cysgjj 发布于2024-11-20 12:39:31 医学科普 32 次
大家好,今天小编关注到一个比较有意思的话题,就是关于放射医学科普文章的问题,于是小编就整理了2个相关介绍放射医学科普文章的解答,让我们一起看看吧。
什么是放射性?
要搞清楚这个问题,我们就得先从“放射性”自身的定义入手。放射性是指:
这其实是一种随机现象。科学家发现原子序数高于83的元素原子都具有放射性。低于83的,有一些元素原子也有。
我们可以把α射线、β射线、γ射线的过程简单地讲一下:
α射线是指原子量较大的元素原子的原子核放出一个氦核,变成一个原子量较小的元素原子,这个α射线就是氦核。
β射线是指原子核放出一个电子和中微子,抓变成另外一个种原子核的过程。这里的β射线就是电子束。
放射性,就已知时空可以解释为,物质相对静止状态和运动状态下,以粒子形式和能量方式能量辐射的现象。
广义上来说,任何物质都具有放射性。例如,核辐射(粒子加所产生能量辐射),光(可见和不可见)辐射,热辐射,电磁辐射,等等。
至于物质的放射性对于生物(表现为生命体)和非生物来说,具有两面性(有利有弊),甚至多面性。举例说明,安全可控核辐射用于医疗(拍片,核磁共振,化疗,等等)。***爆炸,会摧毁好多物质,使一些生物变异,畸形;其中也会产生一些新的物质(这些物质对这个世界是好是坏,意味什么,谁又能定义呢?)。往大的方向说,超新星爆发,所辐射的粒子,能量对于宇宙时空来说会产生什么影响,谁来定义利弊,谁又能定义呢?光,热,电磁辐射等,我们广泛应用于生活,生产等。而强(光,热,电磁等)辐射或长时效辐射对于人类生活,生物生长等也会有不利的影响。综上这些都是以人类本身来衡量利弊。而对于已知和未知宇宙时空来说只是变化而已。
最后,粗解一下问题剩下部分,原子放射性,导致辐射的因素。就目前已知的元素原子,按照常规的物理理念认为,不同的元素原子,是由不同数量的原子核排列组合所定义的,这些原子核的排列组合又是由四种力(强力,弱力,电磁力,引力)决定的。而不同形式不同数量原子核组成的原子稳定性也不同。组成原子核的粒子又是不断转换和变化着的。综上,由于决定原子的力影响范围有限,粒子的转换变化,稳定性不同,造成部分多核原子容易衰变(粒子的变化运动和生成能量比较强烈),得出部分多核原子辐射较为明显。其实其他相对稳定的多核原子和少核原子(稳定和不稳定原子)也具有放射性,只是辐射的表现方式不同,或者不强烈,再或者时长比较漫长。
原子的放射性都是从原子核里出来的,主要的原因还是因为原子核不稳定。为什么原子核不稳定呢?这个是因为原子核的质子与中子之间有很复杂的相互作用,这些相互作用就是所谓的强相互作用与弱相互作用。当然这背后也有所谓的量子隧道效应在起作用,也就是本来是不会衰变的原子核,因为量子隧道效应,原子核发生了衰变,原子就有了放射性。
从能量的角度来说,大部分原子核的放射性会产生,是因为通过量子隧道效应,原子核可以越过势垒达到一个能量更低的状态。
给你举一个例子,你在***,本来你是不可能翻过喜马拉雅山到达尼泊尔的。但是呢,因为你有了崂山道士的武功,或者有了土行孙的能力,你可以穿过喜马拉雅山,这样你就可以到达尼泊尔了,甚至你还可以到达印度洋——那里海拔更低。这就是量子隧道效应。这个东西一开始是物理学家盖莫夫提出来的,他写过一本很有名的科普书,叫做《从一到无穷大》。
放射性其实随处可见,并不稀奇。主要是因为元素衰变造成的。
1896年,安托万·亨利·贝克雷尔第一次从铀矿石中发现了放射性现象。随后,科学家们对放射性开始了大量的研究,发现了我们如今知道的三种射线α射线、β射线、γ射线。
但对于反射性现象的能量来源,人们并不清楚,为什么惰性的石头中会释放能量?这在当时被认为是一种神秘***。知道1915年,爱因斯坦的质能方程E=MC^2,才让人们明白的放射性能量的来源,一点点的质量亏损就能产生足够强大的能量。
