主题：起个头：核电站事故与我们的对策 -- 王二狗
家园 翻译的有些问题……当然，提出的某些问题其实是所以核电都要 面对的。
家园 一 核污染里辐射的主要来源：衰变 首先，啥是放射性，lier同学前几天贴了一个祥瑞的帖子，正好解释了这个问题：辐射伤害知多少？（上）
简单实用地说：我们现在讨论的辐射，指的是核子反应中释放出来的高能辐射，而不是手机微波炉电灯之类的低能辐射。我们讨论的辐射是有能力严重损害人的身体的。
核辐射的来源主要是两种：核反应和核素衰变。
核反应主要就是核反应堆或者核武器里的裂变或者聚变反应，一般是相当快速剧烈的反应，产生的各种辐射自然也很强。
在正常核裂变反应堆里进行的是可控的恒定的链式反应。在失控条件下，链式反应也可能会继续。并且由于控制失效，甚至可能达到比较剧烈的程度，但是由于对反应堆结构造成破坏，这种事故性的链式反应应该不会持续很久。
在核反应堆事故里，我们应该一般遭遇不上爆炸级别的链式反应。主要原因是核反应堆里的核燃料浓度不足，达不到产生指数放大的链式反应的临界条件。所以假如有人说福岛电站将要发生核爆炸，我们尽可以表示怀疑。
1986年的切尔诺贝利电站，当时发生的情况是核燃料棒熔融，并且破坏了耐压壳体，造成核泄漏，同时作为减速剂的石墨被高温点着发生火灾，产生了大量的粉尘，加剧了核污染。现在的福岛，具体情况尚不清楚。不过在最坏的情况下，也是耐压壳被里面的高压所破坏，产生压力爆炸，并不是核爆炸。
衰变则是任何放射性核素必然要经历的过程，可快可慢，可以很剧烈，也可以很缓和。很缓和的，比如说碳14，它衰变的半衰期是5700年左右，放出来的beta射线最高能量0.156兆电子伏特，刚刚够穿透人体表皮的死皮，还得要求该同学皮比较嫩。强的呢，比如说医院的化疗放射源钴60，半衰期1925天，放出的beta射线最高可以有2.8兆电子伏的能量，足够穿透皮下组织达到人体脏器。报纸上曾经登载，某人在工地玩耍，捡到一块不知是医用还是工业用的钴60放射源，把玩两三天，开始出现呕吐腹泻，然后就死了。
提一句，半衰期这个概念可能会被误解，有人大概会以为说半衰期30年就是说30年以后这东西就快没了。其实不是这样。半衰期的定义是初始反应物，一半转化为产物所需要的时间。
就是说，一公斤铀235，过一个半衰期，剩半公斤铀235(少了的半公斤经过几步反应，最终要变成铅)，这半公斤再过一个半衰期，剩250克……过10个半衰期，就剩下2的10次方分之一，大概1克U235了。这是个对数曲线，在物理化学里，遵守一级反应的动力学（核素自然衰变是极其典型的一级反应）。
在处理核废物方面，对于一些量比较小（例如1毫居里）的核素，一般认为等衰变10个半衰期以上，就可以认为基本衰变完全，可以做抛弃处理了。对于辐射能量比较高，量比较大的核素，当然需要更长的时间来等它们衰变。要是衰变的产物也是放射性核素，那还得看这些产物的半衰期有多长，得一直等到它们衰变到全变成稳定的非放射性物质为止。
在利用U235的核反应堆的裂变产物里，有些半衰期可以长达百万年计，例如碘129，半衰期可以达到1570万年，除非通过人工核反应消灭掉，等它自然衰变没自然是遥遥无期的。在核事故发生时，在最坏的情况下，比如反应堆超过额定压力发生爆炸，这些乱七八糟的东西就会被抛射出来，唯一的清除办法就是派人或者机械去现场仔细清除任何粉尘，然后深埋。
而U235的自然衰变呢，U235自己半衰期是7亿年，放出能量可达4.679兆电子伏特的alpha粒子和一些gamma射线，衰变以后首先产生一个半衰期25小时的钍231，然后钍231变成镤231。镤231这家伙的半衰期是32760年，当然比7亿年短多了，在动力学计算里，就忽略了吧。呵呵。在镤231之后会进入一系列的短半衰期核素，最后变成铅207。
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 请问半衰期 半衰期受重力和外部辐射环境影响么？
我们现在测定的都是在地表完成的，在太阳表面会不会不一样？
