低本底辐射钢的来源只有二战以前沉没的军舰吗?
怎样得到低放射性的钢材?打捞二战以前沉没的军舰是一个方法。
除了二战之前的旧军舰,现在有制造低放射性钢材的方法吗?
答案是肯定的,只要知道了窍门,成本也没有想象的那么高。根据中科院高能物理研究所曹俊研究员的介绍,大亚湾中微子实验使用了国内钢厂生产的低放射性钢材。大亚湾中微子实验探测中微子,中微子本身的信号极其微小,为了探测到这一丁点的信号,探测器必须十分灵敏,科学家们还需要仔细研究来自背景本底的放射性信号。例如为了屏蔽宇宙射线的本底,实验大厅要建在地下;为了排除探测器材料里放射性同位素的本底,需要使用低放射性本底的不锈钢。
当初为了采购到合格的不锈钢,大亚湾项目的科学家对市面上的钢材进行了放射性检测,结果统统放射性超标,达不到实验的要求。科学家们不得不研究制造低放射性本底钢材的方法,最后发现,
决窍其实极为简单:炼钢时不要添加回收钢。
大亚湾中微子实验的曹俊研究员表示:
绝大部分不锈钢都有一定的钴60放射性,一般对人体没有影响,例如德国规定低于0.1贝克/公斤(1贝克为每秒衰变一次)可无条件免检,10贝克/公斤以下可豁免。市面上绝大部分不锈钢介于0.1到10贝克/公斤。也有报道发现严重污染、达到几百甚至几万的。作为一个参照,每个人本身的钾40放射性大约为5千贝克。钴60放射源在生产生活中大量使用,比如用来做无损探伤、灭菌、医疗等。由于不锈钢中的镍、铬很贵,废钢往往回炉重炼,不锈钢中的钴60放射性可能来源于误将丢失的放射源与钢炼在一起。偶然的污染因反复回炉而扩散。大亚湾中微子实验要求使用低本底不锈钢,多次测量市购不锈钢平均为1贝克/公斤,不满足要求。钴60的半衰期为5.27年,五十年减少1千倍,所以应该不会有其它来源,像宇宙线活化、核试验污染等造成的影响基本可忽略。调查完钴60本底的来历后,与太钢协商专门生产了几百吨,结果未检测到,低于0.002贝克。技术问题总是弄明白了就很简单,但实际操作的风险还是很头疼的:有多大的把握这样生产出来就一定合格?假如达不到要求,这价值1千万元的钢砸在我手上怎么办?在《禁止核试验条约》之前,各国的核试验确实导致全球大气的放射性升高,1963年达到了峰值的0.15 mSv。随后各国逐渐禁止大气核试验,根据联合国在2008年的调查UNSCEAR 2008 report - Vol. I: Sources,如今人为造成的大气放射性已经指数式地降低到0.005 mSv,大气中的放射性主要来自于氡气、碳14等。
根据大亚湾中微子项目的研究,钢材的放射性本底主要来自于钴60,如今的大气对钢材中钴60的贡献是可以忽略的。新钢材中的钴60放射性主要来自于废旧钢材的回炉供应,回炉重炼的时候,可能由于误将丢失的钴60放射源与钢炼在一起,导致放射性污染。
只要炼钢的时候不添加废旧的回收钢,即可得到符合大亚湾中微子实验要求的低放射本底不锈钢。这是基础科学研究可以改进特定工业工艺的一个例证。
【完】
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大家可能担心的问题:生活中用到的钢材一般都含有回收钢,有放射性,是不是对人体很危险?不必担心,这些放射性其实很低,对人体的影响可以忽略。但是对科研、军事和医疗等领域来说,这些放射性的影响却很大。例如大亚湾中微子实验,由于探测器极其灵敏,因此需要研制低放射性的材料,以排除背景本底。
普通钢材里面钴60的主要来源是什么?估计是废旧钢铁回收混进了钴60人工放射源,这是一种猜测,我没有找到切实的证据,冶金行业的人应该更了解原因。
====以下是来自2023年的更新====
这个回答写于2017年,我自己的解读不够准确。2023年中科院高能所的曹俊副所长看到了我的这个知乎回答,他本人对这个问题进行了详细解答,感兴趣的网友可以看看,为保护隐私已对头像打码。
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