核辐射是如何工作的

让我们从头开始，理解“核辐射”中的“nuclear”这个词是从哪里来的。这里有一些你应该已经感到舒服的东西:一切都是由原子．原子结合在一起成分子．所以一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子结合在一起组成的。因为我们在小学学习原子和分子，我们理解它们，并对它们感到舒适。在自然界中，你找到的任何原子都是92种原子中的一种元素．因此，地球上的每一种物质——金属、塑料、头发、衣服、树叶、玻璃——都是由自然界中发现的92个原子组合而成的。的元素周期表你在化学课上看到的是自然界中发现的元素和一些人造元素的列表。

每个原子内部都有三个原子亚原子粒子:质子、中子和电子。质子和中子结合在一起形成核而电子则围绕着原子核并绕其轨道运行。质子和电子具有相反的电荷，因此相互吸引(电子是负的，质子是正的，相反的电荷相互吸引)，在大多数情况下，一个原子的电子和质子的数量是相同的(使带电荷的原子中性)。中子是中性的。它们在原子核中的作用是使质子结合在一起。因为质子都带有相同的电荷，所以会自然地相互排斥，中子就像“胶水”一样把原子核中的质子紧紧地粘在一起。

原子核中质子的数量决定原子的行为。例如，如果你把13个质子和14个中子结合成一个原子核，然后让13个电子围绕原子核旋转，你得到的是一个铝原子。如果你把数以百万计的铝原子聚集在一起，你就得到了铝——你可以形成铝罐，铝箔和铝壁板。你在自然界中找到的所有铝都叫做铝-27。“27”是原子质量数——原子核中中子和质子的总数。如果你把一个铝原子放进瓶子里，几百万年后再回来，它仍然是一个铝原子。因此，铝-27被称为a稳定的原子。大约在100年前，人们认为所有的原子都是这样稳定的。

许多原子有不同的形式。例如，铜有两种稳定的形态:铜-63(占所有天然铜的70%)和铜-65(占30%)。这两种形式被称为同位素．铜的两种同位素原子都有29个质子，但铜-63原子有34个中子，而铜-65原子有36个中子。两种同位素的行为和外观都一样，而且都是稳定的。

直到大约100年前人们才了解到某些元素的同位素放射性．在某些元素中，所有的同位素都是放射性的。氢是具有多种同位素的一个很好的例子，其中一种同位素是放射性的。正常的氢，或氢-1，有一个质子而没有中子(因为原子核中只有一个质子，所以不需要中子的束缚作用)。还有另一种同位素，氢-2(也称为氘)，它有一个质子和一个中子。氘在自然界中非常罕见(约占所有氢的0.015%)，尽管它的作用类似于氢-1(例如，你可以用它制造水)，但它与氢-1的不同之处在于，它在高浓度时是有毒的。氢的氘同位素是稳定的。第三种同位素是3氢(也称为氚)，它有一个质子和两个中子。这个同位素是不稳定．也就是说，如果你有一个装满氚的容器，在一百万年后再回来，你会发现它已经全部变成了氦-3(两个质子，一个中子)，它是稳定的。它变成氦的过程被称为放射性衰变．

某些元素的所有同位素都具有天然的放射性。铀就是这种元素的最好例子，它是自然界中最重的放射性元素。还有其他八种天然放射性元素:钋、砹、氡、钫、镭、锕、钍和镤。所有其他比铀重的人造元素也都具有放射性。

放射性衰变是一个自然过程。放射性同位素的原子会通过以下三种常见过程中的一种自动衰变为另一种元素:

在这个过程中，会产生四种不同的放射性射线:

镅-241是一种放射性元素，以其在烟雾探测器，是元素经历的一个很好的例子α衰变．镅-241原子会自发地释放出α粒子．一个粒子是由两个质子和两个中子结合在一起组成的，相当于一个氦-4核。在发射粒子的过程中，镅-241原子变成了镎-237原子。阿尔法粒子以很高的速度离开现场——可能每秒10,000英里(16000公里/秒)。