外部辐射诱发的衰变，计入半衰期么？测一毫克的铀235，一克的U235，会有不同么？或者说是设定背景辐射水平的？
- 复 请问半衰期
家园 非核物理专业的试着回答一下 翻出了本科时用过的核物理教科书做参考，试着回答一下你的问题。
首先，四大相互作用中，引力相互作用在亚原子世界可以忽略，引力太微弱，太阳的引力场所导致的广义相对论修正是可以忽略的。
其次，（以下抄书）放射性核素的数目随时间的衰减服从指数规律。。。。。。。半衰期是描述放射性核素的内部固有特性（由核素的结构和相互作用性质决定）的参数，和核素现有取样的多少无关，一般来讲和核素所处的环境无关。（抄书结束）。
所以，1mg的U235和1gU235的半衰期是一致的。
对于这里的“一般来讲”，我的理解是，链式反应、中子轰击什么的引发的衰变不符合指数衰减，不需考虑。但需要考虑被测量的原子核是否做高速运动，若原子核相对观测者做高速运动，则这种情况下，狭义相对论不能忽略，必须引入洛伦兹变换来计算。这时的粒子在其本身的参照系中半衰期保持不变，但观测者会观测到半衰期变长的现象。
半衰期是一个时间量，物理上不存在绝对时间，所以一旦涉及到高速运动，就得考虑狭义相对论修正，一旦涉及到超强引力场——比如中子星白矮星什么的，就得考虑广义相对论修正了。实际上，在这本课本中，专门用了一章附录《相对论粒子碰撞动力学》来讨论狭义相对论对高能粒子物理的修正。
PS一点有意思的笔记（以下抄书）
自然界只存在三个天然放射性系列，分别是钍系，铀系和锕系。因为他们的领头元素钍232、铀238，铀235所对应的元素半衰期都与地球年龄相当，所以，在地球形成之初如果存在的话，今天的地壳中就可以找到这一系的元素。
钍系 Th232 半衰期140亿年 同位素丰度100% 最终产物Pb212铀系 U238 半衰期45亿年 同位素丰度99.28% 最终产物Pb206
锕系 U235 半衰期7亿年 同位素丰度0.72%最终产物Pb207
（抄书结束）
无论什么放射性元素，最终都变成了铅，真是“无贵无贱，同为枯骨”
参考书籍：中国科学技术大学近代物理系 《近代物理课本丛书：核与粒子物理导论》 主编：许咨宗（教我们的教授，科大58级的，两弹一星工程的参与者，很和蔼的老人家。
）关键词(Tags): #核物理 同位素 放射性 半衰期， - 复 请问半衰期
家园 可以认为半衰期是稳定的 记得大学的时候学过的，是原子核自身的性质，与外界环境无关，因此可以一些物质中元素的含量推算存在的年代。不过这也是大量原子的行为，如果讨论单个原子的半衰期，是没有意义的，可以认为是概率。
- 复 请问半衰期
家园 这个我就不懂了，得等学物理的来解答 按我的理解，衰变本身是一种核素的固有性质，半衰期本身是个概率量，是大量微观粒子的量子行为的统计,所以在恒定的时空点上，应该是个定值。但是根据相对论，具有不同重力势能的点上的时间度量是不同的。因此处于重力场里不同重力势上的相同核素，衰变的速度应该不同，因为时间的快慢不同了。所以如果铀235分别在地球和太阳的表面衰变，我觉得它们的衰变速度是有差异的。
不过核素的半衰期究竟有多稳定，这个我不清楚。也许半衰期本身的波动就可以大大超过一般情况下重力场导致的时间压缩效应，那样的话，讨论重力对半衰期的影响，意义就不是很大了。
假如核素吸收外部辐射，然后发生变化，我理解这就是核反应的范畴了，发生的变化应该不能算作衰变的。
另外衰变的半衰期跟初始总量是无关的。一级反应是严格的对数曲线，所以任意取一个起始点，经过一个T1/2，反应物都是要变成先前的一半。当代的尖端物理学对这些过程认识到什么程度，我不了解，不过至少一般谈到的核素衰变是这样的。
家园 链式反应 链式反应只在裂变出現, 聚变是沒有的
裂变時一個核子被中子打成2個, 另加一粒中子
这樣就有2個中子了, 就是說可以打碎另外2個核子
如此類推, 一次一次打下去, 就叫链式反应
聚变嘛, 高温高即可, 不用中子, 也不用一次一次的打, 所以不算链式反应
家园 呵呵，铀衰变那有点容易让人误解 “剩半公斤”可能会被人理解成半公斤的质量都消失了，那还了得。。。。容易跑路的衰变产物也没那么多。
