為什麼造原子彈時工人可以去車鈾球,濃度那麼高輻射不會很強嗎?

項亮z


鈾的半衰期從數十萬年到數十億年,可見其放射量微乎其微……根據地球四十五億年的歷史來看,自然界中依然存在的放射性元素其放射量都很微弱,根本不會對人造成傷害,否則地球上也不會有生物存在。


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鈾的輻射很強,但絕不可談虎色變!

天然鈾礦石

鈾礦石鈾含量低、放射性微弱(大約200噸才可以提煉1公斤鈾-235),它發出的阿爾法射線,只需一張A4紙就可以擋住,人的衣服和皮膚完全可以隔絕,不會對人身造成影響。(在科普活動中 ,工作人員會拿阿爾法射線感應儀對著鈾礦石,儀器會發出感應聲,顯示鈾礦石發射著射線。)


“黃餅”(鈾礦石粗級加工品)

將天然鈾礦石磨粉,加入酸或鹼溶液,萃取(“水煮”)出丰度較高的重鈾酸銨,呈現黃色塊狀或者粉末狀,俗稱“黃餅”。黃餅的放射性仍然很低,且狀態穩定。加工工人只需一般穿戴防護即可。

“黃餅”不能用於核反應堆,一般用於提煉濃縮鈾。為了提高鈾礦開採附加值,幾乎所有開採鈾礦的國家都生產黃餅。

金屬鈾

由“黃餅”近一步、一步的濃縮而成。

通常採用“氣體擴散法”;將黃餅粉高溫蒸餾生成六氟化鈾氣體,壓縮入一系列高速旋轉的圓筒離心機裡提純(將同位素鈾-238與鈾-235分離,得到高丰度的鈾-235金屬材料)。當丰度>94%時,就可以作為核彈彈藥使用。

將金屬鈾加工成鈾球

這是製造“槍式引爆”原子彈的技術要求(不贅訴)。



這時,鈾材料放射性已相當強,對加工人員構成重大生命威脅。

據揭秘,我國第一個鈾球是原公浦師傅利用普通車床手工操作完成的。原公浦師傅穿上笨重的防護服,戴上特製的口罩,套上雙層乳膠手套,小心翼翼獨自上操作檯,與鈾球胚料近距離接觸,用精湛技藝一次性完成加工。

原公浦師傅後半生相安無事,證明加工鈾球的安全防護是有保障的。

今天,人們可用精密數控的機床,通過遙控操作加工鈾球,加工人員安全更有保障。


諶人


中國原子彈車鈾球的工人是核工業部青海221廠的上海籍車工叫原公浦,一共要車三刀,故有外號"原三刀"。他也受到核幅射的傷害,每月領取一筆數目不詳的特別醫療補助金。電視出現過多次


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高純度的鈾確實有放射性,但這種程度的放射性是可以防護的!比如有些網上的資料圖,戴著手套的人就敢捧著鈾金屬餅,聽說今天的伊麗莎白女王也摸過用保護膜包裹的鈾,她一直健在!


其實,這並不奇怪,鈾產生致命的輻射,是在滿足臨界值的狀態下,不斷髮生鏈式反應才會有的現象。因此,只要不發生鏈式反應,鈾就是安全的。


一個故事可以充分解釋這個現象。死於鏈式反應實驗的加拿大科學家“斯洛廷”,親身經歷了放射性金屬,從安全狀態進入危險狀態的全過程,他的死可以充分說明上述觀點。

斯洛廷的實驗用到兩個都沒有達到臨界值的鈹半球,斯洛廷用左手勾住一個鈹半球,右手持螺絲刀頂住這個鈹半球殼,保持上下兩個鈹半球殼之間存在空隙,通過調整鈹半球的間隙觀察鏈式反應現象。 這個實驗是很危險的,因為兩個鈹半球充分接觸後,就能達到金屬“鈹”發生鏈式反應的臨界值,那麼這位“擁抱”原子彈的科學家註定要死。



恰恰意外就發生了,斯洛廷手裡的的螺絲刀意外滑落,左手的力氣又不足以抓牢上面的鈹半球,兩個鈹半球碰到一起後達到了臨界值,鏈式反應就這樣開始了,可怕的輻射隨機遍佈實驗室,在場的8個人中,距離鏈式反應核心區最近的斯洛廷幾天後死亡,還有3人數年後死於非命!本來狂熱參與核物理研究的幾個學生被嚇破了膽,紛紛辭職選擇別的工作。這個故事充分說明一個事實,那就是大塊的高純度放射性物質不會傷害你我,鈹是這樣、鈾也是如此,只要沒有發生鏈式反應它們就是安全的。

