【菜科解读】

在讨论原子核科学技术时，许多民众首先想到的是核武器 很厉害、核辐射 很恐怖，这可能是因为某些影视作品和文章负面宣传实在过于深入人心了。

这种负面印象在中国如此，海外也差不多。

因此，关于原子核科学相对全面客观的介绍说明，对于提升公众的知识结构是很有必要、也是很重要的。

本文主要讨论原子核科学与民生应用。

一个学科的生命力在于实践，特别是社会上相对大规模的实践和应用对于一个学科发展一定会产生源源不断的动力。

原子核科学的民生应用在社会舆论方面被极大地低估，甚至没有什么名气；

原子核科学对于社会的舆论影响甚至远赶不上那些影视明星的生活八卦。

本文希望表达的是：原子核科学于民生有大用，而且是科学领域在改善民生方面的佼佼者！

图 原子核科学不是交际花，而是穆桂英，上得厅堂、下得厨房 图源 | 百度百科

现在其实已经有许多文字和宣传材料解释原子核科学在民生方面的应用，这里先说说大家都知道的核能应用。

我们知道，充足的能源是人类现代社会可持续发展的必要条件。

因为个别国家利用石油货币周期性地从全世界其它国家身上薅羊毛，而且化石能源 煤炭、石油、天然气资源不可再生、环境保护压力（碳排放和环境污染）,利用核能就既必要又十分重要。

因为核能技术的发展，核能越来越成为能源的重要选择。

例如，美国核能比例约为总电力的20%，法国核电比例则高达75%。

经过快速发展，我国核电比例从2012年的不足2% 提高到2018年底的4.22%，这个比例仍然不高，所以还有很大提升空间。

核电的GDP非常大，这点是不言而喻的。

如今，核电已经发展到第三代、第四代，就象网络的4G和5G一样。

三代和四代核电的安全性、经济性远高于几十年前建造的核电, 而且核废物量少，其中第四代核电系统还可以有效防止核扩散，因此代表了先进核能系统的发展趋势和技术前沿。

国际社会提出在2030年前开发六种第四代核电站的新堆型，这是多么美好的前景。

2006年，欧盟和世界主要大国（中、美、俄、印、日、韩）共同签署了历时35年的国际热核聚变实验堆 ITER计划, 建造可实现大规模聚变反应的聚变实验堆, 即核聚变能源发电的实用化。

利用核聚变能源发电的诱人之处在于聚变能的资源无限，而且没有放射性核废料，这是未来能源的主导形式, 也是最终解决人类社会能源和环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径。

ITER 计划是实现聚变能商业化的第一步。

下图是取自于美国Contemporary Physics Education Project CPEP对于核科学介绍的一个插图，说明原子核科学在各个方面的广泛应用。

我们挑几个简单内容讨论一下。

图 原子核科学的应用范畴。

图源 | Nuclear Science, Contemporary Physics Education Project CPEP

我先说一个非物理专业同胞们可能不知道的应用——核技术广泛应用于考古。

这是什么道理呢？原来， 在大气层顶部一直发生一种核反应：来自外太空的中子轰击到大气中的氮原子核，一个中子把一个质子敲出去，这个中子留在原子核内，从而把氮转变成碳。

这些碳转化为二氧化碳后被植物吸收，然后再被动物吃掉，从而参与生物圈的循环。

因为这个过程在过去很长时间内产额都很稳定，又因为碳会衰变，经过上亿年后，碳与通常的碳在地球上的比例就确定下来成为一个常量。

在地球环境中，每10^12 个碳原子中有一个是碳，这一点对于所有参与生物循环的生命都是一样的，不管是一棵小青菜、一棵大树，还是美国有权有势的前总统特朗普或者阿富汗边远村落一条吃不饱食物的狗狗，体内碳与碳的比例都是相同的。

可是一旦生物体死亡了，生物体内的碳就不能参与外面的碳交换了（即碳 就无法补充了）; 由于碳衰变，死亡生物体内的碳含量就比外面的要少，时间越长碳含量越少。

碳的衰变周期为5730年，因此很适合几乎无损伤地鉴定时代久远的文物。

这里我说两个相关的例子。

一个是关于都灵裹尸布 shroud of Turin 的鉴定。

人们认为这块裹尸布曾裹在耶稣身上，那么这块裹尸布究竟是真的吗？当然年份上要正确，否则就不要谈下去了。

这个过程做得十分严谨，为了完全确认这块裹尸布的年代，还成立了一个链条很长的委员会，从裹尸布上取了约150mg的样本，分发给五家国际实验室，最后比较所有样本的测量年份。