家园 是，应该确切的说，是剩半公斤铀235 多谢指出
家园 有个疑问 主要原因是核反应堆里的核燃料浓度不足，达不到自发产生链式反应的临界条件。
——反应堆不就是靠链式反应来发热吗？插入控制棒，可以中止链式反应，那如果控制棒出现问题，链式反应不就又自动开始了吗？
还有，乏燃料棒的发热，和链式反应有关吗？
- 复 有个疑问
家园 文章做了相应改动 把链式反应改成“爆炸级的链式反应”和“指数放大的链式反应”。多谢指出。
- 复 有个疑问
家园 我理解主要是速度上的差别 好比点煤块和点汽油，都是化学能放热，速度可差多了。所谓链式反应简单点说就是平均来讲每个铀核裂变放出的中子可以激发大于1个的另外铀核的裂变，然后就指数增长了，正好是1个的话，旧的不去新的不来，所以裂变放能的功率基本稳定。控制棒一般是含硼、镉之类的比较容易吸收中子的物质的东西，通过调节控制棒进入堆芯的程度（或者直接注含硼的溶液）来控制堆内中子的密度，进而影响裂变的铀原子的数目，从而达到控制功率的目的。如果出现故障，控制棒无法插入堆芯或者掉出来了，那自然就会反应速度增加，快到什么程度就取决于现时现地的情况了，但是无论如何也不可能发生核爆炸，因为反应堆用的核燃料浓度与武器级核燃料相差甚远，即使有融成一大块儿(谓之达到或超过临界质量)的趋势，也会由于放能剧烈而被瞬间打散。
- 复 有个疑问
家园 的确，核反应堆里是链式反应 你说的完全正确。在控制棒进不去的情况下，链式反应会继续。我应该更确切的说，是核爆炸无法发生。偷懒了。
爆炸核燃烧的根本区别就是激烈程度。在核爆炸这里也一样。要达到核爆炸的程度，有好几个条件需要满足，最重要的一个指标是增值系数。以裂变为例，我们知道铀核裂变是由吸收一个中子开始的，裂变产生两个新原子核加两个新中子。然后这两个中子要是能被附近的铀核吸收，发生两个新反应，那就又出现4个中子，这就是一个理想的倍增过程，增值系数是2。
倍增效应使得反应可以在很短的时间内扩大很惊人的倍数，这就造成了剧烈的爆炸。比如广岛核弹，在百万分之一秒内，倍增了81次，引起了3后面跟24个零个裂变反应（自己算，呵呵）。假如不能维持一个高效的指数倍增，那么链式反应就不能达到核爆的效果。
而核弹之所以能达到高的倍增效应，最根本的原因是由于它用的核装料有很高的浓度，U235的浓度要达到90％左右，所以中子被有效的核素（U235而不是U238）捕获的几率就大，而不是被白白浪费掉，这才能保证很高的增值系数。另外核弹里还采取了反射中子的手段，这是为了在尽量少的核装料上达到核爆的条件。
在核反应堆里，正常的条件下，基本上，中子的增值系数是维持在1左右的：裂变里消耗一个中子，就产生一个可被吸收的中子，去引发下一个裂变，所以反应的强度基本是恒定的。那么失控的条件下又如何呢？
以核反应堆的核材料浓度，是达不到远高于1的增值系数的。即便在失控条件下也达不到。实际上，核反应堆已经被设计成可以尽量高效利用核材料的状态，即使在最高的反应强度下（比如控制棒完全抽出，也就是像失控的样子），一个完好的反应堆也达不到核爆炸的水平。而在一个损坏的核反应堆里，在产热大大超过冷却剂能带走的情况下，可能会发生压力爆炸，如果爆炸的力量还破坏了反应堆的堆砌结构，那么还会降低核材料的密度，结果链式反应会自然停止。
在堆芯熔融的情况下，核材料也许会变得比正常情况下更加密集。不过还是那句话，核材料浓度不够，反应的强度还是达不到产生爆炸的要求。
反应堆受控和失控的区别，大概就像壁炉和房子失火的区别；而失控的反应堆和核弹的区别，大概就是失火的房子和航空炸弹的区别——再怎么烧，木头毕竟不是TNT。大概是这个意思。
其实也可以这么想，北朝鲜的小胖，费了那么大的劲都做不出来一个真正的核爆炸，而他家核反应堆还是有的。可见并不是把核反应堆往那里一扔，把冷却剂一抽就能当核弹使。
乏燃料棒里的核燃料已经大部分消耗，而且单个放置的时候根本达不到进行链式反应的临界体积。它的发热是由于衰变，而且发热功率跟链式反应是没法比的，用静态的水池就足够降温了。