放射性矿物

然的放射性矿物其实放射性不是很强,这是因为能形成矿物的放射性核素都具有很长的寿命(半衰期)– 比地球的年龄还长或至少可以和地球年龄相比较。放射性核素的放射性强弱和它的半衰期有非常大的关系,氚的半衰期只有 11.2 年,具有很强的放射性,但仍然没有放射性药物中使用的核素 锝99m 强,锝99m 的半衰期只有 6 小时,一个单位的 锝99m 每秒释放的射线是氚的 16,000 倍,钚的 7,000,000 倍(当然 锝99m 的用量极微,目的是杀死癌细胞,短半衰期是为了不在体内残留放射性)。

    自然界没有钚矿,是因为钚的最稳定同位素 钚-244 半衰期是 8200 万年(放射性也不是很强)。但对于地球 46 亿年的历史来说,天然的钚元素已经减半减半再减半了 50 多次,所以无法成矿。

    在自然界,只有四种主要放射性核素的寿命可以和地球年龄比较,它们是:
    铀-238(占铀总量的 99% 以上,半衰期 45 亿年)
    铀-235(不到铀总量的 1%,半衰期 7 亿年)
    钍-232(100%,半衰期 140 亿年)
    钾-40(占钾总量的 0.01%,半衰期 12.8 亿年)。由于钾-40 占钾总量的比例太小,钾元素不被认为是放射性元素。

    这就意味着放射性矿物不是含铀就是含钍。很多稀土矿由于含有痕量的铀或钍(某些稀土元素是铀衰变的产物),也具有少量的放射性。另外,铀和钍的衰变链中会产生很多短寿命的其它放射性核素(当然放射性也更强),不过这些放射性核素只以痕量存在,而且较短的半衰期使得它们也都无法聚集成矿。

    还有两种相对常见的放射性核素:镭-226 和 氡-222,它们都是铀衰变的产物。氡被认为是最危险的放射性物质之一,因为它是气体,很容易被吸入肺部造成内照射。幸运的是,氡只有 4 天的半衰期,这样在建筑建造的过程中,天然的氡可以很快衰变为稳定元素,使人们可以放心入住。但 4 天的半衰期也意味着氡有非常强的放射性。

    另一种有名的放射性核素是 碳-14,占碳总量的百万分之一,半衰期是 5732 年,可用于年代测定。碳-14 的半衰期虽然很短,但宇宙射线与地球大气的核反应仍然源源不断的提供着新的 碳-14。由于它是碳元素,它会很快散布到所有的生命体中。事实上,我们的身体也是天然的放射源(大部分贡献来自于钾-40,然后是碳-14,最后才是铀及其衰变产物)。

    注意我说铀矿和钍矿的放射性不是很强并不意味着它们不危险。放射性物质的危害源于其释放的多种粒子:β 射线(高能电子)、γ 射线(高能光子)、中子及 α 粒子(高能氦核),它们的穿透力也各不相同。铀和钍的放射性主要是 α 射线,在空气中只能前进几厘米,甚至能被纸张阻挡。将放射性矿物放在玻璃或者塑料盒中可以阻挡 99% 以上的放射。α 放射源的危险主要来自于吸入其粉尘(或其衰变产生的放射性氡气)。

收集放射性矿物的注意事项

    只要有适当的保护措施以及预警得当,即使是非专业人士也可以安全地收藏放射性矿物标本。

  • 将放射性矿物置于透明带盖的盒子里,这样可以避免观赏时放射性矿物碎屑的掉落,也减少了皮肤接触,同时阻挡 α 射线和部分 β 射线。
  • 放射性矿物可以用手直接接触,但不要时间过长。接触放射性矿物后,请用肥皂洗手。勿将放射性矿物放入口袋。
  • 打开放射性矿物的容器时(可能包含放射性气体氡),可以考虑暂时屏住呼吸。不要去吹放射性矿标的灰尘。
  • 绝不要在放射性矿物周围吃喝东西、抽烟或睡觉。
  • 观赏放射性矿物保持适当距离,因为 α 和 β 射线经过几英寸的空气或者普通玻璃就会被阻隔,γ 射线穿透力很强,但其衰减和距离也有很大的关系。
  • 不要收藏超过 4-5 cm 的标本,因为辐射的强弱和放射性物质的多少有关。
  • 再小的放射性矿标,也不要将其放在日常活动的房间内(卧室、起居室、书房),因为再弱的放射性,一年的累积剂量也会超出安全标准。
  • 对放射性矿标做好记号。
  • 注意让小孩和过于好奇的大人远离放射性矿物。
  • 铀和钍衰减过程中会产生放射性的氡气,应将放射性矿物标本放置于通风的地方;如果放于橱内,则应考虑安装一个气泵(水族箱的那种),使橱内的氡气不至于积累到对人造成伤害的程度。
  • 如果你准备收集含铀云母等放射性矿物,那么就去买一个盖革计数器,通过数据了解矿标的放射性强弱 — 既不用过度防护,也不能忽视潜在的风险。
  • 放射性矿物应集中存放,不能和雄黄、蓝铁矿、日光萤石等受光容易发生变化的矿物放在一起,因为 γ 射线比紫外光和 X 射线能量还要高很多,会迅速使这些矿物发生变化。

