〈元素的世界〉放射性物質的來源及其傷害

劉公典 2023/01/16 14:45 點閱 3248 次

自從烏俄戰爭爆發以來,能源短缺問題已經嚴重影響全球經濟及民生運作,除了造成物價攀升、通膨、物資缺乏、結構性失業外,在有些地方,如法國鄉下,甚至必須改用木材作為燃料,才能獲得足夠的溫暖或烹煮食物以渡過寒冬,以致造成更嚴重的空污問題。

此外,為了擺脫對天然氣的依賴,維持國家自主安全,原先預備關閉的幾座核能機組的國家,像是德國、比利時等歐盟國家也蠢蠢欲動,考慮是否延役,繼續使用核能機組。

放射性物質的問題

此外,日本計畫從2023年春天開始排放福島核廢水。雖說排放的濃度符合國際原子能總署規定,但是從魚類到人體食物鏈的長期生物累積效應,顯然還要經過十分漫長時間的研究才能了解。

重啟核能機組與排放核廢水是二個截然不同的議題,前一個與電廠運作安全及放射廢料處置有關,而後一個則與輻射生物長期累積效應有關。不過它們之間的共同點,卻一樣都是放射性物質的安全議題。

究竟放射性物質是怎麼來的?安不安全?

「強核力」的原理

簡單說,放射性物質是指含有原子核會分裂的物質。原子核是由不帶電的中子與帶正電的質子所組成。我們可以想像有一條看不見的束帶,名叫「強核力」,將中子與中子與綁在原子核內。

在某些特定的情況下,比如中子與質子的比值差異太大,或是被足夠大的外力撞擊時,這一條束帶便會斷裂,造成原子核分裂,並放出輻射線。原則上,中子與質子的比值愈接近1,原子核便愈安定,反之如果有多出的中子或質子,便很趨向於離開原子核。這類可以產生放射線的物質,概稱為放射性物質。

氚的原子核不穩定

以大家關切的福島核廢水為例,其中氚的原子核內因為多2個中子,所以原子核並不穩定,是放射性物質。

放射性物質主要有3種輻射方式:伽馬射線(含 x-射線)、貝他射線與阿伐粒子。伽馬射線(含 x-射線)的能量與穿透力非常強,甚至可以穿透鋼筋水泥;貝他射線次之,可以穿透一張紙;而阿伐射線最弱,甚至無法穿透一張紙。

體內體外的傷害

考慮放射性輻射物質對人體的傷害,一定要從體外、體內二個角度思考:

由於伽馬射線與 x-射線的能量及穿透力最強,因此大家在醫院看到伽馬射線與 x-射線診斷室,會有一層很厚的鋼筋水泥及笨重鉛門。目的是保護一般民眾或工作人員。以前我和同事曾經搬過一個和家裡房門一樣大小的鉛門,除了找 4 個人才搬得動,還把手推車的輪子都壓歪了。

這樣說來,是伽馬射線與 x-射線的物質最可怕嗎?不,錯了!因為如果放射性物質進入生物體 (像是人、牛、魚) 後的毒性,最讓人擔心的其實是阿伐粒子。這是因為一旦帶著阿伐粒子,像是鈾、鈽、鐳的物質進入生物體內,還要考慮生物「危險因子」。

含有阿伐粒子的物質就像是一群宅女,又胖又不肯運動,生性喜歡留在媽媽身邊,所以滯留在體內的時間很長,危險因子可是伽馬射線與 x-射線物質的 10-20 倍!