可能直到現在,還有許多的朋友們,連最最基本的游離輻射和非游離輻射之間的重大差異都分不太清楚。
簡單來說,游離輻射即是一般所謂放射線﹔而非游離輻射即是一般所謂的電磁場電磁波等。
輻射是一種具有能量的波或粒子,如電磁波(如無線電波、微波、可見光、紫外線、X射線、加馬射線等)以及從放射性物質發射出來的微小粒子(如阿伐粒子、貝他粒子、中子等)都稱為輻射。其中能量較低的,如無線電波、微波、可見光、超音波、紫外線,稱為「非游離輻射」;而能量較高的,如X射線與加馬射線,以及粒子輻射則屬於「游離輻射」。
「電磁波」是由電場與磁場交互作用所產生,屬能量的一種。它以波的形式接近光的速度輻射傳遞,自古以來就以各種面向存在於大自然。
電磁波可分為「游離輻射」和「非游離輻射」。游離輻射係指頻率大於3×1015赫(Hz)的電磁波,一般常稱呼為輻射或放射線。最為人所知的游離輻射就是X光,它的頻率比起非游離輻射高的多,其光子能量強到足以藉由打斷細胞內各種分子的原子鍵而產生游離化(ionizing),必須嚴格防護,因此醫院的X光室都有鉛板屏蔽,避免輻射外洩。
而且,電磁波的一個特徵就是,當電源消失之後(例如手機關機、電腦關機、X光設備關機),電磁波也就隨之消失。
非游離輻射係指頻率小於3×1015赫的電磁波,一般俗稱電磁波者皆屬此類。它的能量較微弱,無法打斷原子的鍵結產生游離化(ionizing)。按照頻率/光子能量高到低的順序,非游離輻射的族群可分為紫外線(UV)、可見光、紅外線(IR)、微波(MW)、射頻(RF)、極低頻(ELF)、以及靜電場與靜磁場。另外極低頻由於波長非常長,約5000公里,所以通常稱為電磁場。
此外,非游離輻射係指能量低且與物質作用後,並無法使物質產生游離作用的輻射。它與我們日常生活的關係更密切,舉凡紫外線、太陽的可見光、燈光、紅外線、微波與雷達、電視與F M無線電波、AM無線電波及長波長的交流電波等皆屬非游離輻射。
至於游離輻射(ionizing radiation)是指波長短、頻率高、能量高的射線,游離輻射無色、無味,感覺不到,目前全球醫學界已經公認所有的游離輻射都沒有所謂安全劑量,換言之凡是多暴露一分則會有多一分的危險。
暴露高劑量的游離輻射可能會引起皮膚灼傷、毛髮脫落、噁心、新生兒缺陷、疾病以及死亡。它對健康的影響取決於暴露量多寡、暴露時間長短。暴露於游離輻射會增加罹患癌症的風險。若一個懷孕的婦女暴露於高劑量的游離輻射,可能會導致其新生兒的腦部發育異常。
游離輻射引起癌症依暴露器官的敏感度不同,而發生的傷害輕重不因。一般器官中以乳房、甲狀腺、骨髓及肺臟最為敏感。乳腺癌比白血病高數倍,另外放射氡氣會引起肺癌及甲狀腺受幅射會生上皮細胞癌等。
核反應爐進行核分裂連鎖反應產生熱能帶動蒸汽渦輪發電機組產生電力的過程中,所產生的輻射,以及其運轉過程中所產生的核廢料,絕大部分都屬於放射性的游離輻射的類別。
放射性核種是不穩定的原子,會放出游離輻射並衰變成另一種原子。 隨著越來越多原子衰變了,剩下的放射性核種數量減少,輻射強度也就越來越弱。 放射性核種發出的強度減少到只有剛開始的一半所需要的時間,稱為「半衰期」,每種放射性核種皆有其固定的半衰期,比如說核電反應爐所產生的放射性游離輻射中常見的銫137(Cs-137),他的半衰期為30.17年,也就是每經過30.17年的時間,他的輻射強度會衰減為原先強度的一半,經過6個半衰期約181年之後,銫137的游離輻射強度會衰減為原先的1.5625%的強度,起碼要經過超過10個半衰期也就是301.7年之後,銫137的游離輻射強度才能衰減到原先的萬分之9.765的強度,回到差不多接近於自然環境背景值的程度。但是,特別一提的是,銫-137是人造輻射物質,原本就不該存在於大自然的環境當中。
