为什么铅衣服可以阻挡核辐射?

答:铅是元素周期表中原子序数最大的非放射性元素,密度很高(11.33 g/cm3),所以能很好地屏蔽核辐射。

铅服是一种能有效屏蔽辐射的服装。在做一些放射性检查时,医生可能会用铅衣保护非检查部位,以免损伤重要器官。

核辐射有三种,即:α射线、β射线和γ射线。

(1)α射线的本质是氦核,氦核有两个单位正电荷,质量大,所以很容易被屏蔽,一张白纸就能完全屏蔽。

(2)β射线的本质是电子流,带单位负电荷,质量很小。因为常规物质是由核内和核外电子组成的,所以β射线也很容易被屏蔽,几厘米厚的空气或普通金属就能完全屏蔽。

(3)伽马射线的本质是高能光子,不带电荷,动态质量非常小,穿透力很强。

因此,在三种核辐射中,γ射线是最危险的,会对人体细胞造成严重的不可逆损伤。除此之外,中子辐射也是致命的。

为了屏蔽伽马射线和中子辐射,需要使用能够吸收射线的物质。本质上,任何物质都有吸收射线的概率,只是吸收射线的能力差别很大。

对于一个原子来说,原子内部的原子核越大,原子核外的电子就越多,同样厚度下就越容易阻挡伽马射线和中子辐射的传播。铅是原子序数最大的非放射性元素,密度高达11.33 g/cm3,因此能有效吸收伽马射线和中子辐射。

铀的原子序数较高,密度较大,能更好地吸收伽马射线和中子辐射,但铀本身会衰变,所以不适合屏蔽核辐射;一些贵重元素,如金、铂等。的密度比铅大,但它们本身的价格太高,不能用于大面积屏蔽辐射。

混凝土也是屏蔽伽马射线和中子辐射的有效材料,所以在重要的军事场所,建筑物都被厚厚的混凝土包裹着,重要的地下房间都被几十米厚的混凝土保护着。

很多东西都可以阻挡核辐射,哪怕是一张纸。并不是所有的核辐射都需要用铅来阻挡。

铅主要用来阻挡伽马射线(伽马射线),伽马射线是一种高能射线,属于电磁波范畴。当它与原子接触时,很容易导致原子的电子获得能量,然后跑掉。这个过程叫做电离。铅的原子密度大,原子序数高(也就是说它有很多电子),所以铅成为阻挡伽马射线的良好屏障,非常适合散射伽马射线或X射线,防止它们对人体造成伤害。

但是核辐射的种类不仅仅是伽马射线,还有其他核辐射。其中一些核辐射可以被一张纸阻挡,但另一些则需要厚厚的水泥来屏蔽,而不是铅。因为这个时候铅不好用。

要了解这是为什么,我们需要了解一些关于核辐射的知识。那么你需要多一点耐心来读下面的话。

核辐射到底是什么?

图示:核辐射是在原子衰变过程中产生的,重元素自发变成相对较轻的元素。

直到大约100年前,物理学家偶然发现某些元素是不稳定的,它们神奇地从一种元素变成了另一种元素,就像科学版的“炼金术”,当然不是从黄铜变成黄金,恰恰相反,是从“黄金”变成了“黄铜”!这种变化的规律总是从较重的元素原子向较轻的元素原子变化!所以我刚才说这个变化是从金变成黄铜,因为金原子比铜原子重。当然,不要担心你的金条、戒指和耳环。它们非常稳定,不会改变这个元素,当然也不会释放有害的核辐射。

核辐射是重元素变成轻元素过程中释放的能量和粒子,构成核辐射。

具有这种性质的元素也称为放射性元素。放射性元素的变化称为放射性衰变。铀是这种元素的最好例子。它是自然界中最重的放射性元素。所有比铀重的元素都不稳定,都有放射性。

放射性衰变是一个自然过程。放射性同位素的原子会通过三种常见过程之一自发衰变为另一种元素:

在这个过程中,会产生四种不同的辐射:

首先,放射性原子的自然衰变是自然界的一部分,所以它们是“自然的”,但所有的放射性元素对生物都有潜在的危险。阿尔法粒子、贝塔粒子、中子、伽马射线都称为电离辐射。这是因为当它们与原子碰撞时,原子核周围的电子可以被撞开,电子跑掉了。这个过程叫做电离,就像妻子逃跑一样。这会让我们的细胞乱七八糟,导致基因突变或者直接死亡。

如何阻止核辐射

α粒子很大,本质是高速运动的氦核,很容易被阻挡。其实只需要一张纸或者几厘米厚的空气就足以阻挡,失去动能就失去了对人体的伤害能力。所以只产生α粒子的核辐射,只要你离它稍微远一点,对人体的影响就不大。

图示:粒子甚至无法穿透一张纸或几厘米的空气。

说明:就是因为这个东西安全。所以最常用的烟雾报警器用的是放射性同位素镅241,只能释放α粒子。它产生的α粒子可以电离空气,这些电离的空气被正负电极吸引,撞击正负电极,产生微弱的电流。如果烟雾进入电离室,就会中和这些电离空气,当电流下降时烟雾报警器就会开始报警。

但如果你吸入或食用了这种放射性元素,它就是死的。这时候高速α粒子直接从身体攻击你,你就有可能得癌症。最臭名昭著的元素是放射性氡,它是一种气体。吸入它后,它释放的α粒子直接轰击你的肺细胞,可能导致肺癌。不吸烟者患肺癌,氡可能是潜在的罪魁祸首。但有些地方还是以放射性氡泉为卖点吸引游客,欢迎大家来洗澡。在我看来,这就是死亡。