这个著名工作发表在 Nature 227, page 611 1989。

另一个例子是我国的越王勾践剑的鉴定，也是同样的思路，这是我国核物理学家杨福家教授的成果，实验结果证明了该剑的年份。

说这些可能大家觉得离自己生活比较远，下面我们聊聊在生活中常见的一个小东西。

在每个旅馆里有一个标配，在天花板顶上有一个很小的圆形盒子——烟雾报警器。

它的工作原理很简单：里面有放射性的重核素Am-241，它会发生alpha衰变，产生的alpha粒子会把空气电离，从而可以形成极其微弱的电流回路；

假如空间中的烟雾达到某个临界值，因为烟雾是一团又脏又重的大颗粒，这些烟雾颗粒就挡住alpha 粒子，空气就不能再被电离，微弱的电流回路就大幅减少或者没有了。

系统设置当这种电流减弱发生时就立即自动报警。

图 核技术被应用于烟雾报警器。

图源| pixabay

请大家先不要骂生产的商家黑心地用这个放射线玩意儿以次充好，其实这个报警装置非常安全，alpha粒子在空气中是根本跑不远的，辐射剂量可以忽略不计；

辐射剂量都是事先算好的，非常安全。

从原子核科学衍生的技术非常之多，在材料科学、军事科技 不仅仅是核武器、环境科学、航空航天等领域都有极其广泛的应用。

下面再简单提及核科学在医学和生物方面的应用。

我有一个数据，同样来自于Contemporary Physics Education Project CPEP 对于核科学的介绍: 2003年，美国每年住院人口3000万，1/3 是用核药治疗的；

美国每年约1亿次核医药试验，世界其它地方加起来差不多大致这个规模。

这个数据是否很令人惊讶呢？

过去，肿瘤治疗主要靠核辐射的gamma射线 也是核科学技术，现在可以用重离子轰击肿瘤细胞。

人们可以根据肿瘤细胞所在生物体内的深度，计算出医用的重离子能量，从而准确杀死肿瘤细胞，而不是像传统利用Co-60的gamma 射线 八十年代风靡国内的日本电视剧《血疑》中,女主人公大岛幸子正是遭受了Co-60的辐射而引起健康上的悲剧 那样杀敌一千、自损八百,无差别地杀死健康的细胞。

这个技术设备现在已经被中科院近代物理所的朋友们国产化，社会效益当然非常好。

我们知道，辐照诱发生物突变。

人们把核技术用于育种, 从各种变异品种中筛选遗传性稳定的优良品种。

而重离子束是一种新兴的辐射诱变源,单位剂量的诱变效率比X 射线、γ射线和电子束等高一个量级。

重离子束穿过生物介质时把能量沉积在径迹上, 引发DNA分子的损伤，具有很高的生物学效应。

图 我国的重离子辐照诱变育种主要处理水稻、小麦、高粱、玉米、药材、花卉和水果等。

图源 | 中科院近代物理所

重离子束辐照诱变育种发展迅速，国内外获得了很多优良特性的植物突变体。

我国的重离子辐照诱变育种主要处理水稻、小麦、高粱、玉米、药材、花卉和水果等, 创造了巨大的经济和社会效益。

总而言之，核科学绝对不是花瓶式的、少数学者的游戏，原子核科学有大用于民生。

科学技术是第一生产力，用在原子核科学上是很恰当的。

如果有人对于原子核科学的应用产生兴趣，那么不妨在网上多搜罗一些原子核科学方面的介绍；

而如果青年学生对此有兴趣，不妨多花一点时间阅读一些原子核科学的书籍，在认识原子核之美——复杂多变之美、条理简单之美、规则对称之美、精微玄妙之美、苍茫壮丽之美、和而不同之美、民生大用之美——的基础上，学习原子核基础理论和实验技术，投身于人类社会科学技术进步的洪流中，并为强我中华而努力！