核子燃料的主要成分,鈾-238(約佔96%),雖然在普通原子爐中幾乎不起核分製反應,但在吸收中子之後卻產生出長壽命(半衰期有的萬年以上)元素,即自然界不存在的「超鈾元素」,如鈽(Pu)、鋂(Am)、鋦(Cm)等人造放射性游離輻射物質。
PS. 此外,常常有特定族群的朋友們喜歡以所謂香蕉中所含的鉀-40元素來試圖混淆社會大眾視聽,所幸在2017年10 月份時,經義美食品輻射檢測研究室實測結果,香蕉所含的鉀-40,55~75%均集中在香蕉皮,「只要民眾勿迷信吃香蕉皮可治失戀」,就可安心大啖美味又健康的香蕉。
首先,鉀在自然界裡有三種同位素:鉀39(穩定的同位素,占93.3%),鉀41(占6.7%),鉀40(具放射性,占0.01%,也就是萬分之一),這三種同位素本來就存在於自然界中。
衛福部食品藥物管理署副署長林金富告訴中央社記者,依現行法令,僅針對食品中的人工核種訂有標準,例如核電廠爆炸、原子彈爆炸產生的銫-134、137或是碘,但鉀-40是天然核種,國際間沒有國家針對鉀-40訂有標準,台灣也是,因此「沒有超標的問題」。
林金富解釋,鉀-40和鉀-39是同位素,同時存在於自然界中,含有輻射的鉀-40以萬分之一的比例存在於鉀-39中,地球地殼裡、大自然、香蕉、人體裡都有此物質,無法以人工方式去除。
由於非放射性的鉀-39、鉀-41和放射性的鉀-40,都是原本就存在自然界中的元素,專家指出,人體內都含有些微天然輻射,且人類在演化中已對自然界中原本就已經存在的天然微量輻射建立生物恆定(homeostasis),會透過體內的代謝機制來自我調節,因此吃香蕉時,不會因為體內增加「鉀-40」含量而損害健康,毋須擔心。
以下是衛生福利部以及原子能委員會針對食品中鉀40的解釋:
“鉀-40係屬於天然放射性物質,於環境中天然存在,與核污染或輻射污染之情形不同。針對該等天然放射性物質,行政院原子能委員會(以下簡稱原能會)歷年均有進行市售各式商品(包括食品)之抽驗,並已於「天然放射性物質管理辦法」中訂有天然放射性物質核種活度濃度基準值,鉀-40之活度濃度基準值為10貝克/克。
至於食品藥物管理署依據食品安全衛生管理法第15條所訂定之「食品中原子塵或放射能污染容許量標準」,係適用於可能有發生核污染或輻射污染時,包括意外或惡意之行動,並就危害監測之指標性核種(碘-131、銫-134及銫-137)優先訂定標準;而來自太空宇宙射線、土壤、岩石、建材、煤灰等環境,以及自環境間接影響到食物中的天然放射性物質,因無法透過後端之食品予以減少或管制,必須透過源頭降低整體環境之游離輻射,始能減少天然食品原料中之背景值,查目前國際間包括Codex、歐盟、美國、紐澳、加拿大等各先進國家,均無針對食鹽或食品特別訂定鉀-40之限量標準。”
但是不可否認的,在醫學界也常會遭遇到的症狀為血液中鉀離子濃度太高或者過低對健康所造成的負面效應。
人體的鉀離子濃度一旦大於5.1 mg/dl,即為「高血鉀症」,此時容易出現肌肉無力、頭暈、感覺異常、麻木、代謝性酸中毒等症狀,如果血鉀濃度升到7 mg/dl時,會造成心律過緩,嚴重甚至會因心室頻脈而猝死,此類患者即使接受電擊也難以回復正常心律,必須緊急施打藥物才能救命。
低血鉀是臨床上常見的電解質異常,鉀離子是細胞內最主要的電解質,血清正常血鉀值介於 3.5至5.5 mEq/L之間,當血鉀值低於3.5 mEq/L即為低血鉀症。鉀離子主要的生理功能是維持細胞膜正常的電位差,藉由細胞間快速的轉移及腎臟調節鉀離子的排泄,來維持鉀離子的恆定。因此鉀離子在神經肌肉功能與心臟傳導節律扮演重要的角色。