而使用車床加工鈾金屬時,註定是鈾塊的體積和質量越來越小,也就不會達到可怕的臨界值了!不過呢!車床車刀高速摩擦鈾金屬,肯定會因為高溫導致後者氧化,這會嚴重傷害操作者,因此必要的防護設備必不可少。而我要強調的是,用車床加工鈾金屬都是老黃曆了,現代社會自動化高度發達,誰還會不顧工人的安全去加工鈾金屬呢?

網上有很多西方國家公佈的鈾加工視頻,採礦石、提取、精製、轉化,還有最為困難的鈾濃縮,以及本文討論的過程“燃料元組建”、“核裝藥”成型,都可以自動化完成,工人只要穿戴好防護設備、按照要求工作,是很安全的。


最後,強調一下燃料元組建、核裝藥的製備過程,這個過程根本不需要車床參與。鈾濃縮之後的產物,是六氟化鈾,這種氣體物質經過化工轉化變成固體狀的二氧化鈾粉末,它就是生產燃料元組建或者半球形核裝藥的原材料。二氧化鈾粉末首先被均勻製成顆粒,再壓制、結燒、磨削、清洗、乾燥,最終變成二氧化鈾陶瓷體,也就是我們經常在網上看到的大塊固體狀,這個形狀是可以選擇的,有點類似金屬錠的生產過程,完全可以直接按照需要生產出半球狀的鈾塊,車床真的是不需要了。

上圖是用於製作核反應堆燃料棒的圓柱形鈾金屬塊;下圖是被石墨外殼保護的球形鈾燃料,它們都不是車床車出來的。

即便是槍式原子彈的裝藥,也不一定都是半球形狀,它有很多種設計可供選擇!比如下圖的設計,槍式原子彈的裝藥被加工成圓柱形和圓柱套筒,通過壓力移動套筒,當它與圓柱型裝藥結合後可達到臨界值啟動鏈式反應。這麼複雜的形狀肯定不能使用車床了!當然了,最早的槍式原子彈使用的還是半球狀核裝藥,如下圖所示。由於受到當時工業條件的限制,使用車床加工裝藥的形狀,是必不可少的。


兵器世界


車鈾球的原因是為了增加接觸面積。

但這種情況僅限於槍式鈾彈,環式的鈾彈則不會車鈾球。

原子彈的爆炸原理就是,就是當U235或鈈239的質量超過臨界質量時,會自動發生鏈式反應。當它們的質量達不到臨界質量時,它們都只是普通的具有放射性的元素而已。

通常,原子彈的爆炸形式有兩種:槍式和環式,而環式其實就是很多個槍式同時轟擊同一個目標。

給原子彈裝藥的時候,就是把兩個或者數個次臨界質量的U235或者鈈239放在原子彈內的不用位置,引爆時,通過高能炸藥的轟擊,使得兩個或者數個核彈材料碰撞在一起,從而使它們超過鏈式反應的臨界質量而自動發生鏈式反應。

至於,車鈾球,只是為了增加前端接觸面積而已,畢竟位於後方的核材料根本沒有參與核裂變的機會,只能儘量的減少後方的質量,而在所有形狀中,只有球形能將後半部分的質量減少到最小。相對而言,車鈾球的難度並不在後面的球形有多光滑,而是前端的接觸面。因為是接觸部分,所以,要車的非常非常平整,以便爭取儘可能多的核材料參與鏈式反應。

槍式核彈和環式核彈的原理圖

上圖只是一個原理圖,實際要複雜的多,因為原子彈在實際應用中要考慮大量的安全因素。以推動鈾球的炸藥為例,通常要通過幾級引爆才會最終引爆推動鈾球的炸藥,而推動鈾球的炸藥極其不活潑,用火燒,用錘子砸,猛烈震動等都不會爆炸的那種。

