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| 2011/03/22 10:29:39瀏覽7774｜回應5｜推薦2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
前言
這是一份閱讀心得紀錄，旨在紀錄核電廠的相關知識。既不是社論，也不是詩篇文章，不喜歡看這類文章的人，就不必浪費時間看下去了。況且網路上還有寫的比我更專業、更詳細的文章。同時本篇文章有遺漏之處還望哪位大德幫忙補充一下，謝謝！ 民國 100 年 3 月 11 日 13 點 46 分，於宮城縣三陸沖（牡鹿半島東南方約 130 公里）、深度 24 公里，持續約 2 分鐘，規模為 9 的地震，之後已發生至少五十起餘震，其中不少規模 6 以上。隨後發生約 10 公尺高的海嘯沖垮位於福島的核能發電廠，隨後數日之後發生爆炸與輻射外洩事件。並引發台灣媒體的恐慌。 核反應堆的工作原理
原子由原子核與核外電子組成。原子核由質子與中子組成。當鈾-235註 2.的原子核受到外來慢中子轟擊時，一個原子核會吸收一個中子分裂成兩個質量較小的原子核鋇-137（Ba-137）和氪-97（Kr-97），其中藉由質量的虧損，而產生大量能量。同時放出 2 ~ 3 個中子，而這些中子繼續撞擊未反應的鈾核，再產生更多的中子，而引發『鏈鎖反應』。 鏈鎖反應會產生大量熱能。必用循環水（或其他物質，如液態金屬鈉）帶走熱量才能避免反應堆因過熱燒燬。導出的熱量可以使水變成水蒸氣，推動氣輪機發電。由此可知，核反應堆最基本的組成是裂變原子核＋熱載體。但是只有這兩項是不能工作的。因為，高速中子會大量飛散，這就需要使中子減速，增加與原子核碰撞的機會；而也水是沸水式反應爐與壓水式反應爐中的中子慢化劑，核反應堆要依人的意願決定工作狀態，這就要有控制設施；鈾及裂變產物都有強放射性，會對人造成傷害，因此必須有可靠的防護措施。綜上所述，核反應堆的合理結構應該是：核燃料＋慢化劑＋熱載體＋控制設施＋防護裝置。而這就是現代的核電廠為何依舊使用蒸氣渦輪發電機的原因。 鈾燃料、控制棒
在實際操作下，核電廠所使用的核燃料，是由鈾混合物粉末燒結成的二氧化鈾陶瓷芯塊。是一種熔點在 2800 攝氏度的陶瓷體。瓷芯塊為直徑 1 厘米，高度 1 厘米的圓柱體。幾百個芯塊疊在一起裝入直徑 1 厘米，長度約 4 米，厚度為 1 毫米左右的細長鋯錫合金材料套管內，如右圖所示。因為核裂變反應就像是在燃燒原子，因此稱為燃料棒（fuel rod）。然後這些燃料棒被放到一起組合為一個更大的燃料單元，大約幾百個這樣的燃料單元組成反應堆的堆芯（Core）。基本上一般核電廠為了營運成本的考量（當然也是為安全的考量），一次裝載的燃料棒都會超過鈾臨界質量甚多的份量，比方說這次日本福島核電廠，在六座核反應堆內，共有 3400 噸乏燃料棒，還有 877 噸核燃料棒裝載反應堆中。因此為了避免堆疊的燃料發生超臨界狀態，進而產生大量不受控制的連鎖反應，因此必須在燃料棒組件中間穿插數根控制棒來屏蔽連鎖反應的進行。 而所謂控制棒（Control rod）是核反應堆中用於控制核裂變速率的設備，設計必須和反應堆類型相適應，例如壓水堆的控制棒使用銀-銦-鎘合金等可以吸收中子的材料製成。在壓水堆和石墨堆中需要使用能吸收熱中子的材料，在快速增殖堆（英語：breeder reactor）中則要使用吸收快速中子的材料。 也就是說利用控制棒遮蔽中子的效果來控制連鎖反應的速率。進而掌握電廠的輸出功率。而當核電廠發生緊急情況時，也可降下控制棒來完全中斷核裂變反應。但是像這次福島電廠所遭遇的大地震，有可能會使控制棒無法完全插入反應爐。這時需要以其他非常規的手段來中斷核裂變反應。例如注入大量硼酸等。 核電廠的燃料棒在使用時雖然有其點火程序但在製造與儲存上還是必須格外小心。比方說，製造燃料棒工廠在進行六氟化鈾（氣體）轉換成二氧化鈾粉末（二氧化鈾化性安定，重量比黃金還重；在極高溫，極高壓下，可再汽化進入高空對流層形成核輻射塵）的過程時，將二氧化鈾等鈾原料聚集過量，導致原料質量超過安全臨界限制，導致鈾原料本身發生了核分裂的反應變化，因而產生嚴重的輻射汙染。（鈾的安全量是2.6公斤）。事故前出現藍光，以及事故後顯示輻射線強度的空間線量率（中性子線量）急遽升高，很有可能是發生臨界事故。鈾與硝酸混合以製造核子反應爐燃料時，鈾使用過量，引發臨界效應，造成核分裂連鎖反應，其放射值相當強烈，放射性物質（輻射線）外洩。 疑問 1.
