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日本将核废水排海,有何危害?物理原理是什么,物理博士为你解答

添加时间:2024-02-16

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(本文将用5000字左右,前半部分,从物理的角度,为你深度剖析什么是核反应,有何危害,保证能看懂。后半部分为大家解析本次日本核废水排放到底是怎么一回事。)

这两天日本政府宣布将要把福岛核电站的核废料排放进入大海。这引起了国际社会的高度关注,在网络上也引起了争议。到底什么是核废料?放射性又是怎么一回事?对我们的生活又有什么影响呢?今天就给大家做深度解读。

日本决定排放核废水

首先我们从最基础的物理概念开始讲起。相信很多同学都知道,物质是由分子构成的,分子是由原子构成的。比如说我们每天喝的水是由水分子构成的,而一个水分子包含两个氢原子,一个氧原子;我们每天呼吸的氧气是由氧分子构成,一个氧分子由两个氧原子组成;

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水分子 氢气分子 氧气分子

那原子又是由什么构成的呢?100多年前科学家发现,原子是由原子核和核外电子构成。它的造型和太阳系有点像。大家可以把原子想象成我们的太阳系。原子核在中间,电子在外围绕着原子核在转。就像行星绕着太阳在转一样。

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原子模型

人类的求知欲是永恒的。知道了原子的构型,人们自然而然就会问,那原子核又是由什么构成的呢?经过研究,科学家发现原子核也可以再分割。原子核是由质子和中子构成的。比如说氢原子核就是由1个质子组成;碳原子核就是由6个质子,6个中子组成;氮原子核就是由7个质子和7个中子组成的;氧原子核就是由8个质子和8个中子组成。

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原子模型

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碳原子 中间是原子核 外围是电子

其中质子带正电,中子不带电,呈电中性。在外围绕着原子核旋转的电子是带负电的。而质子数量和电子数量是一样的,正负电荷一样多,这样每个原子都呈电中性。

不同数量的质子和中子紧紧地抱成一个团,形成原子核。质子的数量决定了元素的种类。大家都听说过很多元素碳、氢、氧、氮、磷等等,这些元素就是根据其中的质子数量来区分的。碳的原子核中有6个质子,氮的原子核有7个质子,铁原子有26个质子,铜原子有29个质子,等等。不同的元素对应不同的化学性质。

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原子模型 中间的一团是原子核 外围蓝色的是电子

刚刚我们说了,原子核是由质子和中子组成的。质子的数量可以决定元素的种类。那么中子能干吗,中子起到什么作用呢?中子的数量可以决定同一种元素的不同同位素。比如说1个质子构成氢原子核(也叫氕),1个质子1个中子构成氘原子核,1个质子2个中子构成氚原子核。氕氘氚都是由1个质子构成,所以化学性质几乎一样,属于同位素。但是中子数量不一样,导致他们的原子质量不一样,以及其他一些区别。本次日本排放的核废水里就有大量的氘元素。

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氢的三个同位素 氕氘氚 (红色是质子 蓝色是中子)

好的,以上就是背景知识,我们讲完了,那我们现在可以给大家讲一下核反应或者说核物理的知识。

大家可能都听说过原子弹、氢弹、核电站、核潜艇这些,生活中大家可能在医院也做过CT扫描,或者X射线拍过片子,或者说都听说过放疗以及考古学的碳14年代鉴定,这些统统都和我们的核物理有关系,都是由于原子核发生了变化导致的。

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核武器爆炸

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核电站

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医院里的CT扫描

核反应顾名思义就是原子核所发生的反应。我们刚刚介绍了,原子核是由质子和中子组成的,如果说原子核里面的质子和中子的数量发生了变化,这时候我们就说发生了核反应。简单说就是多了几个质子中子,或者少了几个质子中子。

核反应分为两种,分别交核裂变和核聚变。核裂变的意思就是一个原子核,分裂成多个,相当于每一个原子核的质子和中子数量都变少了。

核聚变的意思就是两个或者多个合并成一个原子核。相当于原子核中的质子和中子数量变多了。

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核裂变和核聚变

有的时候可能稍微复杂,质子和中子他们俩之间还会相互变化。

大家都听说过制造原子弹需要铀235,原子弹的主要原理就是核裂变。而氢弹主要是利用核聚变的原理,发出巨大能量。

原子核在发生变化的时候,会向外界释放各种射线。最早的时候,科学家发现从自然界中的一些元素的原子核中能释放出三种射线。他们当时不明白这到底是什么,于是命名为α射线、β射线、γ射线。后来科学家进一步研究发现α射线是由两个质子和两个中子组成的一个小球,这就是氦核。而β射线就是电子。γ射线不是实物粒子,它是一种高能辐射的电磁波。