原子彈爆炸的時候,核裝藥發生鏈式反應的時間很短很短,因為鏈式反應會在極短的時間內釋放出巨大的能量,而接觸的部位往往又是整個裂變材料裡最脆弱的部分,因此幾乎在剛接觸的瞬間就會被彈開,同時釋放出巨大的能量,飛速的吹散包括原子彈外殼在內的一切物質。因此,實際參與核裂變的材料其實是很小的一部分。

以二戰時期美國在廣島扔下的原子彈來說,就是一顆槍式鈾彈,其中,U235的裝藥是約60公斤,而實際參與裂變的只有不到兩公斤,絕大部分的U235在爆炸的瞬間就被吹散了。這些核材料對周圍造成的永久性的放射汙染可持續數億年。這也是廣島的核心爆炸區至今無法住人,而周邊地區重大疾病高發的主要原因。當然,這樣的結果完全是它咎由自取。如果當時美國不仍原子彈的話,不但盟軍需要承受巨大的幾乎不可接受的傷亡之外,盟國的領土也可能會挨原子彈炸了。這其中就有中國。因為日本當時也在研究原子彈而且取得了很大的成果,只是他們一直沒找到鈾礦而已。用一些人的話來說就是:日本和原子彈之間只差一個李四光。

高濃度的核材料的放射性當然很高了,對人的危害自然也是巨大的。但這是一個國家穩定的基石,危害再高也不能不去做。在靠近高濃度的核材料時,人們能做的也只能是做好安全工作。在核材料的放射物中,α射線和β射線都比較好防護,最難防護也是對人體傷害最大的就是γ射線了,γ射線是一種中性的高速粒子流,穿透力極強,可以打斷人體內的基因鏈而對身體產生巨大的不可逆的創傷,短時間內接受大量的γ射線照射的話,人很快就會死去。而防護γ射線的辦法除了狂堆大原子質量的金屬保護外衣之外,別無他法。

這時一個關乎國家和民族生死存亡的事情。很多時候,是要明知不可為而為之的。

至於其他的核武器比如氫彈,中子彈,三相彈等等,都是以原子彈小型化為基礎上變種而來。可以說,原子彈小型化是一個國家核武器是不是成熟的標準,它代表著一個國家的話語權。

最後,氫彈的日常維護費用確實巨大,但還不至於高到讓美俄等國家維護不起。而實際上,美俄現役的主要核彈頭都是氫彈(三相彈),畢竟原子彈的爆炸當量通常不超過五萬噸,一般也就2-3萬噸TNT當量。

而美俄現役的核彈頭都超過了10萬噸TNT的爆炸當量。更何況,美俄等國還裝備有不少的中子彈(變種氫彈)等核武器。


陌上雲白


提到殺傷性武器——原子彈,一朵遮天蔽日的蘑菇雲一定會浮現在大家的腦海,還有響徹雲霄的巨響和蒸發鋼鐵的高溫。

1945年8月6日,美國空軍飛行員保羅·提貝茲駕駛著一架B-29“超級空中堡壘”轟炸機在日本廣島上空投下了人類歷史上第一枚用於戰爭的原子彈——代號“小男孩”。



“小男孩”採用槍式構型:

將一塊低於臨界質量的鈾235射向三個同樣低於臨界質量的環形鈾235,使得鈾超過臨界質量,引起核裂變反應,從而引發核爆。

“小男孩”裝有64千克的鈾235,但只有不到1千克的鈾參與到核裂變反應中,而其中,只有約0.6克的物質按照愛因斯坦的質能方程轉化為一萬五千噸TNT當量的能量,直接完成6.6萬人死於那次核爆。

讓原子彈擁有如此巨大能量的,就是第92號元素——鈾

鈾是自然界中穩定存在的相對原子質量最大的元素,元素符號U。



▲銅鈾礦石

1789年由德國化學家克拉普羅特從瀝青鈾礦中分離提取出來,散發著藍色光芒,而恰巧在八年前的1781年,天文學家在太陽系中新發現之行星——天王星(Uranus),從地球看去,其就是一個藍色的球體,十分耀眼。因此,克拉普羅特將其命名為(Uranium)。

幾十年後,科學家發現,克拉普羅特發現的並不是單質鈾,而是鈾的一種氧化物——二氧化鈾,單質鈾為銀白色,在空氣中會被氧化成黑色。

1939年,德國物理學家哈恩和斯特拉奇曼發現了核裂變反應,原先經提取出具有治療癌症效果的鐳後產生的含鈾礦物瞬間引起了科學家們的注意,身價倍增。

愛因斯坦等科學家發現,核裂變可以產生巨大能量,在那個特殊年代的催化下,各國爭先發展鈾的開採、提煉等工業,並迅速建立起較為完整的核工業體系,目的很簡單:早日造出威力巨大的原子彈,取得戰略先機。