輕微的低血鉀 (血鉀值於3.0至3.4 mEq/L)通常沒有顯著症狀。中等程度的低血鉀(血鉀值於2.5至2.9 mEq/L)則會導致疲倦、肌肉無力、酸痛、抽筋、以及便秘。嚴重的低血鉀 (血鉀值低於 2.5 mEq/L) 可能導致麻痺性腸阻塞、急性肢體無力、反射減弱、心律不整,甚至嚴重到呼吸停止。
食物、飲養攝取首重均衡,任何食物過與不及都會對健康造成負面效應。
♡
鈾238核分裂 在 說說能源 Talk That Energy Facebook 的最讚貼文
【靠核能在太空駐足】
#太空的時代沒有非核家園 #小英新產業可參考
蔡總統於就職演說定調台灣未來六大產業方向,其中包含進軍航太產業(雖然我不知道進軍哪個部分啦)。但正好,NASA最近要帶你看看甚麼叫太空時代的動力裝置, 蔡英文 Tsai Ing-wen 總統 賴清德 副總統不妨藉機切入!
▋阿提米斯計畫
NASA目標是到2024年將人類任務送上月球,這項名為月神Artemis的計畫,包括太空發射系統火箭,獵戶座太空船,地面探索系統以及研發。NASA估計,要使機組人員登上月球表面,包括第一個踏上月球的女性,將耗資350億美元。2024年後,NASA希望每年開展一次人類飛行任務,並在2028年之前實現月球探勘的永續作業。
而月神計畫也將提供至關重要的經驗,為未來登陸火星之旅鋪路。其中,一項重大工作將涉及弄清何種電力系統(包括從未在月球表面進行過測試的電力系統,例如核電)將最能支持未來的駐點。工程師在權衡其選擇權時必須回答的核心問題是,是否可以將必要的材料安全地送上月球,以及諸如核分裂之類的系統能否在如此惡劣條件下可靠運行。
每種電源都有各自的優缺點要考慮。數十年來,太陽能電池組已經可靠地在太空中提供了再生能源,但在從未獲得任何照明的地方(如月球上資源豐富的隕石坑)太陽能就毫無用處,在火星多風,多塵的表面上,太陽能電池板也難以收集足夠的光,使其成為為生命維持系統供電的危險選擇,電池和燃料電池目前的壽命有限,充其量只能使用輔助電源...
▋核動力的太空運用
一種為太空梭提供動力的核裝置是放射性同位素熱電產生器TGR,其依靠鈽238的衰變產生的熱量運行。自1960年代以來,這些發電機就已在火星探測器上使用,並將空間探測器發送到太陽系的外緣,例如旅行者號飛船和卡西尼號。儘管是科學任務的主力軍,但提供的數百瓦功率,僅足以將無線電信號發送回地球或為相機供電。
而地球最普遍的核能取得途徑還是核分裂技術,由於質能轉換的優勢,它將能持續數年在小空間提供連續、可靠的動力源。1960年代,許多科學家認為,用於太空的核分裂反應爐將緊隨放射性同位素發生器之後。1965年,美國發射了一顆名為SNAP-10A的小型核分裂衛星,但由於電氣問題,它在發射後僅43天就失敗了,成為一塊太空垃圾。在接下來的20年中,蘇聯則發射了31枚類似衛星。
在那之後,由於設計問題和預算激增,用於太空的新型核反應爐開發在停滯了。工程師們希望立即從這些系統獲得先進的性能,從而導致複雜而昂貴的設計,太空用反應爐設計開始不受歡迎,直到NASA Glenn Research Center和美國能源部開始著手一項名為Kilopower的聯合計畫,目標是為太空開發一種新的核反應動力系統,該系統能夠產生約10 kW的電能。
▋Kilopower
只要四個類似的反應爐,就能輕易提供40kW的功率,以供六名機組人員在火星上生活所需。Kilowpower的模組化與密合型設計,大幅減少重量,以往核反應爐系統設計為12-14公噸 (6-7噸反應爐加備用),而單個Kilopower反應爐的重量僅為1.5噸,成了它能夠上太空的關鍵。
