Bức xạ hạt nhân, còn gọi là bức xạ hạt, là dòng các hạt cực nhỏ được giải phóng khi hạt nhân nguyên tử biến đổi từ cấu trúc hoặc trạng thái năng lượng này sang cấu trúc hoặc trạng thái năng lượng khác.
Đầu tiên chúng ta cần làm rõ bức xạ là gì. Trên thực tế, bức xạ là hiện tượng phổ biến nhất trong vũ trụ, lấp đầy mọi ngóc ngách. Bởi vì bức xạ là hiện tượng năng lượng lan truyền ra bên ngoài dưới dạng sóng điện từ hoặc hạt. Chỉ cần nhiệt độ vượt quá độ không tuyệt đối (âm 273,15°C) thì vẫn sẽ tồn tại năng lượng, nên bức xạ có ở khắp mọi nơi.
Có hai loại bức xạ, một là sóng điện từ và một là các hạt. Trong phổ điện từ, ngoại trừ ánh sáng khả kiến mà mắt người có thể nhìn thấy, các sóng điện từ ở các dải khác đều không thể nhìn thấy được bằng mắt người. Sóng điện từ có tần số dưới mức ánh sáng khả kiến có ở khắp mọi nơi, chẳng hạn như ngọn nến, hòn đá, mảnh quần áo, tuy nhiên, bức xạ này nhìn chung không gây hại lớn cho cơ thể con người do có bước sóng dài, tần số thấp và năng lượng thấp. Do đó, nó được gọi là bức xạ không ion hóa.
Ảnh minh họa. Ảnh: Zhihu
Bức xạ chính của bức xạ không ion hóa chủ yếu được truyền dưới dạng trường điện từ, thông qua trường điện từ, sự chuyển động của các hạt bên trong các chất xung quanh được tăng tốc, do đó các chất sẽ sinh ra nhiệt, điều này sẽ làm tăng nhiệt độ của các vật tiếp nhận. Ví dụ, khi ánh nắng và lửa chiếu vào cơ thể con người, con người sẽ cảm thấy nóng bức. Chỉ cần lượng nhiệt này không đạt đến một mức nhất định thì sẽ không gây hại cho cơ thể.
Loại bức xạ này là loại bức xạ phổ biến nhất trong vũ trụ và có ở khắp mọi nơi, ví dụ như các loại ánh sáng, phản xạ, các loại sóng vô tuyến từ các thiết bị gia dụng và sóng vi ba (wifi) đều có xung quanh chúng ta. Tuy nhiên, do mật độ thấp và công suất thấp nên loại bức xạ không ion hóa này gần như vô hình đối với chúng ta và nó sẽ không gây hại cho tóc ngay cả sau nhiều năm. Do đó, loại bức xạ không ion hóa này vô hại đối với cơ thể con người miễn là nó không tập trung ở cường độ cao, chẳng hạn như ánh sáng mạnh tập trung.
Trong phổ điện từ, bức xạ ion hóa mà cơ thể con người không nhìn thấy được chính là tia cực tím, tia X và tia gamma ở dải tần số cao. Khi tần số của các sóng điện từ này ngày càng cao hơn, thì năng lượng riêng của photon truyền năng lượng của nó ngày càng mạnh, khi các photon này chạm vào cơ thể sinh vật, chúng sẽ đánh bật các electron trong nguyên tử cấu tạo nên tế bào của sinh vật đó, biến các nguyên tử này thành ion.
Các nguyên tử là trung tính và không tích điện, trong khi các ion tích điện, điều đó có nghĩa là cấu trúc phân tử của tế bào sẽ bị phá hủy và các chất quan trọng trong sự sống như DNA sẽ bị đột biến hoặc biến đổi, khiến sinh vật trở nên bệnh tật, gây ung thư và thậm chí chết nhanh chóng.
Trong phổ điện từ, bước sóng càng ngắn thì tần số càng cao. Vì vậy, tia gamma là bức xạ ion hóa mạnh nhất và có thể gây tử vong.
Một loại bức xạ khác tương ứng với bức xạ điện từ là bức xạ hạt nhân. Bức xạ hạt nhân, còn gọi là bức xạ hạt, là dòng các hạt cực nhỏ được giải phóng khi hạt nhân nguyên tử biến đổi từ cấu trúc hoặc trạng thái năng lượng này sang cấu trúc hoặc trạng thái năng lượng khác. Loại dòng hạt này va chạm với các vật thể xung quanh với tốc độ cao, có thể đập vỡ các electron trong nguyên tử của vật thể, thậm chí đập vỡ hạt nhân, tạo thành bức xạ ion hóa cực mạnh.