據報導：日本茨城縣東海村鈾加工廠表示：『在沈澱槽中將鈾酸化合物變成硝酸鈾的精製過程中，是利用機器自動化將鈾酸化物溶液（上限2.4公斤）注入沈澱槽，工作人員卻以手動方式注入 16 公斤（上限的 7 倍）鈾酸化物溶液，造成臨界狀態，而發造藍光，成輻射線大量外洩。』，而這次在北韓所攝得的核燃料棒照片中顯示，燃料棒儲存方式如右圖所示，堆放成那樣我是不知道有無問題，但是在看過上述資料後，實在讓我感覺到非常擔心，怎麼燃料棒之間都沒作阻隔呢？（不懂） 核子廢料問題 因為當今世界的核電技術下，核燃料都只燃燒了 3% ~ 4%左右，就維持不了額定功率了。也可以說當核燃料鈾-235 濃度因核分裂降低到臨界質量以下時，連鎖反應將無法繼續下去。此時除了將燃料棒作循環處理，否則就只能當作廢料來處理。這時廢料中的鈾-235 的原子核在分裂成兩個之後，還會繼續蛻變（Decay）為許多種放射性元素；例如在核廢料中常見的鍶-90（Sr-90）（半衰期 28 年）、碘-131（I-131）（半衰期 8 天）、銫-137（Cs-137）（半衰期 30 年）...等。 而這些廢料中的放射性元素會持續以衰變的方式放出熱量，而這些熱量相當於反應堆正常運轉時產生的 6% ~ 7%。以福島一廠二號機來說，設計功率是 78.4 萬千瓦，停機後的功率是五萬千瓦，相當於一座風力發電廠，或者是幾萬台瓦斯爐的規模 。所以這些廢料必須浸泡在廢料池的水中，長達數年之後才能作進一步處理。而且溫度不能過高，否則會因為高熱而容易燒著外層金層殼（鋯錫合金高熱遇水，會分解水），導致氫爆炸，造成放射線擴散問題。 疑問 2. 這次福島核事故起因是海嘯讓冷卻機組失效而引起，而失效的原因是沒電。但是從這個章節的資料來看，當初核電廠設計之初，為何不利用核廢料池來進行小規模發電呢，這樣不就可以不愁沒電可用？（依然不懂）莫非一個核電廠的冷卻機組消耗功率超過五萬千瓦？ 反應堆（爐）
反應堆共分成輕水堆、重水堆、石墨堆、快中子增殖堆四種，其中輕水堆使用一般的水作為慢化劑，依照其迴路的設計又分成沸水堆與壓水堆兩種。沸水堆的原理是通過燃料棒直接產生蒸汽來推動汽輪機發電，壓力只有 70 巴（約 1 大氣壓）。而壓水堆是在 120 到 160 巴的高壓下，先將水加熱到 300 度，再加熱第二回路產生蒸汽推動汽輪機發電。沸水堆的優點是結構簡單，但是汽輪機及管道都有被輻射的可能，一方面輻射隔絕的成本高，另一方面設備維護成本高。而這次福島核電廠採用的是舊式的沸水堆，在輻射防護上比壓水堆薄弱許多。
壓水堆通過二回路將電站設備分為核島和常規島，常規島設備屬於常規發電設備，只需對一回路的核島設備實施嚴格的防輻射隔絕。但是沸水堆就必須對整廠作防輻射隔絕，成本會增加許多。所以如果從外部可以區分沸水堆和壓水堆，壓水堆有一個球狀外殼，還有一個高大的冷卻塔。沸水堆一般是方方正正的，沒有高大的冷卻塔。因為在廠房內加了負壓，以免出現洩露後排到外面，所以廠房外還有一個大煙囪，是將經過過濾的室內氣體排放出來。而這次福島核電廠之所以發生氫爆，就是因為反應爐過熱產生高壓水蒸氣與氫氣，工作人員為紓解反應爐內部壓力，將水蒸氣排入廠房，但卻因為缺乏後續管控而導致爆炸。（人都跑的差不多了）
