認識放射性礦物(整理完畢)
輻射劑量(mSv) | 影響和標準 |
0.05 | 核電站工作人員一年累計輻射。 |
0.1 - 0.3 | 做一次X射線胸部透視的劑量。 |
0.2 | 乘飛機從東京到紐約之間往返一次的劑量(宇宙射線和飛行高度有關)。 |
1.0 | 一般公眾一年工作所受人工放射劑量(ICRP推薦)從事輻射相關工作的婦女從被告知懷孕到臨產所受人工放射劑量極限。 |
1.2 | 與1天平均吸1.5盒(30支)紙煙同居的被動吸煙者一年累計輻射[7]。 |
1.5 | 日本人一年累計所受輻射。 |
2.0 | 從事輻射相關工作的婦女從被告知懷孕到臨產腹部表面所受人工放射劑量極限。 |
2.4 | 地球人平均一年累計所受輻射(宇宙射線0.4,大地0.5,氡1.2,食物0.3) |
4 | 一次胃部X射線透視的劑量。 |
5 | 從事輻射相關的婦女工作者一年累計所受輻射法定極限。 |
6.9 | 1次CT檢查 |
7 - 20 | CT全息攝影。 |
10 | 日本原子力安全委員會所制定「室內避難」的輻射劑量。 |
13 - 60 | 1天平均吸1.5盒(30支)紙煙者一年累計[7][8]。 |
50 | 從事輻射相關工作者(非女性)一年累計所受輻射法定極限。日本原子力安全委員會所制定「避難」的輻射劑量。自衛隊員,消防員,警察(婦女除外)一年累計所受輻射法定極限。 |
100 | 已證明對人體健康明顯有害的輻射劑量極限從事輻射相關工作者(非女性)五年累計所受輻射法定極限。從事輻射相關工作者(非女性)在緊急狀況下從事一次作業所受輻射法定極限[9]。 |
250 | 福島第一核電站事故現場人員暫定輻射劑量上限。白血球減少。 |
500 | 淋巴球減少。國際放射防護委員會規定除人命救援外所能承受的輻射極限。 |
1,000 | 出現被輻射癥狀。噁心,嘔吐。水晶體渾濁。 |
2,000 | 細胞組織遭破壞,內部出血,脫毛脫髮。死亡率5%。 |
3,000 - 5,000 | 死亡率50%(局部被輻射時3,000 : 脫毛脫髮、4,000 : 失去生育能力、5,000 : 白內障、皮膚出現紅斑)[10]。 |
7,000 - 10,000 | 死亡率99%。 |
10,001以上 |
當短時輻射劑量低於 100mSv 時,醫學上觀察不到對人體的確定性效應,即明顯的組織損傷;當劑量超過 4000mSv,在沒有醫學監護的情況下,有 50% 的死亡率,而當劑量超過 6000mSv 時,則可致命。 國際輻射防護委員會規定放射性工作人員全身均勻照射的年劑量應該低於 50mSV,普通居民應該低於 1mSv。為防止隨機效應,我國放射衛生保護基本標準中規定,放射性工作人員受到全身均勻照射時的年劑量當量不應超過 50mSv,公眾應該低於 5mSv(如果長期持續受到放射性照射,則年劑量不應超過 1mSv)。以上限制都不包括天然本底輻射和醫療照射。 另外,公眾成員的皮膚和眼晶體的年劑量當量不應超過 50mSv。 對健康產生影響的放射性指標中有短期輻射和長期累積輻射兩項,短期輻射的上限是 100mSv,長期累積輻射是每年 1mSv,偶爾的年份可以達到 5mSv。這就好比溫度,人可以承受短時的高溫,但長時間(24小時以上)能接受的溫度就要低得多得多。 核輻射對人和生物的傷害,與核輻射的劑量、人們暴露於核輻射的時間以及核物質的半衰期有關,雖然嚴重者可立即致死,但具體而言:當短時輻射量低於 100mSv 時,對人體幾乎沒有危害。下圖就是一個很好的例證:國外科學家帶著橡膠手套直接捧取純金屬鈈塊,難道他在拿生命開玩笑?唯一的解釋就是短時間鈈的體外接觸,不足以危害他的健康。無獨有偶,英國女王伊莉莎白二世訪問哈維爾核子實驗室時,就曾受邀觸摸了一塊以塑料包裹的鈈環,以體驗其「溫暖」的感覺。 純鈈或純鈾的放射性到底如何呢?