放射性矿物的种类

含钍矿物

    其中有两种含铀矿物

• THORITE 钍矿 (Th, U)SiO4
• THOROGUMMITE 脂铅钍铀矿 (Th, U)2(SiO4)2-X(OH)4X
• MONAZITE 独居石 (Ce, La, Th, Nd, Y)PO4

含铀矿物

    α 射线是铀矿的主要放射形式。含铀云母中的分子水如果失去部分,会转变成相应的偏含铀云母(Meta-)。

• URANINITE 沥青铀矿 UO2
• AUTUNITE 钙铀云母 Ca(UO2)2(PO4)2·10H2O
• URANOPILITE 铀钙矿 (UO2)6SO4(OH)10·12H2O
• ANDERSONITE 碳钠钙铀矿 Na2CaUO2(CO3)3·6H2O
• BETAFITE 贝塔石, 铌钛铀矿 (Ca, Na, U)2(Ti, Nb, Ta)2O6(OH, F)
• CARNOTITE 钒钾铀矿 K2(UO2)2(VO4)2·1-3H2O
• COCONINOITE 硫磷铝铁铀矿 Fe2Al2(UO2)2(PO4)4(SO4)(OH)2·20H2O
• META-ANKOLEITE 偏钾铀云母 KUO2PO4·3H2O
• META-AUTUNITE 偏钙铀云母 Ca(UO2)2(PO4)2·2-6H2O
• META-TORBERNITE 偏铜铀云母 Cu(UO2)2(PO4)2·6-8H2O
• META-URANOCIRCITE 偏钡铀云母 Ba(UO2)2(PO4)2·6-8H2O
• META-ZEUNERITE 偏翠砷铜铀矿 Cu(UO2)2(AsO4)2·8H2O
• PHOSPHURANYLITE 磷铀矿 Ca(UO2)3(PO4)2(OH)2·6H2O
• TORBERNITE 铜铀云母 Cu(UO2)2(PO4)2·10H2O
• TYUYAMUNITE 钙钒铀矿 Ca(UO2)2(VO4)2·5-8H2O
• URANOCIRCITE 钡铀云母 Ba(UO2)2(PO4)2·10-12H2O
• WALPURGITE 砷铀铋矿 (BiO)4UO2(AsO4)2·H2O
• ZEUNERITE 翠砷铜铀矿 Cu(UO2)2(AsO4)2·10-16H2O
• BOLTWOODITE 黄硅钾铀矿 K2(UO2)2(SiO3)2(OH)2·3H2O
• CUPROSKLODOWSKITE 硅铜铀矿 Cu(UO2)2Si2O7·6H2O
• SKLODOWSKITE 硅镁铀矿 Mg(UO2)2Si2O7·6H2O
• URANOPHANE 硅钙铀矿 Ca(UO2)2Si2O7·6H2O
• CLIFFORDITE 铀碲矿 UTe3O9
• MOCTEZUMITE 碲铅铀矿 Pb(UO2)(TeO3)2
• SCHMITTERITE 碲铀矿 (UO2)TeO3
• ZIPPEITE 水铀矾 K4(UO2)6(SO4)3(OH)10·4H2O

稀土矿物

    稀土矿物和“垃圾矿物”(Trash Can Minerals,成矿后的残留物聚集而成)通常会含有痕量的铀或钍,所以会有少量的放射性。稀土矿物的成分复杂,例如褐帘石,分子式是 (Ca, Ce, La, Y)2(Al, Fe)3(SiO4)3(OH), 应该没有放射性,但其实可能含有更多其它元素 (Ca, Ce, Y, La, Th, Na, K)2(Al, Fe, Be, Mn, Mg)3(SiO4)3(OH),其中钍是放射性元素,这也是为什么有些褐帘石具有放射性的原因。

• ALLANITE 褐帘石(垃圾矿物)
• EUXENITE 黑稀金矿(垃圾矿物)
• MICROLITE 细晶石,钽烧绿石(稀土矿物)
• PYROCHLORE 烧绿石(稀土矿物)
• SAMARSKITE-(Y) 铌钇矿(稀土矿物)
• XENOTIME 磷钇矿(痕量)
• CHURCHITE 针磷钇铒矿(痕量)

    自此,放射性矿物基本介绍完毕,希望大家(特别是准备收集放射性矿物的爱好者)对其有了更全面的认识。文章很长,如有错误,请大家指正。

One comment

  • 2016年06月7日, 03:46 1 年前
    愚石公

    如果在原子核衰变中再加入中微子内容,或许会更完整,更有趣,尽管中微子不会对人体造成任何损害。

    Reply

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