素。氡?#19981;?#21457;生衰变,发出α粒子。氡的半衰期还不到 4 天,不用多久它就可?#28304;?#37096;分衰变成稳定元素,而不再具有放射性,但危险之处也在此,短的半衰期意味着它的放射性更强。

氡是气体,无色、无嗅又无味,不易被人察觉,它很容易通过呼吸道进入人体,会形成内照射。氡放出的α粒子可在人的呼吸系统会造成辐射损伤,引发肺癌。所以,氡的放射性性危害远大于铀、?#23454;取?/span>

人们日常生活中更应警惕氡。在许多国家中,氡是肺癌的第二大病因,是放射性监测的重点对象。对多数人而言,接触的大部分氡来自家中,而建筑材料是室内氡的最主要来源,特别是含放射性元素的天然石材如花岗岩、砖砂,最容?#36164;?#20986;氡。而做好室内的通风?#40644;?#26159;降低氡浓度的有效方法,据专家试验,一间氡浓度在151贝克/立方米的房间,开窗通风1小时后,室内氡浓度就降为48贝克/立方米,另外有条件的可配备有效的室内空气净化器。

氡气进入室内?#38469;?/span>(?#35745;?#24341;自广东正明检测_新?#30636;┛停?/span>

因此,可以确定的是,普通的铀矿经由常规的、短时间接触非常安全,几乎不会造成伤害,实现生活中,也没有铀矿石造成对人的放射性伤害事例。(我国发生过的若干起放射性伤害案例,都是?#28145;?0引起?#27169;?#22825;?#27963;?#20803;素不具放射性,但人造钴60具有极强放射性,管理失控就容易引起辐射危害,因此国家对其有?#32454;?#30340;管控办法。)

在接触铀矿等放射性矿石时,防止粉尘入口就能保证安全。铀等放射性物质粉尘一旦积累于人体内,便很难排出,长期的内照射会有极大的危害。

还要高度重视放射性衰变而产生的氡气,除了居室之内,?#21152;巍?#24037;作时要特别小心山洞、矿洞,这些地方通风性差,其围岩释放出的氡气容易积聚不散,含氡量可能较高。此外,要尽可能远离有电离辐射标识的场所,或在这种场所时要?#32454;?#36981;守相关规定。

电离辐射危害标识(全球通用)

过量的、具有强烈的放射性物质,在普通民众的正常生活中极难遇到,伟大的居里夫人也是在潜心研究放射性元素38年后,?#21450;?#34880;病而去世。而像福岛、切尔诺贝利核电站等毕?#25925;?#20110;极端事例。

当初曾经震惊世界的“切尔诺贝利核电站事故”发生地,现在也已变成了动植物的天堂,据“切尔诺贝利国际放射生态学实验室”?#22771;?#30340;记录,在切尔诺贝利地区现在生活着400多种动物,包括280多种鸟类和50多个濒危物种。在鸟类中,有180?#36136;?#30041;鸟,有罕见的灰?#20303;?#40657;鹳、白尾海鸥和鱼鹰,它们一直生活在那里,其余的是候鸟,只是短暂地停留。另外,还发现淡水鱼的数量大增,如鲤鱼、梭鱼、斜齿鳊和?#36935;?#31561;。由于动植物迅速增加,切尔诺贝利成为了天然的大公园,旅?#25105;?#24320;始发展起来。

切尔诺贝利事?#26159;?#23621;住的麋(?#35745;?#24341;自中国国家地理)

相信,随着科技的进步,铀矿辐射和核爆炸产生的废料会得到妥善处理,只要做好防护,以铀为燃料的核能也可能成为干净清洁的能源之一。

栏?#24656;?#39030;

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