我们现在知道原子核是由质子和中子组成,然后电子围绕它旋转,尽管原子可以在化学反应中分离或交换电子,但原子核本身并没有改变。
所以,通常我们认为原子核是稳定的,但事实并非如此。
放射性揭示了,原子核也会突然发生变化,自发地抛出一个小微粒,转变成另一种元素。
而元素会自然地从一个元素改变成另一个的这个过程,就叫做放射性衰变。
从放射性核中抛射出的有两种粒子。
比如,碳核可以喷射出一种快速移动的电子,而变成氮核。而这种非常快的电子束,我们称它为β射线,而这一过程称为β衰变。
当原子核中有过量的质子或中子时,原子就变得具有放射性,导致不平衡的内力,原子通过发射辐射来平衡内力。中子或质子数量不同于正常结构的原子称为离子,是元素的同位素。
原子通过重新构造成一个新的原子核并释放出粒子或辐射的能量而变得稳定,这就是放射性衰变。它以称为半衰期的稳定速率发生,也就是给定放射性同位素样品的一半衰变为新同位素所需的时间。
放射性衰变包括α或β粒子、γ射线或其他过程的发射。阿尔法粒子是高能氦核。β粒子本质上是电子。伽马射线是高能、短波长的电磁光子。其他形式的放射性衰变包括电子俘获和正电子衰变。
放射性元素自然形成,是核裂变的结果,通过核反应堆或粒子加速器中的有意合成。
天然放射性同位素可能来自恒星的核合成和超新星爆炸。典型地,这些原始放射性同位素具有半衰期,只要它们对于所有实际用途都是稳定的,但是当它们衰变时,它们形成所谓的次级放射性核素。例如,原始同位素钍-232、铀-238和铀-235会衰变形成镭和钋的次级放射性核素。碳14是宇宙成因同位素的一个例子。由于宇宙辐射,这种放射性元素不断在大气中形成。
核电站和热核武器的核裂变产生放射性同位素,称为裂变产物。此外,对周围结构和核燃料的辐射会产生被称为活化产物的同位素。可能会产生各种各样的放射性元素,这也是核辐射和核废料如此难以处理的部分原因。
自然界中还没有发现元素周期表中的最新元素。这些放射性元素是在核反应堆和加速器中产生的。有不同的策略用来形成新元素。有时元素被放置在核反应堆中,反应产生的中子与样品反应形成所需的产物。铱-192是以这种方式制备的放射性同位素的例子。在其他情况下,粒子加速器用高能粒子轰击靶标。
为什么人类要向与太阳反方向做星球探索?
这其实是一个错误认知,大概看到大多数飞行器都是探测地球外侧行星或天体,因此理所当然的认为是背着太阳飞。但实际上,人类空间探测并没有反太阳方向和顺太阳方向一说。
太阳系是一个以太阳为核心的大转盘,转盘的面就是黄道面。太阳系有八大行星和若干颗矮行星、几百颗卫星和无数的小行星、彗星等小天体,这些天体都是在黄道面上下各自轨道围绕着太阳公转。
八大行星从太阳最近算起,我们地球排在老三位置,最靠近太阳的是水星,其次是金星。排在地球外面距离太阳更远的顺序是火星、木星、土星、天王星、海王星。
一些人看到了一些太阳系图片,会直观的认为,人类派出的航天器如果是探测金星、水星或者太阳,就会朝着太阳方向飞去,如果探测火星、木星、土星、天王星、海王星,或者更远的柯伊伯带,或者向太阳系外飞去,当然就要背着太阳飞了。
实际上探测器发射后再太空飞行的过程非常复杂,地球和目标行星都在运动,而且运动速度是不一致的,飞行过程需要时间,双方的位置不断变化,根本就不是向着太阳或者背着太阳那样简单的直线。
上世纪美苏发射了几十艘探测器,探测金星和水星,这两个行星都是在地球向着太阳的内测,想象中都只能朝着太阳飞去,才能到达。但这两颗星球也是围绕着太阳公转的,当这些探测器到达目的地后,就在这两个行星的轨道上环绕,这两颗行星有时候会转到太阳的另一边,它们就也跟着过去了,这算是朝着太阳飞还是反着太阳飞呢?