雖然我沒有相關資料,不過可以先看下面的視頻:[media]http://player.youku.com/player.php/sid/XMzkxMTc3MzE2/v.swf[/media]//v.youku.com/v_show/id_XMzkxMTc3MzE2.html 這是一個放射性礦物(各種鈾礦)的展示(沒有特殊保護措施),實測的最高輻射值為 29.9 μSv/h,遠低於 100mSv 的短期輻射標準,即使你在這些放射性礦物面前呆一個小時,受到的累積輻射也只有 29.9μSv(0.03mSv)。我見過對一些瀝青鈾礦(含鈾 42-76%)的零距離檢測,輻射值大概在 400 μSv/h,由此可以估計一下純鈾的放射水平,你大概就不會對那位科學家的「壯舉」感到喫驚了。在那張圖片中,金屬鈈所釋放的 α 射線和大部分 β 射線已被阻擋,只能感受到 γ 射線的溫暖感覺了。別忘了鈈的半衰期是 8200 萬年,鈾-238 是 45 億年,它們都是非常緩慢的釋放著這些射線,和那些幾年、幾天乃至幾小時就衰變掉的放射性核素的輻射強度相比簡直是天壤之別。不要想當然地以為接觸到鈾,皮膚就會被灼傷、細胞壞死,這也許是電影或者小說中的情節。 內照射 內照射是放射性核素進入生物體(常通過呼吸道和消化道),使生物受到來自內部的射線照射。對 γ 射線來說,因其射程長、穿透力強,內照射與外照射並無多大差別;而對於 α 和 β 射線,在體外大部分被阻擋,一旦進入體內,將會引起極高能量的局部吸收,導致特異的生物學效應,引起細胞損傷和癌變。事實上,在體內造成最大傷害的是 α 射線,因其電離作用最強。由於放射性核素只有全部從體內排出或全部衰變完後,對機體的照射作用才停止,其有效累積劑量可能大於 1.0Sv。 內照射的典型案例就是美國使用貧鈾彈而導致戰鬥和非戰鬥人員的慢性放射性疾病。 貧鈾的主要成分是提煉鈾-235 後剩下的鈾-238,鈾-238 的放射性較低,釋放 γ 射線的能力較弱,所以不像鈾-235 那樣危險。但鈾-238 釋放 α 射線的能力很強,只比鈾-235 稍弱。只是 α 射線的穿透力是最差的,在空氣中只能前進幾釐米,不能穿透人的皮膚,所以如果是外照射,鈾-238 的危害不大。一般情況下,用普通的橡皮手套就可以完全杜絕鈾-238 的輻射危害。特殊情況下,短時間用手拿起鈾-238 也不會造成嚴重後果。當然,如果長時間直接接觸鈾-238,也會損傷人的皮膚。 鈾是自然界比重最大的物質,所以貧鈾被美國以及北約用於製造威力強大的穿甲彈。正常狀態下未使用的貧鈾彈一般是無害的,只要按照正常的保存和運送方法。但是貧鈾彈在被使用後,其嚴重危害性就會全部暴露出來。穿甲彈的貧鈾彈芯在擊中目標後的高溫中會劇烈燃燒,同時產生大量煙霧和粉塵,隨空氣流動而四處飄散,通過呼吸道進入人體內,或者沾染到泥土、水源和植物上。我們知道,由於有空氣、衣物和皮膚的阻隔,貧鈾的射線不會從外部對人造成較大危害。但是如果這些粉塵進入人體就是完全另外一種情況了。鈾-238 微粒可以直接作用於脆弱的內臟器官,α 射線會近距離地給細胞造成嚴重危害,導致癌症和其他癥狀。由於貧鈾粉塵都是從消化道和呼吸道侵入,所以這些部位的器官最容易產生病變,比如鼻癌、肺癌、胃癌等。如果攝入太多粉塵的話,這些有毒微粒還會通過血液進入肝臟、腎臟和骨骼,導致更嚴重的傷害。這些病都是慢性病,病症在5年之內都不會顯現。 最新調查表明,伊拉克戰後的的癌症死亡率是戰前的十倍。其中受害最重的是兒童,癌症死亡率高達千分之十六。美國自己也嘗到了使用貧鈾彈的苦果,所謂的「海灣戰爭綜合症」、「科索沃戰爭綜合症」在一定程度上是由使用貧鈾彈引起的。主要表現為體質下降,心情煩躁、頭痛,肌肉關節痛,睡眠障礙等癥狀。 由此可見,內照射是最嚴重的放射性危害,尤其是 α 射線內照射。放射性物質的體外接觸並不可怕,但要嚴格防範產生內照射的各種隱患:
