為什麼鉛可以阻擋輻射?它的結構有何特殊之處?


物質阻擋核輻射的能力主要決定於兩個方面,首先是原子序數,其次是物質的密度。
1、一般原子序數越高,輻射阻擋能力就越強。但原子序數越大的元素生成越困難,因此也更稀少,原材料成本非常高。另外很多原子序數很大的元素本身就有放射性,不適合用來做防輻射材料。
2、物質密度越高,輻射阻擋能力越強。鉛的密度是11.3克/立方厘米。金的密度比鉛大,但是太貴。地球上密度最大物質為金屬鋨,密度值為22.8克/立方厘米,更貴。

結論:鉛的結構沒有特殊之處。鉛的原子序數、密度相對比較高,而材料成本相對不太高,很多環境下選擇鉛做為防輻射材料是應用場景、輻射阻擋能力和材料成本之間權衡的結果。任何材料都有一定的防輻射能力,核電站的反應堆外層就用很厚的混凝土,甚至Dd Peng提到的水都可以做為防輻射材料。

PS:評論中布拉拉提到材料厚度問題。材料厚度與輻射阻擋能力成正比是非常顯然的,故以上討論均基於單位厚度。


愛因斯坦光子說中提到,E=h
u ,即 能量=普朗克常量*頻率
所以,高頻射線有著很高的能量,有著極強的穿透能力(可以理解為能量大,需要強大的阻力才能迫使它停止)。

愛爺爺還說了,E=mc^{2} 能量高的光,有著更大的動質量,顆粒性更強,更有粒子性的特徵。
註:光的波粒二象性,請自行搜索。
·····························
下面將鉛為什麼能防護高頻射線(如X射線)
解釋這個問題,必須要上一個神器,元素周期表節選

  • 重金屬比重大於4的(即周期表24以上的元素),都有一定能力可以防護高頻射線,元素號越大效果越好。
  • 這些符合的材料包括金、銀、銅、鐵、鉛等

現在答案明顯了吧,哪個密度更大,穩定性更高,更便宜就用哪個。據說是有富一代使用金板來防護的。
註:鉛板防護中,並不是純鉛。
注2:防護高頻射線不僅可以使用金屬防護的方法,也可以使用距離防護的方法,距離的原理是平方的關係減少,效果也會很好。


呃,首先要說,鉛作為輻射屏蔽的材料,是針對X(γ)射線,由於其原子序數高,核外電子多,光電效應和康普頓散射的概率大。
X(γ)射線是輻射防護的主題,引起穿透能力比較強。但是它不代表「輻射」,其他的輻射比如α、β、n、p、e等粒子,用鉛就不能有效阻擋,需要用原子序數小的材料來阻擋,比如反應堆中用水或石墨來作為中子的慢化劑等等。除中子外的其他帶點粒子雖然穿透能力不強,但是接近此類儀器或者放射源時仍要注意。如果將放射源或者放射塵埃吸入體內,內照射的傷害是很大的。尤其注意一些α源,它們大多是化學毒性很強的元素,致死量都是極毒等級。


不是只有鉛的, 混凝土, 鋼鐵等等等等都可以只不過效率比鉛低. 鉛原子核大密度大 , 還比較便宜, 性質穩定, 物理性質還好, 自然就常用鉛了.

附常用半減弱厚度與十倍減弱厚度(即射線減弱一半與10倍所需厚度)表


拋磚引玉,按說任何物體都一定程度上阻擋輻射,日常用鉛作防護主要是考慮成本.鉛應該是原子量大的元素中遠比其他元素便宜的一個了.


需要補充的是,鉛並不直接適用於所有射線的屏蔽。常見的不同射線(α、β、γ / X)的特點並不相同。
以β射線為例:
選取屏蔽材料的時候,除了要考慮材料對射線的阻擋能力以外,還需要考慮射線與材料間的一些特殊效應。由於β射線被鉛阻擋,會產生顯著的軔致輻射(帶電粒子減速時發出的輻射,β射線是高能電子,被密度高、原子量大的材料,如鉛阻擋,會產生次生的X射線),在防護中可以採用兩層防護的方法,先用原子量和密度較低的材料,阻擋穿透能力較弱的β射線,再用鉛等原子量和密度較高的材料,阻擋軔致輻射。


可以把問題歸為粒子與靶核的碰撞機率。試想下,你手上有把槍,子彈的軌跡是任意的,目標的密度越大,體積越大,你越容易命中。當然命中之後可能發生目標的裂變,也可能發生目標對子彈的吸收或者散射。其實輻射也可以分為很多種,不同材料對不同輻射的屏蔽作用也有區別。


先說最重要的一條:它自身不能有輻射.
那麼看元素周期表,鉛是最後一個自身不帶輻射的元素,再往後的都有輻射不能選.
然後看密度,一般是序數越高密度越大,當然也有別的因素,鉛不是最重的,但重元素里就鉛便宜啊.

密度大的也能防輻射,比如金,一般防護用不起,特殊用途比如宇航員頭盔會用到很薄的金箔,是透明的.


鉛的線性衰減係數(宏觀截面)大,對輻射的衰減能力強


請問 哪裡需要古老的鉛作為屏蔽裝置? 實驗室 還是 設備製造廠家


簡單說:
理論上所有非放射性元素都能阻擋輻射,原子序數越大的防輻射能力越強,鉛(似乎)是原子序數最大的非放射性元素。
當然要考慮實際情況的話,鉛一般是固體。要是氣體的話也用不了……而且鉛的來源雖然比不上鐵啊銅啊之類的,但還算充裕了。


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