NASA2018年8月12日发射的帕克号太阳探测器,就是朝着太阳飞去的。但这种飞也是有时向着太阳有时离开太阳,因为它是围绕着太阳做一个椭圆形轨道飞行,看起来就有时是向着太阳飞去,有时是离开太阳飞远了。
这个探测器依靠太阳和金星的引力弹弓效应,不断给自己加速,从发射时的第二宇宙速度,即每秒约11.2千米,现在已经加速到了每秒100千米以上,这样就能够越来越靠近太阳,而不被太阳引力拉下去。到了2024年12月,帕克号的速度将达到每秒200千米,在最近时600万千米距离的太阳日冕中,抚摸这个老虎***,给人类揭示其更深层次的秘密。
因此,是向太阳飞去还是背着太阳飞要看探测器的目标任务是什么,还要看航天器此一时彼一时的飞行姿态。
我们都知道,现在在宇宙中就有一颗探测器在向太阳系***突破,并且在这颗探测器上还携带着关于人类身份的唱片,这颗探测器就是旅行者1号。但是,尽管旅行者1号正在奔向太阳系的外面,似乎真的想要等到这一天我们还得等上很长的一段时间。因而,有人问:为什么旅行者1号要向着太阳系的***飞去来走出太阳,而不是向太阳系的上面飞来解决这个问题?
对此,科学家表示,我们的太阳系其实并不是扁平的。之所以有人会问出这个问题,是因为他们都被太阳系的图片给迷惑了。实际上,太阳系中并不分上下左右,太阳系的所有天体不仅绕着太阳旋转,也会跟着太阳一起绕着***系旋转,这样的旋转是四面八方的。因而,无论探测器怎么飞都会经历和旅行者1号同样的事情。
除此之外,旅行者1号并不只是简单的向宇宙之外飞去,它身上还携带着探索太阳系其它天体的使命,因而它飞向太阳系***的路线其实是被规划好的。再者,这样边探测其他星球边飞向太阳系的边缘,也是一个能让探测器飞得更远,消耗更少的办法,因为以人类目前的技术只能在探测器上最多放置3块放射线同位素温差发电机,而为了节省能源的消耗,旅行者1号在路过这些行星的时候也能够借助这些行星的引力的弹弓效应飞得更远,并且节省能源。
如果将太阳看成一个扁平的形状,探测器想要从与太阳系垂直的方向离开太阳系,探测器也依旧会受到太阳引力的影响,由于没有了行星引力的帮助,仅仅三块电动机是不够的,这样这颗探测器就真的永远都飞不出太阳系了。
为什么人类要向与太阳反方向做星球探索?
这个问题的提问者可能平时不怎么关心天体物理科普知识,也不观看电视里有关天体科研节目。忽然突发奇想,发出了提问。
一、提问者对太阳系缺乏了解,不知道从飞行器发明以来在太阳系内已经取得的成果。不知道苏联在上世纪六十年代,在金星上取得的成果,也不知道美国人对苏联探测器成果的证实,美国人在水星上取得的成果,所以发问“为什么反方向探索”的疑问。
二、人类向太阳系内各个行星发射探测器,一则探测这些行星的物质构成,运转规律(比如19***年旅行者一号发回地球证明木星是一个巨大的气体星球时,让我们学理工的人大为震惊!)二则了解行星上物理构成温度环境是否适合存在生命。比如上世纪60年代70年代美国的探测卫星传回地球火星是类地行星星球时,人们并没有奇怪,更多注意的是火星上有没有生命存在?所以从那时起,寻找外星人成为热门话题。也就是说人类发射探测器目的最主要是寻找地外生命和地外文明!人类知道向太阳方向寻找生命和文明根本是徒劳的时候,才把注意力投向了“反太阳方向”。旅行者一号上刻有地球人形象和地球人五十多种语言、音乐和数学几何图案,都是为了寻找地外文明!然而旅行者一号发回了冥王星、谷神星等、柯伊伯带和奥尔特云,是“打柴搂兔子”,是额外收获!但大大丰富了人类对太阳系构成的重新认知。这就实证科学研究的巨大魅力和无限生命力!
最后希望对外星文明特别关注的朋友们,被科幻故事深深吸引的同时,对现代物理学和天体物理学、航天探测技术取得的新成就和新发现也多加关注,不要被虚无缥缈的幻想所迷惑了。
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