重水反應爐中利用的慢化劑——重水是一氧化二氘的俗稱，其化學式為D2O，可以使中子減速，且其熱中子吸收截面小，使重水反應爐核燃料利用率高於輕水反應爐（使用後的燃料中鈾-235含量僅為0.13％），因而成為一種優良中子慢化劑。核反應爐中的核燃料（如鈾、鈽等）產生的中子必須用慢化劑減速，才能使這些中子參與更多其他原子核的裂變。 雖然普通的輕水在一些反應爐（如輕水反應爐）中也可以作為中子慢化劑 ，但由於輕水能吸收中子使反應爐中中子濃度降低，所以輕水反應爐中的核燃料需要更高程度地濃縮以達到臨界質量，才能為持續反應提供保證。所以相對於輕水反應爐，重水反應爐對核燃料中有效放射性同位素濃度要求極低，可省去絕大部分提純中使用的同位素分離工序，且其乏燃料不必進行後處理。
另一種沒有使用慢化劑的反應爐稱之為快中子反應器。這種反應爐的核燃料中包含兩種成份，一種是如鈾-235 、鈽-239 等容易產生分裂的同位素，稱為『可裂材料』，另一種是如鈾-238等的，捕捉到一個中子後可以轉變為相對應的可裂材料，因此稱為『可孕材料』，如鈾-238可轉變為鈽-239，釷-232可轉變為鈾-233。快中子有的會逃出核心、被其它材料吸收或被燃料本身吸收，若能有至少一個中子能再誘發分裂，核反應就能持續下去。而在反應器中，可裂材料一方面因耗分裂而消耗，另一方面卻因可孕材料捕獲中子變為可裂材料而增加，若增加的速度快過消耗的速度，這種反應器就稱為滋生反應器。
至於石墨式反應堆，由於安全上的疑慮，已經無人使用，1986 年 4 月 26 日，位於烏克蘭車諾比的車諾比核電廠石墨慢化大功率管式反應爐由於功率劇增而發生熔毀，使大量危險放射性物質被釋放到環境中。車諾比核事故中國際核事件分級表中唯一一項第七級（最嚴重）事件。與德國在 1976 年開始運行的石墨慢化 AVR 反應爐在使用過程中因燃料溫度不穩定、局部溫度高於最高額定溫度，使迴路受到嚴重的放射性同位素（主要為銫-137及鍶-90）沾污。該核電廠於 1988 年關閉。 疑問 3. 從以上結構圖中，我們可以發現反應堆的冷卻都是採用泵浦作為循環冷卻系統的核心。雖然這種方式可以保證冷卻效率，但是萬一停電不就毀了！？為什麼不採用物理的自然循環（Natural Circulation）方式呢？也就是採用熱水的供水與回水溫差而使熱水在管網中自行循環的方式。（還是不懂） 事實上查了一下網路，針對核電的安全性和經濟性，世界核電發達國家相繼提出了先進壓水堆核電站的設計概念，採用非能動安全系統可以較好地解決核電站的安全性和經濟性相互矛盾的問題。非能動安全系統採用密度差驅動自然循環，重力驅動注射等固有特性工作，提高了系統運行的可靠性；事故後無需操作人員干預，避免了人因故障。非能動安全系統的運行，減少了因電源故障而引起的系統運行失效；非能動安全系統的應用，使系統處於失效安全狀態，提高了系統安全性，使堆芯熔化概率降低1至2個數量級。通過減少能動設備，取消或減少對應急電源的要求，減少設備的在役檢查及維護等方法，提高了系統的經濟性。非能動安全技術作為先進壓水堆核電站的主要特點受到了核電發達國家的重視，如美國西屋公司的AP600、歐洲的EPP1000、日本的SPWR、俄羅斯的WWER1000等都採用了非能動安全技術。另外，目前在現役核電站也採用了非能動安全技術，如中壓安全注射箱（ACC）等。不知道現役的核電廠有多少採用這樣的設計？ 疑問 4. 網路上有人預測當爐心冷卻進行不順利，會導致發生「鋯-水反應」而繼續加熱時，爐心的溫度會提高到核燃料（二氧化鈾）的融點 2,800℃，此時熔毀的爐心時由於表面積變小，要把它冷卻是不可能的。