放射性礦物 天然的放射性礦物其實放射性不是很強,這是因為能形成礦物的放射性核素都具有很長的壽命(半衰期)– 比地球的年齡還長或至少可以和地球年齡相比較。放射性核素的放射性強弱和它的半衰期有非常大的關係,氚的半衰期只有 11.2 年,具有很強的放射性,但仍然沒有放射性藥物中使用的核素 鍀99m 強,鍀99m 的半衰期只有 6 小時,一個單位的 鍀99m 每秒釋放的射線是氚的 16,000 倍,鈈的 7,000,000 倍(當然 鍀99m 的用量極微,目的是殺死癌細胞,短半衰期是為了不在體內殘留放射性)。 自然界沒有鈈礦,是因為鈈的最穩定同位素 鈈-244 半衰期是 8200 萬年(放射性也不是很強)。但對於地球 46 億年的歷史來說,天然的鈈元素已經減半減半再減半了 50 多次,所以無法成礦。 在自然界,只有四種主要放射性核素的壽命可以和地球年齡比較,它們是: 鈾-238(佔鈾總量的 99% 以上,半衰期 45 億年) 鈾-235(不到鈾總量的 1%,半衰期 7 億年) 釷-232(100%,半衰期 140 億年) 鉀-40(佔鉀總量的 0.01%,半衰期 12.8 億年)。由於鉀-40 佔鉀總量的比例太小,鉀元素不被認為是放射性元素。 這就意味著放射性礦物不是含鈾就是含釷。很多稀土礦由於含有痕量的鈾或釷(某些稀土元素是鈾衰變的產物),也具有少量的放射性。另外,鈾和釷的衰變鏈中會產生很多短壽命的其它放射性核素(當然放射性也更強),不過這些放射性核素只以痕量存在,而且較短的半衰期使得它們也都無法聚集成礦。 還有兩種相對常見的放射性核素:鐳-226 和 氡-222,它們都是鈾衰變的產物。氡被認為是最危險的放射性物質之一,因為它是氣體,很容易被吸入肺部造成內照射。幸運的是,氡只有 4 天的半衰期,這樣在建築建造的過程中,天然的氡可以很快衰變為穩定元素,使人們可以放心入住。但 4 天的半衰期也意味著氡有非常強的放射性。 另一種有名的放射性核素是 碳-14,佔碳總量的百萬分之一,半衰期是 5732 年,可用於年代測定。碳-14 的半衰期雖然很短,但宇宙射線與地球大氣的核反應仍然源源不斷的提供著新的 碳-14。由於它是碳元素,它會很快散佈到所有的生命體中。事實上,我們的身體也是天然的放射源(大部分貢獻來自於鉀-40,然後是碳-14,最後纔是鈾及其衰變產物)。 注意我說鈾和釷的放射性不是很強並不意味著它們不危險。放射性物質的危害源於其釋放的多種粒子:β 射線(高能電子)、γ 射線(高能光子)、中子及 α 粒子(高能氦核),它們的穿透力也各不相同。鈾和釷的放射性主要是α 射線,在空氣中只能前進幾釐米,甚至能被紙張阻擋。將放射性礦物放在玻璃或者塑料盒中可以阻擋 99% 以上的放射。α 放射源的危險主要來自於吸入其粉塵(或其衰變產生的放射性氡氣)。 收集放射性礦物的注意事項 只要有適當的保護措施以及預警得當,即使是非專業人士也可以安全地收藏放射性礦物標本。
其它岩石、化石的放射性 有人認為礦物晶體有放射性,所以不如收藏奇石。事實上,岩石都是由各種礦物組成的,如果礦物有放射性,岩石怎麼可能沒有呢?天然放射性元素中,最常見的是鈾和釷,鈾在地殼中的含量比鎢、汞、金、銀等元素還高,其中在花崗巖中的含量更高些,有些花崗巖被檢測出放射性超標的原因就是含有痕量的鈾和鉀-40(顏色較淺的花崗石含有更多的鉀,也就含有更多的鉀-40,所以有人提出要注意哪些淺色的花崗岩石材) 建築行業在對石材的檢測中提及某些花崗巖和大理石具有「強放射性」,超過標準值的 5-6 倍。由於建築中的石材用量巨大,而且裡面的居住和工作的人們和這些石材朝夕相處,極微量的放射性一年累積下來也完全可能超過 1mSv 的安全指標。所以必須嚴格限定,以免對人的健康產生任何潛在的損害。但這些石材的「強放射性」與放射性礦物的輻射強度比起來是微不足道的,如果不是在建築上使用,而只是將這些花崗巖或者大理石作為標本或者奇石收藏,完全可以忽略其放射性,因其含有的放射性物質總量太少了。 有些文章隨便對礦物冠以「極強的放射性」這種不科學的說法,我覺得有點危言聳聽。也有文章提及某些稀土礦物具有「強放射性」,說法也誇張了。稀土元素本身沒有放射性,若其礦石具有放射性也是因為含有痕量的鈾或釷,只是具有微量或者少量放射性而已。