β粒子的本质是高能电子,比粒子小很多,所以穿透力更强。但是电子毕竟还是有固体亚原子粒子的,所以一块铝箔或者有机玻璃就足够阻挡了。事实上,旧的传统电视屏幕是通过使高速电子轰击磷光体,即人工核辐射而发展起来的。而传统电视机除了损害视力外,对人体健康没有直接影响。至于被电视广告弄成傻逼,看电视加炸鸡啤酒,和高速电子本身没有直接关系。但如果吃了或吸入了能释放β粒子的放射性同位素,那就真的死了。

γ射线和X射线的射程有重叠,但简单来说是高能X射线,穿透力远远超过α粒子和β粒子,所以需要铅来阻挡。

图示:中子诱发核裂变是原子弹和当前核电站运行的原理。在这个过程中,裂变的原子会释放出更多的中子,如果条件合适,裂变可以继续。

中子缺乏电荷,所以高速中子穿透力很强。阻挡高速中子的最好方法是用极厚的混凝土层或水、燃油等液体来阻挡。目前,核电站利用中子撞击重元素的原子核实现核裂变并释放能量,而阻止这些高能中子造成生物伤害的途径是水、油和厚厚的混凝土层。

图示:阻挡高能快中子的三种方案。

1.首先是镉板屏蔽,然后是铅屏蔽,最后是含硼酸的水溶液。

2、先用镉板屏蔽,再用铅屏蔽,最后用混凝土屏蔽。

3.先用水堵,再用镉板堵,解决问题。这是最简单、最便宜的解决方案。

图示:中国第三代商用大型商用压水堆核电站,浸泡在高压水中的核反应堆。

冷战时期,美苏曾想过发展中子弹(一种低当量的小型氢弹),依靠大量高速中子和伽马射线杀伤装甲武装人员,是大规模摧毁坦克和装甲战车群的最佳选择。

图示:中子弹试验

中子弹的杀伤范围远远超过其他武器。此外,中子与装甲的相互作用会使装甲具有放射性,暂时无法使用(通常为24-48小时)。比如M-1坦克装甲中就有贫铀,被中子轰击后能发生快速裂变,成为高放射性物质。

图示:反核战争运动中的口号,反对发展新型核武器中子弹。第一颗中子弹于1974年加入美国兵工厂。

世界上所有能量的表达都是通过电磁波来实现的,核辐射也是一种电磁波,是由原子的核变化产生的,主要包括α、β、γ三种射线。

我们如何阻挡这些射线?

其实任何物体都可以,只是阻挡能力不同。比如1mm铅板的屏蔽效果等于6mm铁板,等于12cm厚的实心砖块。

核电站周围的辐射屏障不是铅做的,只是混凝土。只要足够厚,任何光线即使有很强的穿透能力也会被阻挡。

为什么光线被挡住了?

一切都是由原子构成的,代表辐射能的光子在穿过物质的“原子阵列”时会被这些原子吸收。在这个过程中有三种效应:光电效应、康普顿效应和电子对效应。

简要解释这三种影响:

光电效应:光子将能量转移给核外电子,自己消失;

康普顿效应:光子与电子碰撞,部分能量转移到电子上,使电子反冲,而光子本身携带的能量和传播方向会发生变化;

电子对效应:光子穿过原子时,受到原子核的库仑力吸引,转化为1正电子和1负电子,迅速湮灭。

那么为什么要领导呢?

因为铅的密度高,也就是铅内部原子的质子数和电子数足够密集,所以比较难通过。

那为什么不是其他密度更大的物质呢?

其他高密度的物质要么非常难获得,要么非常珍贵(比如黄金)。相比之下,铅已经是最理想的选择了。

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铅屏蔽是指使用铅作为辐射防护,以减少对人或物体的有效剂量。由于铅的高密度和高原子序数,它能有效地减弱某些种类的辐射。原则上,它对屏蔽伽马射线和x射线是有效的。

铅的高密度是由它的高原子质量和它的相对小的键长和原子半径的组合引起的。高原子质量意味着需要更多的电子来维持中性电荷和小的原子半径束缚长度,这意味着许多原子可以组装成特定的铅结构。由于铅的密度和大量的电子,它非常适合散射X射线和γ射线。这些射线形成光子,这是一种玻色子,当它们与电子接触时,会被赋予很强的穿透力。没有铅屏蔽,人体内的电子会受到影响,可能会损伤人体DNA,导致癌症。当辐射试图穿过铅时,铅的电子吸收并散射能量。然而,铅最终会因暴露在能量中而降解。然而,铅并不是对所有类型的辐射都有效。高能电子(包括中子辐射)可能会引起轫致辐射,对组织的危害比原来的辐射更大。此外,铅不是特别有效的中子辐射吸收剂。

铅用于屏蔽x光机、核电站、核实验室、军事设备和其他可能遇到辐射的地方。有很多种屏蔽可以用来保护人,也可以用来屏蔽设备和实验。个人防护包括铅衣(如牙科手术中使用的x光防护服)、防护屏和铅手套。实验室设备也有各种屏蔽装置,包括铅块制成的结构和用于储存和运输放射性样本的厚容器。

疑似被屏蔽!是因为你被拘留了吗?这门科学足够严谨。