此種巨大熱量將會熔穿反應爐容器底部，並貫穿到反應爐外殼底部的鋼筋水泥後，更會陷落到地層，同時會把大量輻射物質散佈在大氣之中。 但是我的猜想是，當包覆核燃料的鋯錫合金（熔點 2,200 攝氏度）融化時，會與鈾同時掉落爐底，但鈾（比重最大）會沉到底部，此時雖然核電廠所採用的 3% 的鈾-235，但是如果累積夠多的鈾-235就會達到臨界質量，而且在脫離控制棒的中子阻隔，會不會達到即發臨界？造成核爆呢？如果不會產生核爆！？那麼在熔穿反應爐容器底部後接觸地下水，鈾-238 應該先行冷卻凝固，然後形成一個包覆，把整個核燃料包起來，直到達成一個平衡為止。 答案：從 2011 年 4 月 1 日的新聞報導『福島恐爆高殺傷力輻射 「臨界事故」藍光再現？』國際原子能總署（IAEA）副署長兼核能安全部主任福洛瑞日前警告，1 號反應爐的核燃料部分熔毀後，可能已發生『局部臨界』反應；臨界事故多在瞬間爆發，爆發時藍光乍現，高度殺傷力的中子與伽瑪射線大量釋出，1999 年茨城縣東海村 JCO 核燃料處理工廠就曾發生臨界事故，造成 2 名員工死亡。 真不幸被我言重。 疑問 5. 為什麼反應爐的底部不採蜂巢式結構呢？這樣一來燃料棒融化後掉入底部，就會被區隔開來，那麼也就不容易達到臨界狀態。 答案：在比較新設計中，反應爐下方有一個混凝土盆安全裝置，其原理很簡單，就是在反應堆底部用混凝土建造一個很平坦的水平大盆，熔毀的核燃料流淌到這兒以後，就會攤開，從而使聚集的核燃料分散，降低核反應速率，達到終止核反應的目的。 放射線對人體的影響
西弗（Sv）是輻射劑量的基本單位之一，指的是人體每公斤接受伽馬射線的能量為1焦耳，劑量就訂為1西弗。 正常的天然輻射（主要是因為空氣中的氡輻射）為1000~2000 微西弗。一次小於 100 微西弗的輻射，對人體無影響。一次 1000~2000 微西弗，可能會引發輕度急性放射病，能夠治癒。福島核電站 1015 微西弗/小時輻射，相當於一個人接受 10 次X光檢查。日常生活中，坐 10 小時飛機，相當於接受 30 微西弗輻射。與放射相關的工人，一年最高輻射量為 50000 微西弗。一次性遭受 4000 毫西弗會致死。 人體有軀體細胞和生殖細胞兩類細胞，它們對電離輻射的敏感性和受損後的效應是不同的。電離輻射對機體的損傷其本質是對細胞的滅活作用，當被滅活的細胞達到一定數量時，軀體細胞的損傷會導致人體器官組織發生疾病，最終可能導致人體死亡。軀體細胞一旦死亡，損傷細胞也隨之消失了，不會轉移到下一代。 在電離輻射或其他外界因素的影響下，可導致遺傳基因發生突變，當生殖細胞中的 DNA 受到損傷時，後代繼承母體改變了的基因，導致有缺陷的後代。因此，人體一定要避免大劑量照射。 接受中等程度的輻射將導致輻射病。它有一系列症狀：在接受輻射的幾小時之內，人會出現噁心與嘔吐，隨後可能經歷腹瀉、頭痛和發燒。在最初症狀之後，人體可能會在一段時間內不再顯示任何症狀，然而往往在幾周之內，又有新的、更加嚴重的症狀發生。如果接受高等程度的輻射，以上所述的所有症狀都可能立即出現，並伴隨著全身性的、甚至可能致命的臟器損害。健康受損程度取決於暴露在輻射中的時間以及輻射的強度。 最大的長期健康風險是癌症。通常當體細胞受損或老化到一定程度時，它們會自我消除。當這種自我消除的能力消失時，細胞獲得「永生」，可以不受控制地不斷地分裂，這就演化成癌症。我們的機體有許多機制來阻止細胞癌變，並替換受損的組織。然而輻射所帶來的損害可以嚴重攪亂機體中的這些機制，從而讓癌症風險大大提高。此外，如果機體不能很好的修復輻射帶來的對化學鍵的破壞和改變，我們的基因裡有可能會產生突變。這些突變不但增高自身的癌症風險，還有可能被傳遞下去，使得輻射的作用在子孫身上展現出來。這些作用包括較小的頭部與腦部、眼部發育缺陷、生長緩慢和嚴重的認知學習缺陷。