如果你观察一个单独的镅-241原子，就不可能预测它何时会释放出一个阿尔法粒子。然而，如果你有大量的镅原子，那么衰变的速率就变得相当可预测。对于镅-241，人们知道一半的原子会在458年衰变。因此，458年是半衰期镅- 241。每种放射性元素都有不同的半衰期，根据同位素的不同，半衰期从几分之一秒到数百万年不等。例如，镅-243的半衰期为7,370年。

氚(氢-3)就是一个很好的例子β衰变．在衰变中，原子核中的中子自发地变成质子、电子和第三种粒子，称为反中微子。原子核释放出电子和反中微子，而质子留在原子核中。射出的电子被称为电子β粒子．原子核失去一个中子，得到一个质子。因此，经历衰变的氢-3原子变成氦-3原子。

在自发裂变在美国，原子实际上是分裂的，而不是释放粒子。“裂变”这个词的意思是“分裂”。像费米-256这样的重原子在衰变时，大约97%的时间都会发生自发裂变，在这个过程中，它变成了两个原子。例如，一个费米-256原子可能会变成一个氙-140原子和一个钯-112原子，在这个过程中它会喷射出四个中子(称为“快速中子”，因为它们是在裂变的那一刻被喷射出来的)。这些中子可以被其他原子吸收，并引起核反应，如衰变或裂变，或者它们可以与其他原子碰撞，如台球，并导致伽马射线发射。

中子辐射可以使非放射性原子变得有放射性;这在实际应用中核医学．中子辐射也是由核反应堆在发电厂、核动力船舶和粒子加速器中，用于研究亚原子物理的设备。

在许多情况下，经历了衰变、衰变或自发裂变的原子核将是高能的，因此是不稳定的。它将消除它的额外能量作为一种电磁脉冲被称为伽马射线．射线就像x射线因为它们能穿透物质，但它们比x射线的能量更大。伽马射线是由能量组成的，而不是像粒子和粒子那样运动的粒子。

而在各种光线的主题上，也有宇宙射线不停地轰炸地球宇宙射线来源于太阳还有爆炸之类的东西星星．大多数宇宙射线(可能有85%)是在宇宙轨道附近行进的质子光的速度，而可能有12%是速度非常快的粒子。顺便说一下，正是粒子的速度赋予了它们穿透物质的能力。当它们撞击大气层时，它们以各种方式与大气中的原子相撞，形成能量更少的次级宇宙射线。这些次级宇宙射线会与地球上的其他东西相撞，包括人类。我们总是会受到次级宇宙射线的撞击，但我们不会受伤，因为次级宇宙射线的能量比初级宇宙射线低。初级宇宙射线对宇航员在外层空间。

虽然它们是“自然的”，因为放射性原子会自然衰变，放射性元素是自然的一部分，但所有的放射性排放对生物都是危险的。粒子，粒子，中子，伽马射线和宇宙射线都被称为电离辐射这意味着当这些射线与一个原子相互作用时，它们可以敲掉一个轨道电子。失去一个电子会引起各种问题，包括从细胞死亡到基因突变(导致癌症)，在任何生物中。

因为粒子很大，它们无法深入物质。例如，它们不能穿透一张纸，所以当它们在体外时，对人体没有影响。然而，如果你吃或吸入释放阿尔法粒子的原子，阿尔法粒子会在你体内造成相当大的损害。

β粒子穿透得更深一些，但同样只有在被吃掉或吸入时才会有危险;可以用铝箔或有机玻璃阻挡β粒子。伽马射线，像x射线一样，会被铅阻挡。

中子由于缺乏电荷，穿透得非常深，最好用极厚的混凝土层或水或燃油等液体来阻隔。伽马射线和中子由于穿透力很强，会对人类和其他动物的细胞产生严重的影响。你们可能听说过一种核装置叫做中子弹．这个炸弹的整体想法是优化中子和伽马射线的产生，这样炸弹就能对生物产生最大的影响。

正如我们所看到的，放射性是“自然的”，我们都有像放射性这样的东西碳14．环境中还有一些人为的核元素是有害的。核辐射有很大的好处，比如可以利用核能发电电核医学用于检测和治疗疾病以及重大危险。