核物理与我们的生活 - 团队专题 - 搜搜问问

来源：百度文库编辑：神马文学网时间：2024/04/29 01:30:22

核物理与我们的生活

专题简介

提起核物理，可能绝大多数的人的反应都一样，感觉核物理既神秘而又高深，与自己的日常生活没有什么关系。其实不然，核物理与我们的日常生活息息相关，早已“润物细无声”地渗透到我们生活的方方面面……

什么是核物理

核物理学又称原子核物理学，是20世纪新建立的一个物理学分支。它研究原子核的结构和变化规律；

射线束的产生、探测和分析技术；以及同核能、核技术应用有关的物理问题。

核物理学起源于1896年时贝克勒尔发现天然放射性现象。之后经一个多世纪的发展，核物理学已成为了一门内容丰富、结构严谨的科学分支。与此同时，核物理学也开始渐渐走出实验室和研究所，在我们的日常生活中找到了不少用武之地。

如今，核物理学的前沿部分依旧发展活跃，比如人所共知的LHC（大型强子对撞机）项目、ITER（国际热核聚变实验堆）项目等，都极有可能在未来几十甚至十几年内改变人类对自然界的根本认识或是改变我们的生活方式。

一些重要的核物理学研究基地：欧洲粒子物理研究所（CERN）、美国布鲁克海文国家实验室（BNL）、中科院高能物理研究所、德国达姆施塔特重离子研究所、俄罗斯杜布纳联合核子研究所

以下就是核物理学在我们生活中的一些应用之处：

核电站：

核电站利用核反应堆中核燃料裂变链式反应所产生的热能，再按火力发电厂的发电方式，将热能转变成机械能，

再转换成电能。

其优点首先在于核能密度极高，1克铀235全部裂变时释放的能量为8百亿焦耳，相当于2 .7吨标准煤完全燃烧时释放的能量。一座100万千瓦功率的核电站运行一年仅需30吨核燃料，一个班次的飞机运量就足够了。

另外核电站还是极为安全的，也许人们老是提起切尔诺贝利核电站事故和三里岛核电站事故，并以此为借口指责核电站的安全性不过关。事实上，两次事故的最终都是由人为因素造成的。还有，两者都是早期的核电站，现在新一代核电站在设计上充分吸收了前两次事故的教训，安全性大为提高，关键环节都采用了手动、自动多重保险，保险性堪比核弹。

可能还有很多人担心核电站的辐射问题，其实这完全是杞人忧天，据统计，人类所受到的辐射照射有75%来自自然界，20%来自医疗诊断，只有0.25%来自核电，核电对于人类辐射环境的影响微乎其微。举个例子来说，北京至欧洲乘飞机往返一次受到的辐射为0.02毫希，胸肺透视一次为0.2毫希，而在核电站工作一年仅为0.01毫希，其剂量仅相当于抽十支香烟所受的辐射剂量。换句话说，仅就辐射这一点而言，在核电站工作比在飞机上当乘务员都安全！

最后核电站还是清洁环保的，核电站不产生二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，仅产生一些具有放射性的核废料，这些核废料的量极少且都得到了谨慎处理。几十年的事实证明这些经过处理的核废料没有对环境产生可观测到的不利影响。同化石燃料相比，清洁环保的核能无疑更符合人类需求。

当然，核电站也还很有发展空间，比如正在研究的可控核聚变发电，即ITER项目，一旦成功并投入商业运作的话，人类将永远告别能源危机。

核医学：

说起核医学，可能大家有些陌生，其实我们平常所说的X光检查、CT检查、核磁共振检查都是核医学的一些具体

应用。

X光检查、CT检查的基本原理是利用X光具有穿透性，对不同密度的物质有不同的穿透能力的特点来进行人体内部组织结构的成像。X光本质是一种波长较短的电磁波，因最早于1895年由伦琴发现故又称伦琴射线。也正是得益于X光的发现，伦琴于1901年获得了历史上第一个诺贝尔物理学奖。