碘片的原理是什麼？如果身體已經有了足夠的碘，那麼它就不會再從大氣中吸收更多的碘。這些藥片讓你的身體吸收滿非放射性碘元素，這樣就能避免對放射性碘同位素的吸收。 結論
我們知道核能發電最大的問題在於放射線的污染，只要核能災變一旦發生，輻射物質向上感染空氣、雲層，向下感染土壤、地下水、地表水、地面動植物等，四面八方的輻射外洩，不僅引起國際性的恐慌，其災變的永久性影響，更非人類科技能夠足以克服與復原。 既然核能發電有這麼恐怖的隱憂，那麼自從 1951 年美國在加利福尼亞州海邊希平港（Shipping Port）建成世界上第一座試驗性核電站以來，各國政府為何要興建那麼多的核電站呢？上圖是國際原子能安全中心，截止到 2009 年 12 月所發佈的世界主要核電站的分佈圖，全世界三十多個國家已建成了 440 座核電站。而歐洲、美國、日本的確是核電站最密集區。
要解答這個問題，我們從右圖地球夜景中的燈光分佈（擊點該圖可看大圖），比對上圖的核電廠分佈圖，可以清楚的找到答案，『核電廠的興建是為了文明社會對於能源資源的揮霍與浪費』。不錯核能發電可以說是未來趨勢的主流，它的發電效率比水力、火力、風力和太陽能都來的有效率，但是有沒有人想過，我們也許根本就不需要那麼多的電廠，以台灣為例，目前有 3 座運轉中的核能電廠，供應全島約 22% 的電力，平均一座約佔 7%，所以如果我們可以稍微省一點用電，比方說無人或光線充足的地方少開點燈，那麼我們就可以少蓋一座核電廠，如果再擴大一點省電範圍，那麼我們又可以再少一座電廠，當然如果企業肯再配合節約能源，那麼其實三座核電廠根本就不需要！？再以小日本為例，全日本共 37 萬平方公里，卻變態的修建了 57 個核電站（美國 104 座，國土面積是日本 24 倍），相當於每個縣級城市就要配一個核反應爐，但發出的電不到全國需求的 30%，一年進口鈾的數量卻比世界主要產鈾國哈薩克斯坦全年的產量還要多，是世界第一大鈾進口國。如果排除陰謀論，我們可以看到這幫倭寇對於能源的消耗是多麼的浪費。 其實只要節能就可以少蓋電廠，這個道理每個人都知道，可會付諸於實踐的人卻少之又少，我經常對身旁的同事、朋友、路人進行道德勸說，但效果實在有限，甚至很多人都把我當怪物來看。所以當社會都是這種氛圍之下，以浪費能源為習慣時，興建核電廠成了唯一的選擇，因為水力發電受限於地理環境，火力發電需燃燒高成本的煤，還會造成空氣污染，風力發電和太陽能發電的效率不是很好，所以目前只能依靠核能發電了。但，我們知道核能發電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到來源環境裏，故核能電廠的熱污染較嚴重。 在孟子離婁篇說道：『…夫人必自侮，然後人侮之；家必自毀，而後人毀之；國必自伐，而後人伐之。太甲曰：『天作孽，猶可違；自作孽，不可活』，此之謂也。』人類因揮霍浪費自然資源，總有一天會因自作孽而必遭天譴，禍延子孫。 後記 1.
