算點東西,跟核輻射有關系,供大家討論
起因是眾所周知的最近又有貧鈾彈的消息了,部分想法來自于知乎的一篇回答:
貧鈾彈是什么?有何危害? - 知乎用戶Li05Jc的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/20762202/answer/28980943
具體新聞不展開說,我就說說計算結(jié)果吧。
貧鈾彈中的鈾元素,主要是鈾234,鈾235,鈾238。鏈接中的原文給出了鈾235和鈾238的數(shù)據(jù),抄錄如下:
“
U238參數(shù):
半衰期 45億年
原子質(zhì)量 238
衰變能量 4.27MeV/次
U235參數(shù):
半衰期 703,800,000 years(7.038億年)
原子質(zhì)量 235
衰變能量 40.9MeV/次
作者:知乎用戶Li05Jc
鏈接:https://www.zhihu.com/question/20762202/answer/28980943
來源:知乎
著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者獲得授權(quán),非商業(yè)轉(zhuǎn)載請注明出處。
”
上面的原文是原作者在英文wiki找的,當然現(xiàn)在不好上去了,所以可以去布魯克海文給的數(shù)據(jù)庫看看:www.nndc.bnl.gov/nudat3/




按照布魯克海文的數(shù)據(jù),鈾234,鈾235,鈾236,鈾238的一些信息如下:
它們仨進行的都是α衰變。
鈾234:半衰期?245,500年,一個它的原子核衰變釋放4.85757MeV的能量
鈾235:半衰期 704,000,000年,一個它的原子核衰變釋放4.67817MeV的能量
鈾236:半衰期 23,420,000年,一個它的原子核衰變釋放4.53709MeV的能量
鈾238:半衰期 44,680,000,000年,一個它的原子核衰變釋放4.269921MeV的能量
(顯然那個作者的鈾235的衰變釋放能量(Qα)的數(shù)據(jù)是錯的)
放射性同位素的衰變,留下來的原子核的數(shù)量是指數(shù)變化的,但是鈾234,鈾235,鈾236,鈾238半衰期都很長,所以相比較于漫長的半衰期來說,前幾百年的衰變你近似成均勻的也能做一下估計。
大概就是這個示意圖

直線表示均勻變化,曲線表示指數(shù)變化,剛開始的時候,兩者的變化率很接近,而且指數(shù)函數(shù)減少的更快(更多的放射性原子核衰變,輻射更多)。平均值估出來的結(jié)果和鈾的三種放射性核素被釋放到環(huán)境中的早期接近,但是實際情況比估出來的值嚴重。
接下來就可以算了,我們假設1克(電子的質(zhì)量我覺得也可以忽略不計)的鈾234,鈾235,鈾236,鈾238衰變,過了各自的半衰期后,衰變0.5克,剩0.5克,那么這個過程里平均到每年,發(fā)生衰變的原子核數(shù)量是:(B站寫符號麻煩,我就貼Mathematica的截圖吧)

對應的每年衰變釋放的能量是,單位焦耳/年(J/yr),計算中涉及到兆電子伏和焦耳的換算

一套計算下來,估算出來的就是鈾的三種同位素,衰變1克平均每年釋放了多少能量。
評估人體受到的輻射,還需要對人體按照質(zhì)量進行分攤,我們就按照知乎這位用的60千克吧。

大家注意了,單位質(zhì)量物質(zhì)受輻射后吸收輻射的能量,就是吸收劑量,它的單位是戈瑞(Gy),也就是焦耳/千克(J/kg)。也就是說,1克的鈾234,鈾235,鈾236或鈾238在一個半衰期中,每年衰變釋放出的能量平攤到一個60千克的人身上,每年就是上面給的結(jié)果這么多。
但是,吸收劑量和劑量當量是不一樣的,前者說的是物質(zhì)吸收輻射能量,但是不同的射線對于人體的損害程度是用后者衡量的。對于α射線內(nèi)照射人體,還應該考慮人的修正因數(shù)N和α粒子的輻射品質(zhì)因數(shù)Q,人體的N=1(表示人體各部位受到均勻照射),α粒子的Q=20。

乘以人體的修正因數(shù)N和α粒子的品質(zhì)因數(shù)Q,得到的結(jié)果

這個單位就是希沃特/年了,上述的計算結(jié)果,就是1克的鈾234,鈾235,鈾236或鈾238進入人體后,在第一個半衰期內(nèi),每年發(fā)生(234U→α+230Th,235U→α+231Th,236U→α+232Th,238U→α+234Th)的輻射劑量當量,衰變產(chǎn)物依然會繼續(xù)衰變,但是在早期,產(chǎn)物很少,衰變的更少,我們暫時沒有計入。
按照貧鈾中,
鈾234,0.001%
鈾235,0.20%
鈾236,0.0003%
鈾238,99.8%
的上述比例拼出約1克貧鈾(微量的鈾234和鈾236就當是附加的吧)
得到結(jié)果

1克貧鈾進入人體,僅考慮鈾元素的衰變,人體一年受到的輻射的劑量當量是0.0801218希沃特,因為希沃特/年這單位太大了,用我們熟悉的毫西弗就是80.1218毫西弗/年。
對比一下,我國規(guī)定的公眾所受輻射的劑量當量上限是5毫西弗/年,人在自然界受到的大氣中以及宇宙射線的輻射的劑量當量是3.5毫西弗/年。
就上述的計算結(jié)果來看,1克貧鈾進入體內(nèi)一年的輻射的劑量當量就是我國標準的16倍,這還是我們的估算值偏低并且不考慮衰變產(chǎn)物進一步衰變的情況下。所以,誰用貧鈾彈,我都咒他不得好死?。?!