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【地震特辑】西弗到底是什么?

核辐射单位西弗是什么?核辐射用什么来计算?核辐射的单位是什么?

matrix67 发表于  2011-03-15 22:39

这个大千世界是由声、光、电、热、力等各种基本现象组成的,它们都是物理世界中的研究对象。但从更深的物理视角来看,它们都是能量的表现形式。光能、电能、热能等各种形式的能量,都是用焦耳这个统一的单位来表示的。这些能量既不会凭空出现,也不会凭空消失,它们只能从一个物体转移到另一个物体上,或者从一种形式转化为另一种形式。一个 1 千克的物体从 1 米高的地方落下,释放的能量就是 9.8 焦耳;让一个 40W 灯泡发光一分钟,需要的电能就是 2400 焦耳;一个苹果所含能量约为 90 卡路里,换算成焦耳就是 300 多千焦耳。同样地,放射性元素放出的射线也是一种传递能量的方式,它的单位也是焦耳。

19 世纪末,科学界正在为物质放射性的发现欢欣鼓舞,却没有人注意到它可能带来的巨大危害。直到 1896 年,传奇发明家特斯拉(Nikola Tesla)故意把手指放在 X 光下,才发现 X 光竟能产生灼伤。放射性物质对基因的影响,则更是到了 1927 年才被发现。

早期人们用“伦琴”(röntgen)这个单位来衡量放射性物质的照射量大小,这个单位通常简记作 R。这是为了纪念发现 X 射线的德国物理学家伦琴(Wilhelm Röntgen)而设立的单位。1 伦琴就是在一个标准大气压下,在 0 摄氏度 1 立方厘米的空气中造成 1 静电单位的正负离子所需要的照射量。

不过,伦琴这个单位只能表示辐射量的大小,并不能反映生物组织吸收辐射的情况。为了更准确地量化人体遭受有害辐射的严重程度,人们提出了“吸收剂量”(absorbed dose)的概念,即每千克人体组织吸收辐射的能量大小。

但是,不同的辐射源对人体的伤害效果是不一样的。对于每一千克的人体组织来说,吸收 1 焦耳的 α 射线,其杀伤力远远高于吸收 1 焦耳的 X 光辐射。为此,科学家们又专门定义了一种叫做“当量剂量”(equivalent dose)的物理量,让不同类辐射的杀伤力之间可以进行公平的比较。

和吸收剂量一样,当量剂量的单位也是焦耳每千克,区别在于当量剂量要在吸收剂量的基础上乘上辐射权重因数。不同性质的辐射,辐射权重因数是不一样的。X 射线、伽马射线的辐射权重因数都是 1;对人体破坏力极强的 α 射线,辐射权重因数则高达 20。核泄漏将会引发多种类型的辐射,没有一个确定的辐射权重因数,我们通常也就取 1 了。

为了区别吸收剂量和当量剂量两种单位相同但意义不同的物理量,科学界给这两种单位安上了不同的名字。为了纪念英国物理学家戈瑞(Louis Harold Gray),我们把吸收剂量的单位记作“戈瑞”(gray),简称“戈”,用符号 Gy 来表示。每小时 1 戈瑞的辐射,就表示暴露在此辐射下每千克人体组织每小时吸收 1 焦耳的能量。为了纪念瑞典物理学家西弗(Rolf Sievert),我们把当量剂量的单位记作“西弗”(sievert,也译作“希伏”、“希沃特”),用符号 Sv 来表示。两位物理学家都曾系统研究过辐射对生物的影响,对放射生物学都作出了杰出的贡献。

下面这些事实或许可以直观地告诉你,西弗到底是一个什么概念:吸收 1 西弗的辐射会让人感到恶心欲吐,2 到 5 西弗会引起脱发、出血,超过 6 西弗的剂量就很难存活了,超过 8 西弗后死亡率就达到 100% 了。可见,西弗是一个很大的单位,因此在实际使用时,我们通常用“毫西弗”这个单位,用 mSv 表示。两者的换算关系是,1 毫西弗等于 0.001 西弗。有时“毫西弗”也太大了,接受一次 X 光检查也才零点几个毫西弗。因此,我们偶尔也会用到“微西弗”这个单位,用 μSv 来表示。1 微西弗等于 0.001 毫西弗。正常人一年里接受的电视辐射大约就是几个微西弗。