燃料爐芯大約相當於紙巾卷的大小,僅重28公斤,由約8%的鉬和92%的高濃縮鈾組成。核材料被氧化鈹反射器包圍,該反射器將中子反彈到堆芯中以驅動裂變反應。放在鐵心內部的是一根純碳化硼棒,它吸收中子,從而調節核反應功率。緩慢移開碳化硼棒後,中子開始撞擊鈾原子,開始連鎖反應。裂變產生的熱量通過充滿鈉的熱管傳遞到一組史特林引擎,透過活塞驅動,將熱量轉化為電能。最後,反應爐還包括一個散熱器,用於消除多餘的熱量,將其散發到太空中。
目前反應爐開發在經過多項測試與實驗後,已經證明可以順利發電,且維持5KW的輸出後順利關閉,待更多優化後,持續推進至10Kw的目標。
▋核子保防與輻射安全
當然,鑑於鈾的潛在危害人類以及其作為核武器材料的風險,有些人對高濃縮的鈾燃料持懷疑態度。但將鈾運到月球並與反應堆並排工作是安全的,鈾發出的弱α粒子無法穿透紙或皮膚,爐芯周圍的屏蔽層也將防止太空人受到任何輻射(宇宙射線可能更強)。而將反應爐廢料也將被屏蔽並單獨放置。
對於這種系統,最壞的情況是整個反應爐於於火箭發射中炸毀,但霧化和分散的鈾顆粒對一公里內的人所造成的劑量也僅背景輻射千分之一,比乘坐飛機飛行時從太陽輻射中獲得的劑量還少。
當然,核分裂反應爐的未來將不僅取決於技術上的成功,還取決於足夠的資金,國會的支持剛好補足這缺口。反應爐的使用除了通過尚未確定的更多安全性和可靠性測試外,還需要「飛行合格」,這意味著它必須能夠承受發射時承受的重力和月球上看到的極端溫度的影響。
期待我們近期能盡快看到近一步測試成果。
_ _
國際間已經在計畫用核能系統搭載潛艦或太空電力系統時,我們原能會主委謝曉星認為沒有核電後的核能人才卻只能去做除役,Are you blind ? 小英 ~ 你看看,你要打造的太空產業,Nuclear Can Help ~
畢竟「太空的時代,沒有非核家園」
▋參考資料
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.0c00382
鈾238核分裂 在 蔡正元 Facebook 的最讚貼文
水中劍
核電廠的核燃料棒
是由4%的鈾235和96%的鈾238
做成像小紅豆丸子的粒狀物
再放入鋼筆般粗細的鋯銅管中
很多支細的鋯銅管
再紮成一束放在比較大的鋯管中
就成了放在水中的核燃料棒
核燃料棒未經中子照射
沒有核分裂效應也沒輻射
可以直接用手拿沒問題
但核燃料棒經中子源照射
產生核分裂也產生輻射及高溫熱
使核反應爐中的水
加熱至200多度產生高壓蒸氣
推動汽輪機和發電機
核燃料棒用過後
仍然有
1%的鈾235
95%的鈾238
0.8%的鈽
0.2%的超鈾元素
3%的核分裂產物
亦即97%的物質
是可回收再利用的
重要資源
3%的核分裂產物會影響
核燃料棒的熱效率
因此每18個月就必須
更換三分之一的核燃料棒
被更換掉的核燃料棒
仍然有97%可回收處理再使用
比如提鍊成MOX混合氧化物
可以生生不息
繼續使用做核燃料棒
但回收再處理核燃料棒
台灣受到美國管制
因為
製造MOX時也可提鍊出鈽
鈽可以製造核子彈
這是美國不樂見的
因此
用過的核燃料棒
原來是高價值的戰略資源
台灣只能貯存在200坪的水池中
被某些人說成危險的核廢料
美國24小時透過監視系統
監視台灣核電廠的核燃料池
甚至在核反應爐上加上電子鎖
盯住台灣的一擧一動
如果核燃料棒用過後
就成核廢料
美國怎麼這麼嚴格監視
理由很簡單
用過的核燃料棒
是一把鋒利的水中劍