鈾廣泛存在於地殼和海水中,大氣降水中鈾平均含量約為2.5×10ˇ-8 g/L,海洋水中鈾平均含量為3.2×10ˇ-6 g/L,淡水湖中鈾平均含量約1.03×10ˇ-6 g/L,鹹水湖中鈾平均含量約20×10ˇ-6 g/L,河水中鈾平均含量約0.6×10ˇ-6 g/L,地下水中鈾含量變化幅度最大,介於1×10ˇ-8~0.1ng/L之間。

地殼中鈾的平均含量為每噸地殼物質中約含3~5g鈾,但在各種岩石中的含量很不均勻,鈾、釷主要富集於硅鋁層(花崗岩層)。例如,花崗岩中的鈾含量相對要高些,平均每噸含3.5g鈾。

據科學家估計,在地殼中,鈾的總含量在10ˇ14噸左右,海水中鈾的總含量為10ˇ10噸左右,甚至高於汞、鉍等金屬的含量。

鈾在自然界中有三種同位素存在——鈾234、鈾235、鈾238。它們均具有放射性,但是半衰期很長,產生的放射性強度極小。其中,鈾236的半衰期為7.1億年,鈾238的半衰期為44.7億年,與鈈215(0.0018秒)、鉍212(1小時)、碘131(8天)、碳14(5730年)的半衰期比起來,可謂是日月漫長。

除了衰變慢,鈾衰變產生的α粒子用一張薄紙片就可阻擋

核反應會產生三種粒子——α、β、γ粒子。

其中γ粒子的穿透能力最強,能穿過數釐米厚的鉛,β粒子實質就是電子流,穿透能力僅次於γ粒子,但幾釐米厚的鋁板就可完全阻擋。


α粒子由兩個質子和兩個中子組成,的穿透能力最弱,僅能穿過一張薄紙片。

正是因為知道α粒子的穿透能力不強,科學家和鈾球切削員才敢放心大膽的戴個手套、口罩用手速拿鈾球,因為這樣做幾乎完全可以保證安全,只要不亂來。

臨界質量:一“物”降一物

由上面可以知道,鈾在自然界中有三種同位素,但只有鈾235可以用於核裂變,產生能量,但在天然鈾中,鈾235的含量只有約0.71%,與鈾238的99.28%相比,簡直小巫見大巫,因此要想利用鈾235,就要對鈾進行提純處理,以生產出不同用途的不同濃度的鈾。

根據國際原子能機構的定義,丰度為3%的鈾-235為核電站發電用低濃縮鈾,濃度大於80%的鈾為高濃縮鈾,其中丰度大於90%的稱為武器級高濃縮鈾,主要用於製造核武器。



之所以只有鈾235能發生核裂變反應,是因為鈾235受到一箇中子的轟擊後,變成不穩定的鈾236,自發裂變成141Ba和92Kr,並釋放三個中子和能量。

這三個中子會去轟擊其他的鈾235,一而三,三而九……引發裂變反應,而鈾238和鈾234受到中子轟擊後產生的新原子核比較穩定,不易發生裂變。

原子十分空曠,原子核只佔了其中很小很小的一部分,所以鈾235裂變釋放出來的中子要想轟擊到其他鈾原子核並不是一件容易的事,是一個小概率事件。

但如果有鈾原子核層層阻擋,這個很小的概率會疊加累積成一個較大的概率。因此,鈾塊的體積越大,質量越大,中子轟擊到其他原子核的概率也就越大,從而引發鏈式反應。


在物理學中,專門針對放射性物質產生核裂變的質量規定了一個定義——臨界質量。

臨界質量是指維持核子連鎖反應所需的裂變材料質量。不同的可裂變材料,受核子的性質(如裂變橫切面)、物理性質、物料型狀、純度、是否被中子反射物料包圍、是否有中子吸收物料等等因素影響,而會有不同的臨界質量。影響臨界質量的因素包括核素性質、純度(一般稱為富集度)。



理論上,球狀純鈾的臨界質量為52千克,這需要鈾球的半徑達到17cm才能引發鏈式反應。

而根據科學家的計算,一個用於可用於核電站發電的濃度為20%的鈾球,其質量需要達到400千克,半徑為34釐米才有可能引發鏈式反應,而濃度在5%以下的鈾球發生核爆的可能性幾乎為零。

顯然,無論是軍用還是民用,單個鈾球的質量都不會達到臨界質量,也不會有哪個國家或科學家敢生產這麼大的鈾球,這豈不是搬起石頭砸自己的腳嘛!



