1896年,安托万·亨利·贝克雷尔在研究铀矿石时,偶然发现了一个令人惊奇的现象——放射性。这一发现引领科学家们投入大量精力进行研究,并逐步揭示了α、β、γ三种放射性射线的本质。
最初,人们困惑于放射性的能量来源,铀矿石为何会释放能量?这成了一道科学谜题。直到爱因斯坦1915年提出著名的质能方程E=MC平方,人们才认识到,即使微小的质量损失也能释放出惊人的能量,解释了放射性能量的由来。
现代科学告诉我们,原子核由质子、中子构成,外围则是环绕的电子。尽管化学反应中电子可能发生转移或分离,但核子本身通常保持稳定。
但放射性的存在,告诉我们原子核并非始终如一的不变实体。它揭示了原子核能够自发地改变其身份,突然抛出粒子,转化为其他元素。这种自发的元素身份转变,被称为放射性衰变。
放射性射线解密
放射性核会释放出两种不同粒子。例如,碳核可以发射出高速电子,从而转化为氮核。这种高速电子束被称为β射线,其过程则称为β衰变。
这个过程中释放的电子,源自原子核内的中子衰变,中子衰变为质子,同时释放一个中微子。
而α衰变则是核内抛出α粒子束,也就是α射线。α粒子由核内的两个质子和两个中子组成,其体积远大于电子,约是电子的8000倍,因此α射线的移动速度相对较慢。
如果捕获所有α粒子,就能得到氦气,因为α粒子实际就是氦的原子核。
放射性原子核在经历α衰变和β衰变后,新生成的原子核通常位于高能级,为了降至低能级,它们会释放出γ射线。γ射线实际上是光子,属于电磁波,波长短于0.01埃,能量约为可见光的1000倍。
放射性的重要性
若非放射性元素的存在,地球将是一个缺乏活力的世界。
地热能的很大一部分(约80%)源自放射性元素衰变所释放的能量,其中最主要的有K40、U238、U235、Th232。这些热量使得地球拥有流动的熔岩,熔岩活动引发的磁场保护了地球生命。
而在日常生活中,我们也时常接触到放射性。例如,常见的烟雾报警器就含有放射物镅,它释放的是α射线。
由于α粒子在空气中的传播距离短,因此日常使用中是安全的。β射线的穿透力强于α射线,因此被应用于医疗领域,如X射线检查,显示体内化学物质的活动轨迹。
而γ射线由于其高能量,能够穿透人体;在医疗领域,可以用于杀死癌细胞;在农业领域,可以消灭水果上的细菌,延长保存期;甚至能用于太空探测器的电力供应。
然而,放射性也有其危险的一面。放射性被称为核辐射,其突然性和原子间的作用力会导致离子化。α粒子对原子的影响最为显著,而γ粒子则相对较少。
核辐射对人类最严重的影响在于对DNA的损害。尽管α粒子无法穿透皮肤,但如果摄入或吸入放射性物质,会对健康造成严重影响。
核辐射通过高能量的粒子与人体分子的相互作用,导致细胞损伤,乃至死亡,或者诱发癌症,甚至遗传性畸形。
不过,对于放射性危害,目前医学尚无有效治疗手段。因此,了解并注意防范放射性危害至关重要。
在评价毒性时,剂量是关键因素,因此要理性看待放射性物质。
放射性,既赋予地球生机,也携带着危害,是自然界的一则自然法则。我们无需恐慌,只需谨慎应对。