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谈铀不必色变 防止粉尘入口就能保证安全

2017-9-29 17:03:07 来源:中国矿业报 作者:李效广

天然铀矿石矿物和普通铀金属不可怕。据研究,一个人揣个1斤左右的铀矿石,每天所受辐射量就跟戴一块夜光手表差不多。事实上,短时间用手拿起铀也不会造成严重后果。一般情况下,用普通的橡皮手套就足以有效地防护铀矿石及其加工后的初级产品——“黄饼”(重铀酸铵)的辐射危害。

戴橡胶手套的双手捧着铀金属块

众所周知,中国是全球核电站在建规模最大的国家,到2020年中国核电装机容量将达到5800万千瓦,在建3000万千瓦。基于此,相应的铀资源需求将急剧上升。据测算,到2020年,中国核电天然铀需求将超过1万吨,消耗铀资源储量超过1.5万吨。

然而,原子弹的威力以及切尔诺贝利和福岛核事故,不免使不少人对铀的放射性产生恐惧心理,担心核电站会影响自己的生命安全。但实际上,人们不必谈铀色变,核电站不会像原子弹那样爆炸。

在铀的家族成员中,只有铀235能发生核裂变放出巨大能量而爆炸,因此成为核弹的主要能源,而核电站所用的核燃料主要是一般不会裂变的铀238,铀235的含量仅为3%左右。这就像白酒和啤酒一样,二者都含有酒精,白酒可点燃而啤酒却不能,因为其中酒精浓度不同。曾经沦为“死亡之城”的日本广岛、福岛如今人来熙往,而切尔诺贝利事故区现已成为濒危物种的天堂。

如果深入了解铀的放射性,就会免于对它的恐惧。

辐射真的很可怕吗?

万物皆有辐射,只是强度不同。自然界中的一切物体,只要温度在绝对零度以上,都会以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送能量,这种传送能量的方式被称为“辐射”。

事实上,我们每个人自身也是辐射源,人类时时处处被辐射包裹着。

一般称谓中,普遍将辐射专指电离辐射或放射性,这种辐射包括α、β及γ辐射(或称“射线”)。它们具有足够的能量可以将原子或分子电离化,不过人的肉眼看不见它们。我们熟知的钻石、水晶、翡翠及其它各类宝石都是矿物晶体,他们都有辐射,但绝大部分矿物晶体都没有放射性。

有些元素能够自发地从不稳定的原子核内部放出粒子或射线(如α、β、γ射线等),同时释放出能量,最终变成稳定元素,元素的这种变化称为“衰变”,这种性质称为“放射性”,这类元素称为“放射性元素”。

天然存在的放射性元素只有8种,其中铀和氡最为常见。铀在地壳中的平均含量约为百万分之2.5,即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀,比钨、汞、金、银等元素的含量还高。这就是说,地球的成份中本来就始终存在着天然的放射性物质,人类和一切生命已经适应了这些天然辐射。

“半衰期”与“放射性”

不妨用水库的放水来类比理解铀核素的放射性。一个10万立方米的蓄水库开闸放水,放到只剩5万立方米,即原来蓄水量的一半时,用时5万小时,那么可称这个5万小时为其半衰期,即衰变减少到它原有一半数量时所用的时间;再假设它的半衰期是5小时,也就是说水库放水放了一半,用时5小时。同时,我们也可以想见,1小时放1立方米水,这时的水流是细水长流,人立于排放水中而平安无事;后者1小时排1万立方米,这时的水流肯定是洪水急流,人必然会被冲击淹没。

核素的放射性与此类似,其半衰期越长,其瞬时的放射性危害性相对越小;反之,如果其半衰期很短,则其瞬时的放射性危害性就大。天然铀中两种铀同位素半衰期都在十亿年左右的数量级,由此可以想见,铀核素这座水库发射的“水柱”射线的频率有多稀疏缓慢,衰变极其缓慢,几乎可认为是稳定核素所以铀的瞬时放射性危害其实不大。

铀生三子,各不相同

天然铀有铀238、铀235和铀234三种同位素,好比是一家三兄弟。这三兄弟家产不同、能力不同,寿命也不同。地球中,平均每吨地壳物质中约含2.5克天然铀,这三兄弟各自家产是2.482克、0.018克和0.000125克,分别占99.275%、0.720%和0.005%。铀234不会发生核裂变,铀238在通常情况下也不会发生核裂变,而铀235这种同位素原子能够轻易发生核裂变。所以说,做核燃料的实际上只是铀235这个老二兄弟,它最有能量,同时也可以看出,实际开采出来的铀里面,这个老二兄弟铀235的含量也很少。所以采出的铀就好像啤酒中大部分是水一样,无法点燃。研究表明,铀235的含量要达到3%以上才能制成核电站发电所用的燃烧棒。因此,开采出来的铀矿石需要经过许多道加工、提纯、浓缩的工序,把铀235含量比例提高。此外,铀238比老二兄弟铀235要长寿,因为铀238的半衰期是45亿年,而铀235的半衰期是7亿年。而氡222的半衰期则仅为3.82天。

铀矿辐射到底有多大?