因此,網球般大小的鈾球可以被放於掌心。

總結

雖然核反應會產生輻射,但鈾在正常情況下輻射劑量不大,而且輻射出來的α粒子的穿透能力不強,戴個手套就能擋住。



雖然α粒子的穿透能力不強,但它的電離能力很強,一旦被吸入體內,會對內臟、組織產生巨大傷害,破壞組織細胞,造成內臟損傷等。因此,車削鈾球時要全副武裝,以免α粒子電離對人體產生傷害。


寫在最後

多年以來,人們一直擔憂核電站的建設會威脅周圍的居民和生態的安全,的確,從上世紀的切爾諾貝利核電站爆炸事故到2011年的日本福島第一核電站洩露,已經給世人敲響了警鐘。



隨著科技的變革和操作流程的規範化,以我國“華龍一號”為代表的國際第三代核反應堆,在設計理念、能量利用率、安全性、經濟性等方面均已達到較高水平,不需要對核電站的安全憂心忡忡。


零下二百七十三度


你所謂的恐怖的核輻射是原子彈爆炸後的大量中子射流,中子可以把你細胞裡的DNA打斷,這是要命的。

釉的半衰期比較長,單位時間內的輻射不大,再一個α射線是氦核構成的,穿透力相當差,你要是多年不洗澡,角質層都能擋住他。但是要是吸入身體裡可就麻煩了。

綜上所述,只要穿一身生化服,基本上就不怕啦。


熱油潑褲襠


關於原子彈的核輻射是怎麼來的,實際上並不是原子彈在爆炸前所裝載的高純度鈾的輻射,而是這些鈾塊在達到臨界時,發生劇烈的鏈式反應時所釋放的出的中子流和γ射線造成的高輻射強度,以及後續放射性落下灰造成的汙染。

放射性落下灰是因為核武器在地表或水面爆炸後,大量的泥土或水會被火球的高溫所汽化,並被帶入放射性煙雲中。當這些物質以及剩餘的可裂變物質或與其他被中子撞擊而活化的放射性汙染物濃縮時,會發生反應且具有放射性。但短期危害主要是引發的關聯反應所釋放出的β射線的灼傷,長期危害是由於早期受到放射線所導致的細胞核損傷體現出的延遲效應。

但是了,鈾塊也不是完全沒有輻射,它存在著一定的放射劑量,可是這些放射劑量很微小。而原子彈爆炸後所產生的鈾,是鈾-238。鈾具有微放射性,其同位素都不穩定,並以鈾-238(146箇中子)和鈾-235(143箇中子)最為常見。在自然界中,鈾主要以三種同位素的形式存在,鈾-238,鈾-235,和微量的鈾-234,他們的衰變時間分別為44.7億年,7.04億年和2.45億年。自然狀態下的鈾,主要是進行α衰變,放射出α粒子,從而變成較輕的元素,直至鈾元素最後變成穩定的鉛元素為止。雖然在自然狀態下偶爾鈾會進行自發的裂變,然後釋放γ射線,可該種情況並不常見。

而原子彈的結構為引爆控制系統,高能炸藥,反射層,含有核裝料的核部件,中子源及彈殼這幾部分。反射層是鈾-238製成,但題目所說的鈾球,應該指的是收聚式原子彈。收聚式原子彈和我們所熟知的槍式原子彈不同,該型原子彈將常規的烈性炸藥製成一個大球狀,然後將數個小於臨界體積的核部件製成小球,最後裝入常規烈性炸藥的大球中。這種原子彈的好處是在起爆時,大球給予小球充分的壓力,使其瞬間小於臨界體積,引發鏈式反應,且炸藥完全包裹核裝藥部件,使得核裝藥部件的利用率大大提高。