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由于带电性质不同 三种射线在电场中的偏转轨迹不同

再后来还发现了可以释放出X射线、以及中子等等放射性现象。

我们通常说的放射性就指的是某些原子,能够释放出这些粒子,或者说这些射线。自然界中有很多天然的放射性现象。当原子核释放出α、β射线,或者γ射线、x射线的时候,原子核内部就发生了变化,我们叫发生了核反应,有时候也叫作衰变。

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元素进行衰变 分别释放出α粒子、β粒子

这时候大家想象一下,释放出的这些α射线、β射线,或者γ射线、x射线、中子等等,他们很多时候都是带电的,同时具有很高的能量,当这些物体射线穿过人体的时候,就跟一个个子弹打过去一样,仿佛很多微型的子弹穿过身体,这肯定会对人体的细胞、蛋白质等等产生影响。而且α射线、β射线还是带电的,而我们的细胞也是原子构成的,它外围也有电子。射线和我们身体里的电子质子都是带电体,两者能产生强烈的电磁相互作用。这时我们身体内的细胞就会遭到破坏,更有甚者,会诱发癌变或者基因突变。所以放射性对人体是有伤害的。

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放射性对人体造成的危害

最早的时候,很多科学家不清楚放射性对我们人体的伤害,也没有防护措施,就从事这种放射性的研究,然后很不幸都染上了癌症,以及其他种种疾病,最终都过早的去世。比如大家熟悉的居里夫人,就是由于长期接触放射性物质,于1934年7月4日因再生障碍性恶性贫血逝世。

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居里夫人

放射性在自然界中是一种普遍的现象,不仅仅我们自然界中的很多的元素具有天然的放射性,能够自发地衰变。同时宇宙射线也具有放射性。比如说大家坐飞机,由于高空中没有大气层的保护,一些宇宙射线能够抵达高空中,你经常坐飞机的话,其实会受到宇宙射线的辐射。但是因为量很小,实际上对健康影响不大,所以我们也不用太担心。

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宇宙射线

但是当放射性超过一定的剂量,对人体对生物体必然有巨大的影响的,可以导致癌变,甚至畸变、畸形,甚至变异。这两天哥斯拉的电影又上映了,他设定的背景就是由于核辐射导致海洋生物变异,长成巨无霸。核辐射剂量很大的话,可能会当场死亡。核辐射剂量小的话,超过安全限度,也会在人体内长年累月的造成终身的不可逆的影响。

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这么看来这种核反应所导致的放射性对我们人类是有伤害的,那我们为什么还要去研究它呢?为什么还要去用它呢?

这时候我们就要请爱因斯坦出场了,爱因斯坦说能量和质量是等价的,给出了一个著名的质能方程。

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质能方程

科学家发现原子核在发生裂变或者聚变的时候,原子核的质量会发生变化。就是说两个质子组成一个原子核,这个原子核的重量不等于两个质子加起来的重量。这时候就会有质量损失。根据爱因斯坦的质能方程,有了质量亏损就必然会伴随着巨大的能量的释放。

根据这个原理,我们人类可以对核反应进行利用,就是建造核电站或者说制造核武器。核电站就是让能量缓慢、可控地释放出来,慢慢地将释放出的能量加以搜集,慢慢利用。而核武器就是让能量瞬间释放,造成巨大破坏。

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核爆炸

我们人类的社会的运行发展需要能源来支撑,我们现在利用的都是化石能源,但是在可预见的几十年,最多上百年中,化石能源很快就会用完,在那以后我们后面人类怎么办呢?届时我们人类社会还是需要发展啊,所以各个国家都在争相研究核能,核能可能是我们未来人类能源的一个解决方案。

比如在未来星际旅行的时候,需要在整个星系中航行,需要很大的能量,化石能源不可能满足需求,化石能源是根本不可能的,而核能能够满足需求,这可能是一个方向。

星际航行

除了在能源或者军事领域的用途之外,放射性还在医学、工业等等诸多方面都有应用。医学上大家都听说过放射性治疗。这是通过这些射线粒子来攻击人身上病变的癌细胞。通过这种方式把这些癌细胞给杀死。但是这也有很大的副作用,他在杀死癌细胞的同时也会把人体很多正常的细胞都会杀死,就属于杀敌一千自损八百,病人本身会很痛苦。所以放疗不到万不得已的时候不会用的。

然后在一些医学上还有其他的用途,这些粒子射线它能够轻易地穿过人体。既然能够穿过物体的话,那么就可以用于成像。我们做的CT或者X射线检测,或者大家过地铁的时候过的安检机,都是利用射线的穿透性,对物体进行成像。