放射性礦物的種類含釷礦物 其中有兩種含鈾礦物· THORITE 釷礦 (Th, U)SiO4· THOROGUMMITE 脂鉛釷鈾礦 (Th, U)2(SiO4)2-X(OH)4X· MONAZITE 獨居石 (Ce, La, Th, Nd, Y)PO4含鈾礦物 α 射線是鈾礦的主要放射形式。含鈾雲母中的分子水如果失去部分,會轉變成相應的偏含鈾雲母(Meta-)。· URANINITE 瀝青鈾礦 UO2· AUTUNITE 鈣鈾雲母 Ca(UO2)2(PO4)2·10H2O· URANOPILITE 鈾鈣礦 (UO2)6SO4(OH)10·12H2O· ANDERSONITE 碳鈉鈣鈾礦 Na2CaUO2(CO3)3·6H2O· BETAFITE 貝塔石, 鈮鈦鈾礦 (Ca, Na, U)2(Ti, Nb, Ta)2O6(OH, F)· CARNOTITE 釩鉀鈾礦 K2(UO2)2(VO4)2·1-3H2O· COCONINOITE 硫磷鋁鐵鈾礦 Fe2Al2(UO2)2(PO4)4(SO4)(OH)2·20H2O· META-ANKOLEITE 偏鉀鈾雲母 KUO2PO4·3H2O· META-AUTUNITE 偏鈣鈾雲母 Ca(UO2)2(PO4)2·2-6H2O· META-TORBERNITE 偏銅鈾雲母 Cu(UO2)2(PO4)2·6-8H2O· META-URANOCIRCITE 偏鋇鈾雲母 Ba(UO2)2(PO4)2·6-8H2O· META-ZEUNERITE 偏翠砷銅鈾礦 Cu(UO2)2(AsO4)2·8H2O· PHOSPHURANYLITE 磷鈾礦 Ca(UO2)3(PO4)2(OH)2·6H2O· TORBERNITE 銅鈾雲母 Cu(UO2)2(PO4)2·10H2O· TYUYAMUNITE 鈣釩鈾礦 Ca(UO2)2(VO4)2·5-8H2O· URANOCIRCITE 鋇鈾雲母 Ba(UO2)2(PO4)2·10-12H2O· WALPURGITE 砷鈾鉍礦 (BiO)4UO2(AsO4)2·H2O· ZEUNERITE 翠砷銅鈾礦 Cu(UO2)2(AsO4)2·10-16H2O· BOLTWOODITE 黃硅鉀鈾礦 K2(UO2)2(SiO3)2(OH)2·3H2O· CUPROSKLODOWSKITE 硅銅鈾礦 Cu(UO2)2Si2O7·6H2O· SKLODOWSKITE 硅鎂鈾礦 Mg(UO2)2Si2O7·6H2O· URANOPHANE 硅鈣鈾礦 Ca(UO2)2Si2O7·6H2O· CLIFFORDITE 鈾碲礦 UTe3O9· MOCTEZUMITE 碲鉛鈾礦 Pb(UO2)(TeO3)2· SCHMITTERITE 碲鈾礦 (UO2)TeO3· ZIPPEITE 水鈾礬 K4(UO2)6(SO4)3(OH)10·4H2O稀土礦物 稀土礦物和「垃圾礦物」(Trash Can Minerals,成礦後的殘留物聚集而成)通常會含有痕量的鈾或釷,所以會有少量的放射性。稀土礦物的成分複雜,例如褐簾石,分子式是 (Ca, Ce, La, Y)2(Al, Fe)3(SiO4)3(OH), 應該沒有放射性,但其實可能是 (Ca, Ce, Y, La, Th, Na, K)2(Al, Fe, Be, Mn, Mg)3(SiO4)3(OH),其中釷是放射性元素,也是為什麼有些褐簾石具有放射性的原因。· ALLANITE 褐簾石(垃圾礦物)· EUXENITE 黑稀金礦(垃圾礦物)· MICROLITE 細晶石,鉭燒綠石(稀土礦物)· PYROCHLORE 燒綠石(稀土礦物)· SAMARSKITE-(Y) 鈮釔礦(稀土礦物)· XENOTIME 磷釔礦(痕量)· CHURCHITE 針磷釔鉺礦(痕量) 自此,放射性礦物基本介紹完畢,希望大家(特別是準備收集放射性礦物的愛好者)對其有了更全面的認識。文章很長,如有錯誤,請大家指正。
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