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原子弹爆炸半衰期动不动就几万,为何广岛和长崎现在就能住了?

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二战末期,为了逼迫日本尽快投降,减少盟军损失,美国在1945年8月6日和9日,分别向广岛和长崎投下了原子弹小男孩和胖子。


Tips:1945年夏,日本败局已定,美军已经制订了在九州和关东地区登陆的“冠冕”行动和“奥林匹克”行动计划,出于对盟军官兵生命的保护,尽快迫使日本投降,并以此抑制苏联,美国总统杜鲁门和军方高层人员决定在日本投掷原子弹以加速战争进程。

这是两座唯一经受过核爆的城市,当时有人认为,这里百年内都不适合人类居住。但奇怪的是,在战后五年,广岛和长崎就开始了重建工作,到现在早已恢复了大都市的繁华。

都说放射性物质遗害千年,为什么广岛和长崎这么短的时间就能住人了呢?在回答这个问题之前,我们不妨先说一说原子弹的爆炸原理和这两颗原子弹的威力。

胖子和小男孩

原子弹是一种可以让高浓度的放射性物质发生核裂变,释放出巨大能量的装置。让原子弹有这么大的威力,是其中用到的核燃料

小男孩使用的是64kg的铀-235,而胖子使用的是钚-239。这两种放射性物质如果堆积在一起太多,或者压缩达到临界值,其中的原子就会发生不可逆的裂变反应,放出大量中子彼此碰撞,最终转换为能量和高能辐射,而其中用到的铀和钚则会在裂变反应中被消耗殆尽。


Tips:“胖子”这个代号可以说恰到好处地描绘了这颗原子弹的造型,它的正式编号则是MKIII。这颗原子弹采用内爆式结构,以一个实心的钚核为核反应装药。

原子弹小男孩和胖子之所以用了不同的燃料,其实是美国在拿日本做核爆试验,两个原子弹的起爆方式都不相同。小男孩使用的是撞针式引爆,把两块浓缩铀-235分开,用火药引爆撞针,让两块铀-235合在一起达到临界值,产生裂变反应。

胖子选用的是内爆式,在一块还没有达到临界状态的钚-239周围塞满炸药,炸药引爆之后高温高压让钚-239压缩达到临界值,导致裂变反应发生。


Tips:质能方程E=mc²,E表示能量,m代表质量,而c则表示光速(常量,c=299792458m/s)。由阿尔伯特·爱因斯坦提出。该方程主要用来解释核变反应中的质量亏损和计算高能物理中粒子的能量。

根据爱因斯坦的质能方程式E=mc²可以推导出,如果把一克物质完全转变成能量,可以达到9*10^13焦耳。这比长崎原子弹释放的能量8.4*10^13焦耳还要大。

从这个角度来说,其实核裂变完成的质能转换效率并不是很高,尽管如此,用它来摧毁一座城市也绰绰有余了。

1945年8月6日,原子弹小男孩在广岛上空约548米处引爆。之所以会选择在空中引爆,是为了增加原子弹冲击波的覆盖范围。爆炸产生的巨大冲击波几乎把整个广岛市摧毁,爆炸中心的温度超过太阳表面,达到6000摄氏度,就连瓦片都被熔化起泡。


Tips:原子弹在广岛的爆炸也造成了广岛一般民众极大的伤亡, 7 万 4 个人失去了生命,7 万 5 千人身负重伤。。

半径几公里之内的生物都被高热碳化。而爆炸发出的α射线,β射线,γ射线和中子射线,让数万人在接下来的几天中痛苦地死去,三天后的大雨中夹杂着放射性物质落在地面,形成独特的黑雨,更多的人因此受到辐射,导致死亡或者终生残疾。

据统计,小男孩直接导致广岛71379人死亡,另外还有20多万人在之后的辐射病中丧命。

不过同样让人感到可怕的是,广岛和长崎在核爆后不久就开始了恢复工作,仅用了十多年的时间就重建完毕,到现在早已变成了大都市。为什么这两座城市恢复的速度如此之快?