戈瑞和西弗都是国际单位制的导出单位,属于国际标准单位。吸收剂量和当量剂量还有一些非国际标准的单位。吸收剂量有时也用“拉德”(rad)这一单位,1 拉德表示每千克人体组织吸收 0.01 焦耳的能量,也就是说 1 拉德等于 0.01 戈瑞。在数值上,1 伦琴大致就等于 1 拉德。在拉德的基础上乘以辐射权重因数,就能得到一个对应的当量剂量单位,通常被称作“人体伦琴当量”(Röntgen equivalent man),英文里简称“雷姆”(rem)。自然地,1 雷姆也就等于 0.01 西弗了。

 

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全部评论(36)
  • 1楼
    2011-03-15 23:24

    哼哼,受教受教

    好多东西和特斯拉都脱不了关系啊

    [0] 评论
  • 2楼
    2011-03-16 04:56 笑笑虫

    求教。请问格瑞和西佛,都用什么方法测量啊。能讲一下吗?如果简单的测试食物热量的方法是,点着那种食物,然后用点着的食物加热水。关于放射性当量和能量,有这类简单的方法可以测量吗?

    [0] 评论
  • 3楼
    2011-03-16 08:35 低熵体112358
    引用 笑笑虫 的回应:求教。请问格瑞和西佛,都用什么方法测量啊。能讲一下吗?如果简单的测试食物热量的方法是,点着那种食物,然后用点着的食物加热水。关于放射性当量和能量,有这类简单的方法可以测量吗?

    有此类剂量计,因为电离辐射沉积在介质中的能量几乎立马就能转变成热能,所以用量热计是可以测得剂量的,当然这需要较好的隔热腔室和精确的热电偶。还有一类化学剂量计,有兴趣可以网上搜搜,弗里克剂量计,硫酸铜剂量计啊。

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  • 4楼
    2011-03-16 08:54 Nadleeh 核物理硕士生

    H=DQN

    [0] 评论
  • 5楼
    2011-03-16 09:03 低熵体112358

    刚在淘宝上看到G-M管了,DIY们高手可以上了,打造一个辐射监测计或者更高级的一个辐射探测机器人,辐射探测飞行器。

    [0] 评论
  • 6楼
    2011-03-16 11:05 bossxp

    学习了。

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  • 7楼
    2011-03-16 11:50 bucht

    最后一段里,比如吸收1 西弗使人如何如何,这1西弗是多长时间吸收的?有一个定量的时间标准么?

    [0] 评论
  • 8楼
    2011-03-16 12:08 junglebee

    最近不停科普不停与各种谣言斗争,果壳压力很大啊

    [0] 评论
  • 9楼
    2011-03-16 12:33 不是很雷

    Sv

    引用 bucht 的回应:最后一段里,比如吸收1 西弗使人如何如何,这1西弗是多长时间吸收的?有一个定量的时间标准么?

    这里和吸收多长时间没有关系,此处指吸收的总量。
    实际上剂量学上Sv的计算是剂量率对时间的积分。积分时间大致50年,或者成年人到70岁。
    所以关注吸收总量。

    至于时间方面反映了受到放射性的大小。也就是放射性的地方呆的时间越长,受到辐射暴露(radiation exposure)就越多。

    放射性的危害自然严重。随机和非随机效应什么的大家百度下就知道了。
    所以碰到放射性危险,没有防护装置的情形下自然远离,也就是撒腿就跑。

    [0] 评论
  • 10楼
    2011-03-16 13:51

    α 射线,高中课本说到这玩意一张纸就能阻挡,日本到中国,那要经过到少障碍啊,何止一张纸啊,按道理,应该完全没影响才对啊……

    [0] 评论
  • 11楼
    2011-03-16 15:28 枯月安
    引用 锋 的回应:α 射线,高中课本说到这玩意一张纸就能阻挡,日本到中国,那要经过到少障碍啊,何止一张纸啊,按道理,应该完全没影响才对啊……

    同问,按理说α 射线会被体表挡住

    [0] 评论
  • 12楼
    2011-03-16 18:06 bucht
    引用 不是很雷 的回应:Sv引用 bucht 的回应:最后一段里,比如吸收1 西弗使人如何如何,这1西弗是多长时间吸收的?有一个定量的时间标准么?
    这里和吸收多长时间没有关系,此处指吸收的总量。
    实际上剂量学上Sv的计算是剂......