工人加工的高純度鈾是濃縮鈾,濃縮鈾目前最常用的提純方法是氣體離心法,但不論用什麼過程加工,最後工人碰到的還是鈾單質。我們高中物理應該都學過,在幾種放射線中,α射線的穿透性是最弱的,一張紙即可阻擋α射線的穿透,而題目所給出的圖中,戴著的橡膠手套,也可以起到防護。但我們不得不說鈾單質還是有毒的,和鈾元素的最終衰變產物鉛類似,如果是在人體體外,對人造成的影響不大,即使沒有帶手套,人體的皮膚粘膜屏障也能夠阻擋大部分的α射線,且人類的皮膚不會吸收鈾。可鈾單質一旦攝入體內,則缺少了皮膚粘膜屏障的阻擋,α射線就會直接對人體內臟細胞造成嚴重損害。如果說化學毒性,鈾本身就是重金屬,會導致蛋白質變性,這也是鈾攝入體內後所造成嚴重傷害的一種途徑。

如果是通過消化道途徑進入到體內的鈾,例如氧化鈾這類不可溶物質進入後,大約有百分之0.5會被人體吸收,其餘便會被排出體外。但是如果是可溶性較高的鈾酰離子進入了體內,人體的吸收率則會大大增加,達到百分之5左右。不過食用鈾元素這種途徑多見於核爆炸後的地區,或者是鈾礦礦區等,對於直接觸碰加工鈾塊的工人來說,則是呼吸道途徑。而鈾順著呼吸道進入肺後,鈾會沉積於肺內,無法排出;進入血液後,鈾會因其親磷的特性而積累滯留在骨骼等組織內,並停留多年。而留在體內的鈾會影響腎、腦、肝、心這些器官正常運作。但是,還是要強調,研究人員或者工人在加工鈾塊時使用手套即可避免鈾的傷害,對於高濃度的鈾單質,只須避免發生意外而攝入體內,就能保證研究人員和工人的安全。

還有一點是關於美國疾病有預防控制中心的報告,在報告中曾指出,天然鈾及貧鈾仍沒有造成過人類癌症個案的例子,但是有充分證據證明鈾及其衰變產物(特別是氡)對人體健康有極大的威脅。因此關於一直傳播的美國陸軍的A-10飛行員因貧鈾彈從而患上睪丸癌等,也是謠言,且α射線的穿透力最差的物理特性,就直接能讓這類謠言不攻自破。


雷姐的機械空間


核物質輻射的強弱與濃度的高低沒有關係,而是與半衰期有關,半衰期越長,輻射量就越小;反之半衰期越短,輻射量就越大。以無損探傷設備所使用的放射源銥-192為例:該類核素的半衰期為73.827d(意思就是大約74天),原子序數77,在半衰期內衰變時通過β(貝塔)衰變放出γ(伽瑪)射線,γ(伽瑪)射線可以穿透10-100mm厚鋼板。假設一枚重量為1克的放射源銥-192經過兩個半衰期的衰變(即148天),那麼這枚放射源銥-192的重量將會從1克降至0.25克,也就是說有0.75克的銥-192在衰變中消耗掉了。在短短的148天中重量就減輕3/4,平均每天衰變0.005克,這足以說明放射源銥-192的輻射量是非常大的。而丰度為90%以上的武器級鈾235合金的半衰期為7億年,假設一枚武器級鈾合金球重量為8千克,經過21億年的衰變後這枚鈾合金球的重量將會下降到1.7千克,也就是說有大約5.67千克的鈾235在這21億年的衰變中消耗掉了,平均每1億年消耗0.27千克,換算下來平均每年衰變0.000000027千克,如果換算單位改為成天和克,那基本上就沒法計算了,每天的衰變量那麼小,所釋放的輻射也就十分微小,所以用手拿著武器級鈾235合金球是不會對身體產生傷害的。

▼下圖為使用在無損探傷設備上的放射源銥-192,它的輻射量是非常強烈的,讀過這篇文章的讀者要記得提醒家人在外面見到類似項鍊狀的不明物體時千萬不要靠近,它一天的放射量就足以使人致病。