截至目前為止，離地震超過 11 天，我所看到，日本政府表現差勁至極（到現在還無法開始封堆），日本百姓冷漠至極（沒見到有什麼大型民間組織在救災），台灣媒體崇日噁心至極（一面倒的稱讚日本，極力宣染悲情）。所以小鬼子東京都知事石原慎太郎說：『強震是天譴，海嘯可以洗清日本人的私慾 ...』，大阪府議會議長長田義明 20 日提及東日本大地震時表示，『對大阪而言，這是上天的恩惠，雖然這樣講不太好，但發生這個地震真是太好了』。這形容的實在太貼切了。因為這次小日本不但要自己遭殃，還要拉全世界陪他們承受核輻射落塵的苦果。（日本在地震支出拒絕了美國援助核電冷卻劑，採用海水冷卻，接下來發生了核電站爆炸事故，而由於採用注入海水冷卻的方法，發生事故的核電站可能無法繼續使用，將被永久掩埋。就是說，一切都將掩蓋在鋼筋混凝土之下！） 媒體有必要這樣急著稱讚日本嗎？ 很多媒體在這次災難後稱讚日本人優雅，但在看了上面的連結之後，各位看倌還會這樣想嗎？小日本優雅的背後其實就是冷血、無情。 後記 2. 網上有人對於福島這次事件，做了一下的推測：
看過以後，真不知道該怎麼說？先不探究核能原理，光用『質能守恆』的定律來看，就知道這種論調是絕對不可能發生的。真是網路謠言何其多啊？ 後記 3. 日本經濟產業省原子能安全保安院表示，福島第一核電廠發生核災事故洩漏出的放射量規模，是廣島原子彈爆炸的168倍。由於核電廠暴露高輻射量，附近地區可能數十年都無法住人。日本政府隱瞞了這件事實長達半年，26 日才正式對外公開。 報告指出，核電廠釋放的放射性「銫-137」劑量，高達1.55萬萬億貝克，即廣島原爆的168倍；「碘-131」的釋放量亦達166萬萬億貝克，相當於廣島原爆的2.5倍。由於銫-137的半衰期約30年，原子能安全保安院擔心，可能對人體環境造成長期影響。 東京大學Radioisotope中心的放射線專家兒玉龍彥教授曾指出，原子彈爆炸所洩漏出的放射能經過一年會減至一千分之一，但核電廠減到十分之一後就不再減了，呼籲政府必須及早建立因應的措施。據悉，日前日本政府計畫將福島第一核電廠半徑20公里範圍，列為長期禁止居住區，至少10年不能居住，而半徑3公里的範圍，由於輻射污染嚴重，數十年內恐將無法住人。 後記 4. 這次地震將海底撕開一條寬80公里左右的裂縫，日本被震到「移位」約向東移了2.44公尺；義大利的「地球物理與火山研究所」也估計，這場強震使地球軸心移動了10公分，也導致地球自轉快了1.6微秒（1微秒是百萬分之一秒）。同時距離地表350公里的「太空電離層」產生劇烈變化，引發「太空海嘯」，證實地表與太空有「同震效應」。 名詞解釋 註1. -- 放射線元素
能夠自原子核自發地放射出 α、β、γ 等各種射線，同時釋放出能量的現象，稱為放射性元素（確切地說應為放射性核素）。而這一種過程叫做放射性衰變。基本上原子序數在 84 以上的元素都具有放射性，原子序數在 83 以下的某些元素如鎝（Tc）、鉕（Pm）等也具有放射性。
放射性衰變與核裂變一樣都會放出能量，但是放射性衰變的週期很長，而核裂變則是瞬間完成，例如，氡-222 衰變為釙-218 的時間為 3.8 天，鐳-226 衰變為氡-222 的時間為1620 年，鈾-238 衰變為鍍-234 的半衰期竟長達 4.5 億年。
