算点东西,跟核辐射有关系,供大家讨论
起因是众所周知的最近又有贫铀弹的消息了,部分想法来自于知乎的一篇回答:
贫铀弹是什么?有何危害? - 知乎用户Li05Jc的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/20762202/answer/28980943
具体新闻不展开说,我就说说计算结果吧。
贫铀弹中的铀元素,主要是铀234,铀235,铀238。链接中的原文给出了铀235和铀238的数据,抄录如下:
“
U238参数:
半衰期 45亿年
原子质量 238
衰变能量 4.27MeV/次
U235参数:
半衰期 703,800,000 years(7.038亿年)
原子质量 235
衰变能量 40.9MeV/次
作者:知乎用户Li05Jc
链接:https://www.zhihu.com/question/20762202/answer/28980943
来源:知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。
”
上面的原文是原作者在英文wiki找的,当然现在不好上去了,所以可以去布鲁克海文给的数据库看看:www.nndc.bnl.gov/nudat3/




按照布鲁克海文的数据,铀234,铀235,铀236,铀238的一些信息如下:
它们仨进行的都是α衰变。
铀234:半衰期 245,500年,一个它的原子核衰变释放4.85757MeV的能量
铀235:半衰期 704,000,000年,一个它的原子核衰变释放4.67817MeV的能量
铀236:半衰期 23,420,000年,一个它的原子核衰变释放4.53709MeV的能量
铀238:半衰期 44,680,000,000年,一个它的原子核衰变释放4.269921MeV的能量
(显然那个作者的铀235的衰变释放能量(Qα)的数据是错的)
放射性同位素的衰变,留下来的原子核的数量是指数变化的,但是铀234,铀235,铀236,铀238半衰期都很长,所以相比较于漫长的半衰期来说,前几百年的衰变你近似成均匀的也能做一下估计。
大概就是这个示意图

直线表示均匀变化,曲线表示指数变化,刚开始的时候,两者的变化率很接近,而且指数函数减少的更快(更多的放射性原子核衰变,辐射更多)。平均值估出来的结果和铀的三种放射性核素被释放到环境中的早期接近,但是实际情况比估出来的值严重。
接下来就可以算了,我们假设1克(电子的质量我觉得也可以忽略不计)的铀234,铀235,铀236,铀238衰变,过了各自的半衰期后,衰变0.5克,剩0.5克,那么这个过程里平均到每年,发生衰变的原子核数量是:(B站写符号麻烦,我就贴Mathematica的截图吧)

对应的每年衰变释放的能量是,单位焦耳/年(J/yr),计算中涉及到兆电子伏和焦耳的换算

一套计算下来,估算出来的就是铀的三种同位素,衰变1克平均每年释放了多少能量。
评估人体受到的辐射,还需要对人体按照质量进行分摊,我们就按照知乎这位用的60千克吧。

大家注意了,单位质量物质受辐射后吸收辐射的能量,就是吸收剂量,它的单位是戈瑞(Gy),也就是焦耳/千克(J/kg)。也就是说,1克的铀234,铀235,铀236或铀238在一个半衰期中,每年衰变释放出的能量平摊到一个60千克的人身上,每年就是上面给的结果这么多。
但是,吸收剂量和剂量当量是不一样的,前者说的是物质吸收辐射能量,但是不同的射线对于人体的损害程度是用后者衡量的。对于α射线内照射人体,还应该考虑人的修正因数N和α粒子的辐射品质因数Q,人体的N=1(表示人体各部位受到均匀照射),α粒子的Q=20。

乘以人体的修正因数N和α粒子的品质因数Q,得到的结果

这个单位就是希沃特/年了,上述的计算结果,就是1克的铀234,铀235,铀236或铀238进入人体后,在第一个半衰期内,每年发生(234U→α+230Th,235U→α+231Th,236U→α+232Th,238U→α+234Th)的辐射剂量当量,衰变产物依然会继续衰变,但是在早期,产物很少,衰变的更少,我们暂时没有计入。
按照贫铀中,
铀234,0.001%
铀235,0.20%
铀236,0.0003%
铀238,99.8%
的上述比例拼出约1克贫铀(微量的铀234和铀236就当是附加的吧)
得到结果

1克贫铀进入人体,仅考虑铀元素的衰变,人体一年受到的辐射的剂量当量是0.0801218希沃特,因为希沃特/年这单位太大了,用我们熟悉的毫西弗就是80.1218毫西弗/年。
对比一下,我国规定的公众所受辐射的剂量当量上限是5毫西弗/年,人在自然界受到的大气中以及宇宙射线的辐射的剂量当量是3.5毫西弗/年。
就上述的计算结果来看,1克贫铀进入体内一年的辐射的剂量当量就是我国标准的16倍,这还是我们的估算值偏低并且不考虑衰变产物进一步衰变的情况下。所以,谁用贫铀弹,我都咒他不得好死!!!