鈾235產生的核輻射對人體的傷害形式

需要說明的是我們在這裡所例舉的“鈾235”是指丰度為90%以上的武器級濃縮鈾合金。鈾235在發生核裂變之前是比較安全的,此時的鈾235尚處於臨界狀態之外,它只會向外界以釋放α(阿爾法)射線的形式進行α衰變。α(阿爾法)射線對人體的傷害形式體現為:射線對人體細胞內的照射促使DNA斷裂,進而造成人體細胞突變、造血功能缺失等症狀,從而誘發人體出現各種包括癌症在內的疾病和多種併發症,最終導致死亡;細胞突變還存在引發基因突變的風險,如果孕婦遭受大劑量的α(阿爾法)射線照射,那麼胎兒將會發育成畸形兒,還會遺傳到下一代。可見鈾235在進行α衰變時所釋放的α(阿爾法)射線對人體的傷害是非常恐怖的。

▼下圖為被α(阿爾法)射線照射造成基因突變的蜥蜴。

鈾235在衰變時產生α(阿爾法)射線難以傷害到人體

雖說α(阿爾法)射線非常恐怖,但是它的穿透力卻非常弱小,用一張牛皮紙就能屏蔽99.9%的α(阿爾法)射線。這是因為α(阿爾法)射線的α粒子是由兩個帶正電荷的質子和兩個中性的中子組成,在空氣中只能傳播幾釐米遠,在眾多電離輻射中其穿透能力是最弱的。而我們人類的手掌是專門用來從事勞動的部位,皮膚上的角質層是比較厚的,α粒子無法穿透這層角質,至於人體其他部位則有衣物阻攔,α粒子更是無法穿透這些比牛皮紙還厚的物體,因此工人在使用車床來加工武器級濃縮鈾合金時只要按照操作規程穿戴好防護服、防護手套、頭罩、口罩、眼罩等勞保用品,就能防止α(阿爾法)射線的傷害。

▼下圖為核輻射產生的三種有害射線示意圖,穿透力較強的β(貝塔)射線和穿透力最強的γ(伽瑪)射線只有在發生核反應時才會釋放,自然衰變時只會釋放穿透力最弱的α(阿爾法)射線。

工人在使用車床對武器級濃縮鈾合金進行加工成型時的防護措施

需要注意的是在加工武器級濃縮鈾合金時不可避免地產生飛濺的碎屑,其中那些微小碎屑勢必會飛揚在空氣中,如果工人在呼吸時從呼吸道吸入或者吞嚥口水時進入消化道,那麼體內無遮無攔的器官將會受到α(阿爾法)射線的直接照射,傷害將不可避免,所以要求操作車床的工人在完成作業以後必須通過3道消洗才能解除勞保,在離開車間前還需要再經過另一道清洗後才能更衣下班,以確保被沾染的風險降到最低。

▼下圖為戴著橡膠手套捧著武器級濃縮鈾合金的工人,它準備將這錠合金鈾送到機加工車間使用車床按照圖紙要求將其加工成型。

綜上所述我們可以得出這樣的結論:造原子彈時工人用車床去加工成型武器級濃縮鈾合金時,只要按照要求整齊穿戴好勞保用品就能避免直接受到核輻射的傷害;丰度達到90%以上的濃縮鈾235在衰變時只釋放危害極小的α(阿爾法)射線,而α粒子的穿透力非常弱,α(阿爾法)射線可以輕易被屏蔽掉,因此即便徒手觸摸武器級濃縮鈾合金也不會對身體造成傷害。儘管武器級濃縮鈾合金相對安全,但是為了確保萬無一失,凡是有操作需求的工人都不得徒手觸摸,因為誰也不敢保證手上沒有傷口,那麼是手掌某個部位被蹭破一點皮都會失去對α(阿爾法)射線的屏蔽作用,雖然這種短時間且小劑量的照射不會致命或者致病,但是被照射的受傷部位長期流膿不止也是一件讓人非常頭疼的事,心理素質稍差一點的人搞不好還會自己嚇自己,弄得得連飯都吃不下,覺也睡不著。

▼下圖為正在鑄造武器級濃縮鈾合金錠的鈾濃縮廠工人。


兵器知識譜


鈾235 鈈239的半衰變週期都是十萬年以上的,放射的都是阿爾法粒子,阿爾法粒子攜帶的能量比較低,連皮膚的表皮都穿不透,發生裂變後發射的是伽馬射線,伽馬射線可以穿透幾十公分厚的鋼板,裂變過程中也會生成一些半衰期極短的元素,這些元素會很快衰變並釋放出很大的能量.


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