核磁共振的基本原理是利用人体内不同的组织含水量不同，通过识别水分子中氢原子信号的分布来推测水分子在人体内的分布，并以此绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像。其中识别氢原子的过程则是利用了磁矩不为零的原子核在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理特性。

对比：1、计算机断层扫描(CT)能在一个横断解剖平面上，准确地探测各种不同组织间密度的微小差别，是观察骨关节及软组织病变的一种较理想的检查方式。在关节炎的诊断上，主要用于检查脊柱，特别是骶髂关节。CT优于传统X线检查之处在于其分辨率高，而且还能做轴位成像。由于CT的密度分辨率高，所以软组织、骨与关节都能显得很清楚。尽管大多数病例的骶髂关节用x线片已可能达到要求，但有时X线检查发现骶髂关节炎比较困难，则对有问题的病人就可做CT检查。

2、核磁共振成像(MRI)是根据在强磁场中放射波和氢核的相互作用而获得的。肌肉骨骼系统最适于做核磁共振成像，因为它的组织密度对比范围大。在骨、关节与软组织病变的诊断方面，核磁共振成像由于具有多于CT数倍的成像参数和高度的软组织分辨率，使其对软组织的对比度明显高于CT。核磁共振成像通过它多向平面成像的功能，使神经、肌腱、韧带、血管、软骨等其他影像检查所不能分辨的细微结果得以显示。核磁共振成像在骨关节系统的不足之处是，对于骨与软组织病变定性诊断无特异性，成像速度慢，在检查过程中。病人自主或不自主的活动可引起运动伪影，影响诊断。

放射测年法：

考古学中很重要的一个课题就是判断所发掘文物的年代，对于有文字记录的历史文物来讲，这似乎不是什么

难题；但对于没有文字记录的文物而言，这几乎是不可能完成的任务。然而，二十世纪中期，由美国人维拉德·弗兰克·利比发明的一项神奇的技术居然能解决这一千古难题。这项技术就是碳14测年术。

自然界中碳元素有三种同位素，即稳定同位素12C、13C和放射性同位素14C，其中14C的半衰期为5730年。宇宙射线在大气中能够产生放射性碳—14，并能与氧结合成二氧化碳形后进入所有活组织，先为植物吸收，后为动物纳入。只要植物或动物生存着，它们就会持续不断地吸收碳—14，在机体内保持一定的水平。而当有机体死亡后，即会停止呼吸碳—14，其组织内的碳—14便以5730年的半衰期开始衰变并逐渐消失。对于任何含碳物质，只要测定剩下的放射性碳—14的含量，就可推断其年代。

由于碳14测年术的发明，利比荣获1960年诺贝尔化学奖，在利比之后，人们又发明了好几种类似的放射测年法：

1、铀铅测年法 - 通过测量石头中铀235和铅207以及铀238和铅206的比例，可以测量大约一百万到超过45亿年的年代，精度大约为测量范围的0.1-1%。

2、钐钕测年法 - 通过测量¹⁴³Nd和¹⁴⁴Nd比例测量地球上古老的陨石和石头的关系。在地幔形成后钐钕同位素的比例比较稳定，可以用于测年。精度为在25亿年范围内少于2千万年误差。
3、钾氩测年法 - 钾40 衰变为氩40。氩气在石头为液体时会自由逃逸，而在石头凝固后则保留在石头中。钾40有13亿年的半衰期，因此可以用于测量超过100000年的石头，但因为氩含量太低影响精度，不能测量比较年轻的石头。

4、铷锶测年法 - 铷87衰变成锶87有13亿年的半衰期。用于测量火成岩和变质岩，还被用于测定月球石。在封闭环境下矿石所含有铷锶的比例应比较稳定。但因为地质运动等原因测量误差较大，大概为每30亿年有3到5千年误差。

关键词

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专题信息

创建者：你永远不独行
所属团队：中国物理学基地
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