生活中还有一些其他的应用,可能大家听说过,考古鉴定年代用的是碳14鉴定法。其原理就是我们生物体之内都含有碳14这种元素。在活着的生物体内,碳14这种元素的含量是一定的,但是在已经死亡的生物体当中,碳14的含量会逐渐变化,年代越久它会变得越少,所以用这种方式可以进行年代鉴定。

以上介绍的这几种应用对人类社会的发展并不是根本性的,但是人类对能源的需求确实根本性的。人类对能源的需求是终极需求,所以核电站必须要有。

但是这玩意又有危险,那怎么办呢?所以核电站的安全管理一直是全球、全人类的一个重大的课题。现在的技术已经很成熟,依照现有的技术,核电站一般情况下都有5层防护,基本可以认为是安全的,所以大家不用太担心。

说了这么多,现在我们回归正题,日本的这次核废料排放入海,到底是怎么一回事?

2011年的时候,由于地震,导致福岛核电站发生事故,核电站遭到破坏,造成放射性物质泄漏,并且核电站有爆炸的危险。当时为了给核电站降温,降低爆炸的风险,动用大量的海水进行冷却。这些海水把核电站温度是降下来,但是因为接触到核电站泄露出来的放射性物质,导致海水里面含有很多放射性物质,这些海水也具有放射性的。

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福岛核事故 海水降温

这些放射性物质包括碘-131、铯-134、铯-137和锶-90等,每种都会对自然环境和人体健康造成影响。

另一方面,由于地下水的渗透和流动,不断进入反应堆厂房,导致受污染水的量进一步增加,每天产生约140吨核污水。

这两部分具有放射性的水,都不能直接排放,需要经过处理、储存。为此日本在核电站周围建设了很多大型的储水罐。

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核废水存储

但是现在10年过去了,储存的海水已经太多了,根本放不下来,而且储存的成本非常高。所以小日本就动了歪心思,那就干脆不储存了,不花这个钱了,直接全扔到海里算了。

所以3月份,在纪念核事故10周年的时候,日本首相菅义伟说“到了要做决定的时候了”。

但问题是,如果这些海水直接排放到海里,必然会对海里的生态系统造成破坏,海洋生物在放射性物质的照射下,也会死亡、变异,然后通过渔业等系统,最终进入人体,对人类健康产生影响。这些排放的核废水会随着洋流漂散到全球,这会对全球、全人类都会有影响。

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日本官方给出的说法是核废水都经过处理了,在安全范围以内。而且不是立即排放,而是要两年以后排放。但是这中间他会不会偷偷排放?他到底有没有进行技术处理,有没有达到安全标准,这谁知道呢?

但是日本又不是第一次撒谎了他们之前对自己的本国渔民都在撒谎。对于政府的决定,日本自己人都在抗议和反对。

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日本渔民在抗议

日本立宪民主党代表枝野幸男则认为政府没有尽到说明责任,“政府只会说‘安全,安全’,却不做具体说明,因此没法判断核废水到底该不该排放入海。缺乏具体的判断依据,没法不让人反对”。

这些核废料几千万吨的核废料和废水一旦排放到海中,对海洋中的生态鱼类都会造成放射性损伤。生态造成破坏,搞不好真的是让一些海底生物造成变异。然后这些鱼类经过渔民捕捞,最终进入到我们人类餐桌,进入到我们人体。

小日本在没有跟邻国以及国际社会充分沟通的情况下,就自己决定排放,这就很恶心了。核废料处理确实难度很高。但是哪怕你真的处理不了,这是全人类的事情,国际社会也会帮你,出钱出人出技术帮你一起处理。但是日本政府不管不问,反正直接宣布我就直接就排放了,这就太恶心了!

我们中国,作为日本的邻国,肯定会受影响,而且是首当其冲。核废水会不可避免地流到我们的领海,我们的东海渤海南海可能都会受到影响。它的核废料说排就排过来了。小日本他是轻松了,我们最后受罪的是我们。

以后海鲜还能不能吃了,这都是一个问号?

日本政府宣布排放核废水之后,在国际社会引起强烈震动。

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韩国召见日本大使 表达抗议

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美国却为日本撑腰

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中国外交部抗议

非常不可思议的是,美国竟然表态支持,而且是第一时间站出来支持。可以想象,在这背后,日本肯定跟美国通过气。

日本人说核废水经过处理了,是安全的,那他自己干嘛不喝了?

核污染影响的是全人类,美国也无法独善其身,而美国这时候表态支持。这背后的利益关系值得玩味。

当今世界,每一件事,其实都是大国博弈。

而我们要做的,就是坚决反对,维护我们国家和民族的利益。

#日本核废水可致癌致畸致突变#

#日本正式宣布将核废水排入大海#

#外交部回应日本核废排海:极不负责#

#日本还有其他办法处理核废水吗#

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