闪电恢复的广岛和长崎

在日本战败之后,美国开始帮助日本战后重建。这里最让科学家兴奋的自然是广岛和长崎的辐射程度。和一开始预计的不同,测量发现这两地的核辐射,在爆炸几周后就开始明显下降。


  • Tips:

广岛比较幸运,当初小男孩的爆炸位置比计划地偏移了3公里,所以爆炸中心离市中心偏了一些,除了核爆点附近的辐射超标之外,其它地区的辐射水平在几个月后就已经降到了人类可以进入的范围。

实际上,让广岛和长崎用了十多年才重建完成的麻烦并不是核辐射,而是大量的废墟残骸。日本在战后一年就已经开始了两地周边残骸的清理工作,经过了5年的时间才把大部分市区清理出来。


Tips:原子弹投下之处设立了和平纪念公园。有着当初在原子弹爆炸后遺留下的原爆圆顶馆,于1996年時列为世界遗产。在公园中也有设立广岛和平纪念资料馆。

到了战后十多年,广岛和长崎的基础建设就已经完工。到现在,广岛和长崎的核爆中心,依旧有废墟被当作历史遗迹被保留下来,除此之外的地区,辐射量早就降低到了无害的水平。

比如说长崎现在的辐射水平大概在0.038usv/h,每年的辐射量大概在0.33msv。根据联合国发布的标准,在自然情况下,陆地的辐射量大概在每年0.48msv。也就是说,长崎现在的辐射量已经低于自然状态下的标准值。这就不得不让人产生疑惑,为什么这两座城市恢复得如此之快呢?

为什么广岛和长崎恢复得这么快?

广岛和长崎之所以能快速恢复,主要可以分为两个方面。

第一,原子弹遗留的辐射并没有我们一开始预计的那么严重。

如果说当年美国向广岛和长崎投放的是脏弹,那么想要这么快恢复是完全不可能的。脏弹是一种爆炸后会把放射性物质向四周抛洒的炸弹。


Tips:铯的环境放射性核素137Cs ,会释放伽玛射线,放射性较强,其半衰期长达三十年,如果人食入或吸入了137Cs,摄入剂量小于 0.25Gy 尚属于安全范围,若摄入剂量超过 6Gy的137Cs,会致死。

其中最常用到的辐射物质是铯137,它的半衰期大约为30年,也就是说要过三十年这些辐射物质才会减半,要想正常住人可能要等到百年之后了。

如果说当年美国只是把铀235装在炸弹上,像李梅火攻那样来一次覆盖性轰炸,到处散落的铀235可以让广岛至今寸草不生。


Tips:当一个中子引起铀核裂变时,同时放出2个~3个中子,如果这些中子再引起其他铀核裂变,就可使裂变反应不断地进行下去,这种反应叫做链式反应。

因为铀235的半衰期有足足七亿年,日本就是等到海枯石烂可能也没法重建广岛。而原子弹胖子中使用的钚239的半衰期大概是24100年,想要重建依旧没有盼头。

当然,想准备这么多铀235,当时的美国是根本做不到的,想让一块地方被核辐射污染到无法住人,需要的放射性物质应该以吨来计算。原子弹小男孩用到的铀235只有60千克,而且大多数都在裂变反应中转化成了其他危害较小的放射性物质,它们的半衰期较短,人类可以在短时间内恢复重建。


Tips:美国维州威廉与玛丽学院(W&M)在科学期刊《自然-通訊》发表了一项最新研究,美国生产的蜂蜜含有同位素銫-137,与冷战时期核弹实验生产的放射性元素相同。

其中含量最大的是碘131,它的半衰期非常短,只有12天。其中比较麻烦的还是铯137,但生成的量比较小,再加上其它因素的影响,快速重建依旧不是问题。

当然,这只是针对小型原子弹而言的。如果说爆炸的是当量更大的原子弹或者氢弹,遗留的放射性物质会更多,重建难度更大。

比如说前苏联的核弹试验场都在最北端的新地岛上,这里的两个核爆试验区先后进行了135次核爆试验,至今这两片地方都被列为禁区,不过倒也不是寸草不生,反而有很多野生动物把这里当做了远离人类的天然庇护所。


Tips:新地岛位于北极圈境内,气候极度严寒,岛上有大量终年冻土层,不适合人类长时间居住,因此在岛上生活的居民非常少。

此外,小男孩和胖子都是在高空引爆,这大大降低了辐射物质留在日本本土的可能。原子弹爆炸后升起的蘑菇云,把大多数辐射物质带到了平流层之上,大气运动很好地稀释了放射物质的浓度。

在广岛原子弹爆炸后,美国在几个月后就发现部分放射性物质已经顺着大气环流飘到了美国海岸,整个太平洋成为了辐射物质的稀释区,所以美国并没有受到什么影响。


Tips:地下核爆炸是指爆心位于地面以下一定深度的核爆炸。核爆炸是剧烈核反应中能量迅速释放的结果,可能是由核裂变、核聚变或者是这两者的多级串联组合所引发。

曾经美国在内华达州核试验场进行了九百多次核爆试验,这些核爆危害最大的是地下核爆,目前已经有地下水污染的报告,遗留下来的环境问题可以持续万年。

而危害最小的是高空核爆炸,辐射物质会在大气层中被稀释,所以该试验区域一直都不允许有人进入。在禁止核试验之后,内华达州核试验场部分还向游客开放,或者进行反恐演习,可见高空核爆留下的辐射物质比地表核爆的危害要小上许多。