Ảnh minh họa. Ảnh: Zhihu
Loại bức xạ ion hóa này khác với bức xạ ion hóa do sóng điện từ năng lượng cao gây ra. Sóng điện từ năng lượng cao là các photon trung tính không tích điện. Sự ion hóa do tác động lớn của năng lượng còn gọi là ion hóa gián tiếp, còn sự ion hóa do hạt nhân gây ra từ các proton hoặc tác động của tia tốc độ cao được hình thành bởi các hạt tích điện như hạt nhân helium và electron làm ion hóa các hạt mục tiêu.
Có ba loại bức xạ hạt nhân, đó là bức xạ alpha (α), beta và gamma. Tia α được hình thành từ hạt nhân helium, khả năng xuyên qua bức xạ bên ngoài rất yếu, chỉ cần một mảnh giấy đã có thể chặn được nhưng nếu hít phải sẽ rất có hại cho cơ thể con người.
Tia gamma thực chất là sóng điện từ tần số cao, có thể xuyên qua cơ thể con người và các tòa nhà, gây hại từ khoảng cách xa.
Trên thực tế, cả bức xạ điện từ và bức xạ hạt nhân đều có mặt khắp nơi trong tự nhiên, nhưng vì năng lượng nhỏ nên tác hại không lớn, chỉ có chất phóng xạ rò rỉ trong vụ nổ hạt nhân hoặc tai nạn nhà máy điện hạt nhân mới có thể gây hại cho cơ thể con người trên diện rộng.
Vậy bức xạ năng lượng bao nhiêu sẽ gây hại cho cơ thể con người?
Đơn vị cơ bản thường được dùng để đo bức xạ hạt nhân gọi là Sievert, và chữ cái được biểu thị là Sv. Nhưng Sievert là một đơn vị rất lớn, tương đương với 1 kg trọng lượng cơ thể hấp thụ 1 Joule (J) năng lượng. Trong cuộc sống hàng ngày, người ta thường dùng millisievert (mSv) hoặc microsievert (μSv), mối quan hệ giữa chúng là 1Sv=1000mSv, 1mSv=1000μSv.
Ảnh minh họa. Ảnh: Zhihu
Khi liều bức xạ ngắn hạn một lần thấp hơn 100mSv, thì sẽ không gây hại cho cơ thể con người, tuy nhiên khi ở mức 100 đến 500mSv, con người sẽ không cảm nhận được, nhưng bạch cầu trong máu sẽ giảm; khi đạt tới 1000 ~ 2000mSv, sẽ có bệnh phóng xạ nhẹ và mệt mỏi, nôn mửa, chán ăn, rụng tóc tạm thời, giảm bạch cầu; khi đạt 2000 ~ 4000mSv, tủy xương và mật độ xương của con người sẽ bị phá hủy, hồng cầu và bạch cầu sẽ sẽ giảm đi rất nhiều và các triệu chứng như chảy máu trong cùng các triệu chứng nghiêm trọng sẽ xuất hiện.
Khi liều bức xạ lớn hơn 4000mSv sẽ nguy hiểm đến tính mạng, nhưng vẫn có thể điều trị được; khi lớn hơn 6000mSv thì khó điều trị; khi lớn hơn 8000mSv thì về cơ bản là không thể cứu được.
Tóm lại, bức xạ là một hiện tượng phổ biến trong tự nhiên và hầu như vô hại. Nhưng điều này không có nghĩa là chúng ta xem nhẹ việc bảo vệ bản thân trước bức xạ, khi những hiện tượng bất thường xảy ra trong tự nhiên và bức xạ nhân tạo ngày càng gia tăng, chẳng hạn như ánh sáng Mặt Trời, lỗ thủng tầng ozone, phi hành gia bay ra khỏi bầu khí quyển, vụ nổ và rò rỉ hạt nhân, v.v. Cường độ bức xạ ion hóa gây hại cho sinh vật sống tăng lên rất nhiều và cần phải làm nhiều biện pháp khác nhau để bảo vệ.
>>