在衰變過程中會放射出 α、β、γ 三種射線和有放射性特點的隋性氣體氡（Rn）氣。其中的 α 射線（粒子）實際上是氦（He）元素的原子核，由於它質量大、電離能力強和高速的旋轉運行，所以是造成對人體內照射危害的主要射線；β 射線是負電荷的電子流；γ 射線是類似於醫療透視用的 X 射線一樣和波長很短的電磁波，由於它的穿透力很強，所以是造成人體外照射傷害的主要射線；由衰變而產生的氡（Rn）氣是自然界中仍具有放射性特點的惰性氣體，由於它還要繼續衰變，因此被吸入肺部後，容易造成對人體內照射（特別是對肺）的傷害。 β 射線速度接近光速，α 射線(粒子)速度大約是光速的十分之一，電離強度是三者中最強的，但穿透性最弱，只釋放出 α 粒子的放射性同位素在人體外部不構成危險。 然而釋放 α 粒子的物質(鐳、鈾等等)一旦被吸入或注入，那將是十分危險。它就能直接破壞內臟的細胞 。γ 是光子，沒有靜止質量，比 X 射線的穿透力強要是被照射射久對人的健康危害很大。所以依另電離程度 α > β > γ，依貫穿程度 α < β < γ。 註2. -- 鈾元素 鈾-235 (U-235) 是鈾的三種同位素之一，當中只有鈾-235能夠發生核裂變，引發連鎖核裂變反應，其中鈾原子由他的原子核包括 92 個質子、143 個中子。以及外部的 92 個電子所組成，而其中 6 個是價電子。而原子的質量由質子與中子組成，至於電子質量約是質子的 1842 分之一，故略去不計。所以 U-235 既 92 + 143 之意。而在自然界中，以鈾-238（99.2742%）、鈾-235（0.7204%）以及極微量的鈾-234（0.0054%）等同位素存在。鈾衰變時釋放出 α 粒子，過程緩慢，擁有很長的半衰期。鈾-238 的半衰期約為 44.7 億年，鈾-235 則為 7.04 億年，常用於測定地質年代。 根據國際原子能機構的定義，濃度為 3％ 的鈾-235 為核電站發電用低濃縮鈾，若於 80% 稱作高濃縮鈾，大約 90% 則叫作為武器級高濃縮鈾。 鈾-235需要到達臨界質量，連鎖核裂變才會持續下去。也就是維持核子連鎖反應所需的裂變材料質量。剛好可能以產生連鎖反應的組合，稱為已達臨界點。比這樣更多質量的組合，核反應的速率會以指數增長，稱為超臨界。如果組合能夠在沒有延遲放出中子之下進行連鎖反應，這種臨界被稱為即發臨界，是超臨界的一種。即發臨界組合會產生核爆炸。如果組合比臨界點小，裂變會隨時間減少，稱之為次臨界。核子武器在引爆以前必須維持在次臨界。例如 20% 的鈾-235，以 4 cm 厚的鈹反射中子臨界質量達 400 公斤。若如果純度只為15%, 臨界質量更高達 1000 公斤。 所以以鈾核彈為例，可以把鈾分成數大塊，每塊質量維持在臨界以下。引爆時把鈾塊迅速結合。投擲在廣島的「小男孩」原子彈是把一小塊的鈾透過鎗管射向另一大塊鈾上，造成足夠的質量。這種設計稱為「鎗式」。 鈽核彈不能以這種方法引爆。第一枚鈽原子彈「胖子」的鈽是造成一個在次臨界以下的中空球狀。引爆時使用包圍在四周的炸藥把鈽擠壓，增加密度及減少空間，造成即發臨界。這成設計稱為「內爆式」。 按照相對論，質量變成能量時，其轉換關係為「能量=質量×光速的平方」（E=mc2），極小的質量即可變成極大的能量。1945 年美軍投下的廣島原子彈，總重量為 440 公斤，鈾-235 含量為 45 公斤，當中只有 1 公斤鈾-235 發生核分裂，反應中又只有 1 克的質量(約如一小塊巧克力重)轉化成能量，但其威力已相當於 16 萬公噸黃色炸藥發生爆炸，摧毀整個城市。 鈾-238的衰變 U(鈾)-238 → Th(釷)-234 → Pa(鏷)-234 → U(鈾)-234 → Th(釷)-230 → Ra(鐳)-226 → Rn(氡)-222 → Po(釙)-218 → Pb(鉛)-214 或 At(砈)-218 → Bi(鉍)-214 → Po(釙)-214 或 Tl(鉈)-210 → Pb(鉛)-210 → Bi(鉍)-210 → Po(釙)-210 或 Tl(鉈)-206 → Pb(鉛)-206。 參考連結 多「碘」了解 參考影片
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| ( 知識學習｜隨堂筆記 ) |