    谢谢解答。我还有个疑问。这个网站是东京地区放射量的数据:http://sinaurl.cn/htrjVH 这里用的单位是cpm。这个又是什么单位?与Sv和Gy有什么关系吗?

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  • 13楼
    2011-03-16 20:23 jimei2011

    在此辐射下每千克人体组织每小时吸收 1 焦耳的能量--西弗

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  • 14楼
    2011-03-16 22:05 八爪鱼

    自然条件下,人一生会吸收多少西弗呢?
    造成的伤害是累加的还是象有毒物质一样,有安全剂量

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  • 15楼
    2011-03-16 22:28 謎宫

    我想知道人体如何自行化解吸收的这些辐射

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  • 16楼
    2011-03-16 22:29 河伯

    好专业

    [0] 评论
  • 17楼
    2011-03-16 23:22 cithaeron
    引用 不是很雷 的回应:Sv引用 bucht 的回应:最后一段里,比如吸收1 西弗使人如何如何,这1西弗是多长时间吸收的?有一个定量的时间标准么?
    这里和吸收多长时间没有关系,此处指吸收的总量。
    实际上剂量学上Sv的计算是剂......

    既然西弗是剂量,就像是说人吃一碗饭没问题,还是八碗饭一样。那新闻报道说在核电站大门测量到“1000微西弗”的辐射是个神马概念?这八碗饭是一顿饭吃的,还是3天吃的呢?

    [0] 评论
  • 18楼
    2011-03-16 23:47 ahyangyi
    引用 cithaeron 的回应:引用 不是很雷 的回应:Sv引用 bucht 的回应:最后一段里,比如吸收1 西弗使人如何如何,这1西弗是多长时间吸收的?有一个定量的时间标准么?
    这里和吸收多长时间没有关系,此处指吸收的总量。
    实际......


    其实最近新闻里的辐射量读数的单位都是微西弗/时或者毫西弗/时……

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  • 19楼
    2011-03-17 00:43 LeVin

    嗯,看完之后更加坚定了我找个物理男人对付下半辈子的想法了...

    [0] 评论
  • 20楼
    2011-03-17 07:15 天蓝提琴 创客,机器人爱好者
    引用 低熵体112358 的回应:刚在淘宝上看到G-M管了,DIY们高手可以上了,打造一个辐射监测计或者更高级的一个辐射探测机器人,辐射探测飞行器。

    那些盖革管都是六、七十年代产的。。。经历了文革什么的,谁知道还能不能用了。。。

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  • 21楼
    2011-03-17 19:52 __子实__

    又见特斯拉

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  • 22楼
    2011-03-17 20:20 熊猫爱科学

    a射线对人伤害最大?我貌似记得一张纸就可以挡住A射线啊~

    [0] 评论
  • 23楼
    2011-03-18 00:19 kino

    冷:西弗是哈利的魔药学老师

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  • 24楼
    2011-03-18 00:40 袖白雪

    我只是觉得特斯拉同志无所不在啊,被打压得很惨啊

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  • 25楼
    2011-03-18 08:51 牛奶@咖啡
    引用 ヤ謎こ-宮パ 的回应:我想知道人体如何自行化解吸收的这些辐射
    [0] 评论
  • 26楼
    2011-03-18 22:11 星言
    引用 kino 的回应:冷:西弗是哈利的魔药学老师

    同冷 我一看到这题目就想到他了

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  • 27楼
    2011-03-18 22:47 ACHILLES
    引用 枯月安 的回应:引用 锋 的回应:α 射线,高中课本说到这玩意一张纸就能阻挡,日本到中国,那要经过到少障碍啊,何止一张纸啊,按道理,应该完全没影响才对啊……同问,按理说α 射线会被体表挡住

    但是你要吃进去就比较危险了,而且能飘过来的都是碘啊铯啊之类的东西.发出的γ射线基本挡不住.

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  • 28楼
    2011-03-19 08:51 都卜勒武士
    引用 锋 的回应:α 射线,高中课本说到这玩意一张纸就能阻挡,日本到中国,那要经过到少障碍啊,何止一张纸啊,按道理,应该完全没影响才对啊……

    好象是的

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  • 29楼
    2011-03-20 12:21 Babykaka

    4个字 能量单位

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  • 30楼
    2011-03-20 14:14 24K纯2货

    这个东西好。。解决了疑惑啊。

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