天然铀矿石矿物和普通铀金属不可怕。据研究,一个人揣个1斤左右的铀矿石,每天所受辐射量就跟戴一块夜光手表差不多。事实上,短时间用手拿起铀也不会造成严重后果。一般情况下,用普通的橡皮手套就足以有效地防护铀矿石及其加工后的初级产品——“黄饼”(重铀酸铵)的辐射危害。

实际上,在国外的自然博物馆和矿石展上经常可以看到天然铀矿石和铀矿物。这些展出的放射性矿物标本并没有里三层外三层的特殊保护。事实上,在铀冶金厂,生产的富铀产品“黄饼”(重铀酸铵),就存放于普通铁桶内,和其他普通产品存放几乎没有区别,工人也不穿防护服;生产出的核燃料芯块,戴副手套即用手捧而无碍。当然,如果长时间直接接触铀,也会损伤人的皮肤。此外,铀本身是重金属,和铅一样,它本身还有化学毒性。

2012年2月15日,时任伊朗总统内贾德亲自操作,将第一个伊朗国产的20%的核燃料棒填充入德黑兰研究性核反应堆内。从现场拍的图片可以看出,无任何防护措施。

天然放射性物质对人体的危害性类似大头针。一根大头针从体外扎你一下,你并不会受多大伤害,但如果它落入你的口内,入胃入肠,它就会一直在你的体内游走,可想其危险性之大。天然放射性物质对人体的危害与此很类似。它们在人体外部的辐射,其危害相当有限;但如果进入人体,危害就极大。

一般放射性物质同时产生α、β、γ三种射线。α射线的电离能力最强,对人体伤害最大,但它的最大弱点,也是人类的最大福音就是其穿透力相当弱。几厘米的空气或薄薄的一张纸张就能完全挡住,更不用说穿透皮肤了。所以,只要不把放射性物质吃进到肚子里,就不用怕α射线。β射线和γ射线虽然具有较强的穿透力,但电离能力较弱,对人体细胞的杀伤是瞬间局部而且隔三差五的,很容易恢复,只要不是长期超剂量接触,一般对人体造成的伤害极小。α射线的内照射是各种放射性危害中最大的。所以,面对色彩鲜艳而美丽的铀矿物,可以用手直接接触,但不要时间过长;接触后,要用肥皂洗手;勿将放射性矿物放入口袋,绝不要在其周围吃喝东西、抽烟或睡觉。

需要警惕铀的“孙女”——氡

铀衰变产生镭、钍这俩“女儿”,镭、钍继续衰变又生育出她们的“女儿”氡元素。氡也会发生衰变,发出α粒子。氡的半衰期还不到4天,不用多久它就可以大部分衰变成稳定元素,而不再具有放射性,但危险之处也在此,短的半衰期意味着它的放射性更强。

氡是气体,无色、无嗅又无味,不易被人察觉,它很容易通过呼吸道进入人体,会形成内照射。氡放出的α粒子可在人的呼吸系统造成辐射损伤,引发肺癌。所以,氡的放射性危害远大于铀、钍等。

人们日常生活中更应警惕氡。在许多国家中,氡是肺癌的第二大病因,是放射性监测的重点对象。对多数人而言,接触的大部分氡来自家中,而建筑材料是室内氡的最主要来源,特别是含放射性元素的天然石材如花岗岩、砖砂,最容易释出氡。而做好室内的通风换气,是降低氡浓度的有效方法,据专家试验,一间氡浓度在151贝克/立方米的房间,开窗通风1小时后,室内氡浓度就降为48贝克/立方米,另外有条件的可配备有效的室内空气净化器。

因此,可以确定的是,普通的铀矿经由常规的、短时间接触非常安全,几乎不会造成伤害,实现生活中,也没有铀矿石造成对人的放射性伤害事例。(我国发生过的若干起放射性伤害案例,都是由钴60引起的,天然钴元素不具放射性,但人造钴60具有极强放射性,管理失控就容易引起辐射危害,因此国家对其有严格的管控办法。

在接触铀矿等放射性矿石时,防止粉尘入口就能保证安全。铀等放射性物质粉尘一旦积累于人体内,便很难排出,长期的内照射会有极大的危害。

另外,还要高度重视放射性衰变而产生的氡气,除了居室之内,郊游、工作时要特别小心山洞、矿洞,这些地方通风性差,其围岩释放出的氡气容易积聚不散,含氡量可能较高。此外,要尽可能远离有电离辐射标识的场所,或在这种场所时要严格遵守相关规定。

过量的、具有强烈的放射性物质,在普通民众的正常生活中极难遇到,伟大的居里夫人也是在潜心研究放射性元素38年后,患白血病而去世。而像福岛、切尔诺贝利核电站等毕竟属于极端事例。

当初曾经震惊世界的“切尔诺贝利核电站事故”发生地,现在也已变成了动植物的天堂。据“切尔诺贝利国际放射生态学实验室”目前的记录,在切尔诺贝利地区现在生活着400多种动物,包括280多种鸟类和50多个濒危物种。在鸟类中,有180种是留鸟,有罕见的灰鹤、黑鹳、白尾海鸥和鱼鹰,它们一直生活在那里,其余的是候鸟,只是短暂地停留。另外,还发现淡水鱼的数量大增,如鲤鱼、梭鱼、斜齿鳊和河鲈等。由于动植物迅速增加,切尔诺贝利成为了天然的大公园,旅游业开始发展起来。

相信,随着科技的进步,铀矿辐射和核爆炸产生的废料会得到妥善处理,只要做好防护,以铀为燃料的核能也可能成为干净清洁的能源之一。□(作者单位:天津地质调查中心)

(图片来自网络)

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