第二,独特的自然环境让广岛和长崎恢复神速。

广岛和长崎两座城市都是沿海城市,这让它们的恢复速度加快了不少。

因为这里不但经常下雨,时不时还会有台风海啸。这让当地的辐射物质在短时间内被大量冲刷到了海水之中,被充分稀释。


Tips:广岛市的南方面向濑户内海,形成了广岛湾。在市中心部流动的太田川河口上冲积而成的三角洲上,形成了广岛市区。长崎市是长崎县政府所在地,位于长崎半岛西端,三面环山,一面向海。

得天独厚的地理环境,让这两座城市得以快速恢复。如果它们是内陆城市,那么清除核辐射可能需要把地表半米内的土壤全部清理出去。

小编总觉得,日本能想到排放核废水,也是因为有了广岛和长崎两个模范存在导致的。尽管大自然可以帮人类擦擦屁股,但是不论怎么稀释,核物质的总量都是那么多。不遗害日本,必定要让其它地方遭罪,大如太平洋,也不能总被当做废水处理厂来用。

为什么切尔诺贝利这么多年还是禁区?

相信看到这里,大家依旧会有疑问,为什么切尔诺贝利事故之后,到现在还被当作禁区,限制人们出入呢?


Tips:脏弹又称放射性炸弹,它引爆传统的爆炸物如黄色炸药等,通过巨大的爆炸力,将内含的放射性物质,主要是放射性颗粒,抛射散布到空气中,造成相当于核放射性的尘埃污染,形成灾难性生态破坏。

首先,切尔诺贝利的核泄漏事故不像原子弹爆炸,而更像是脏弹爆炸。其中的放射性物质被爆炸抛洒的到处都是,就连挪威都检测到了空气中的辐射。

这些燃料棒都是没有反应完全的核燃料,半衰期要比核爆后遗留物的半衰期长太多,所以到现在依旧没办法住人。


Tips:1986年4月26日的切尔诺贝利事故是世界上最严重的一起核泄漏事故,原因是工作人员违规操作导致切尔诺贝利核电站发生大爆炸,大量高辐射物质被风吹散。

最重要的是核电站用的放射性物质比原子弹多太多了。当初整个核电站中有大约180吨的核燃料棒,其中有大约8万吨直接被抛洒了出来。

这些物质到现在依旧遗留在切尔诺贝利附近,再加上内陆环境,想要靠大自然恢复,可能需要上百年甚至上千年。


Tips:核电站泄漏事故发生之后,周围设立了隔离区,超过35万的当地居民被迫撤离疏散。当今政府仍然对切尔诺贝利核泄漏区域列为禁区,严禁居民在此生活。

其实,如果现在乌克兰想重建切尔诺贝利也不是没有可能,只要能想办法把周边的废墟全部清理,除核电站之外的地方也可以供人居住。

目前,切尔诺贝利核电站方圆30公里的范围内都被列为禁区,许多人听到禁区二字,就以为这里完全不适合生物生存,是寸草不生的荒芜之地。


Tips: 乌克兰共有250多万人因切尔诺贝利而身患各种疾病,其中包括47.3多万名儿童。完全消除这场浩劫对自然环境的影响至少需要800年,而持续的核辐射危险将持续10万年。

其实恰恰相反。首先,核禁区并不是说跑进去就会死,而是其中有些地方核辐射超标,待的时间长了会得辐射病,癌症几率也会大幅度提高。如果你带着辐射探测仪随时测量,避开辐射大的危险区域,依旧可以在禁区内活动。

而植物对核辐射的耐受能力比人强得多,所以禁区内倒是生机盎然。


Tips:现今的切尔诺贝利禁区被棕熊、野牛、狼、猞猁、普氏野马,以及200多种鸟类和其它野生动物占据着,这里成为了野生动物的天堂。

还有不少珍稀野生动物在此地活跃,甚至壮大了种群,快活地生存。这些并不能说明动物对核辐射不敏感,只能说明,人类对野生动物的危害,比切尔诺贝利的核辐射更加可怕罢了。

从自然的角度来说,人类,比他们手中的核武器要危险太多了。就算我们真的能从核战争中幸存下来,也千万不要小看了自己的破坏力,珍惜来之不易的和平,远离战争,是每一个人都应该衷心期盼的生活。

这就是本期的全部内容了,想看更多有趣科普,欢迎关注,让我们下期再见!

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