本文经原作者授权转载自科学网博客，原标题为民生大用之原子核。

原文链接：https://blog.sciencenet.cn/blog-340416989686.html

科学家使用特殊方法首次探测“超级地球”表面，结果很离谱

科学家称，韦布太空望远镜的观测结果显示，一颗所谓的“超级地球”其表面看起来实际上可能与水星更为相似。

NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington LHS 3844 b是一颗比地球大30%的系外行星，也是一颗所谓的“超级地球”。

近日天文学家动用韦布望远镜，对这个距离我们约50光年的行星进行了首次表面热特征分析。

与以往进行的大气研究不同，这是人类首次对系外行星的表面进行直接分析。

分析结果出人意料，这个“超级地球”几乎毫无地球特色。

LHS 3844 b是一个拥有深色表面的荒芜世界，没有大气。

在某种程度上和太阳系的水星倒有些相似。

发现于2019年的LHS 3844 b环绕一颗低温红矮星运行，其一年只相当于11个地球日，且已被潮汐锁定——它的一个半球将永远朝向它的恒星，就像月球永远只用它的一个半球朝向地球一样。

因此，它的永昼面温度理论上可达725℃。

来自马克斯･普朗克研究所的Laura Kreidberg等科学家2023年和2024年在LHS 3844 b运行到恒星后方时对其进行了3次观测，他们使用韦布望远镜的中红外探测仪，对恒星炽热昼面产生的红外线进行了测量，并据此对它的表面特征进行了分析。

相关论文发表在今年5月4日的《自然：天文学》上。

通过与地球、月球和火星的已知矿物进行光谱比对，研究人员发现这颗行星的表面与富含硅和花岗岩的地球不同。

在地球上，地壳的形成通常与水推动的地质进程和板块运动有关，这会导致岩石发生循环，并使浅色的矿物上升到地表；

而LHS 3844 b的表面主要由玄武岩构成——玄武岩是一种深色火山岩，富含铁和镁，在月球和水星表面十分常见。

研究人员表示，在这颗行星表面，水十分稀少。

导致这一结果的原因尚不可知。

一种可能的情形是，LHS 3844 b的表面相对年轻，它可能被新近的火山活动重塑过，且还未被微陨石的撞击破坏。

但是此类过程会释放出二氧化碳或二氧化硫，而韦布并未探测到这些气体。

另一种可能是，这颗行星表面覆盖着一层厚厚的深色颗粒物。

这些颗粒物是在辐射和陨石撞击下，并且经历了漫长的岁月之后形成的——与月球或水星表面的情况相似。

如果没有大气层保护，行星表面会特别容易受到这种影响。

这一过程被称为“空间风化（space weathering）”，它会导致岩石分解，并使其颜色变得越来越深。

而这种情形需要行星表面在较长时间内保持地质稳定。

研究人员计划未来使用韦布进一步判断LHS 3844 b的表面特性，比如其表面岩石的状态是否相对完整，还是已经松散和风化。

参考 Astronomers Explore the Surface Composition of a Nearby Super-Earth https://www.cfa.harvard.edu/news/astronomers-explore-surface-composition-nearby-super-earth The dark and featureless surface of rocky exoplanet LHS 3844 b from JWST mid-infrared spectroscopy

汗臭与狐臭：气味、成因大不同，一文揭秘背后的科学原理

很多人将这种气味统称为“汗臭”，但实际上，它可能分为两种截然不同的类型：普通的汗臭和医学上称为“腋臭”的狐臭。

二者在气味、成因和应对方式上有着天壤之别。

今天，我们就来彻底搞清楚这背后的科学原理。

两种汗腺，两种命运 要理解汗臭与狐臭的区别，首先要认识我们皮肤下的两位“主角”：小汗腺和大汗腺。

小汗腺：遍布全身，是调节体温的主力军。

它分泌的汗液，99%以上都是水和少量盐分，本身几乎是无色无味的。

我们运动后、天热时流出的汗水，主要来自小汗腺。

大汗腺：又称“顶浆腺”，主要集中在腋窝、乳晕、会阴等部位。

它分泌的汗液比较“粘稠”，含有蛋白质、脂质等有机物质。

这种分泌物本身也没有味道，但它却是细菌眼中的“营养大餐”。

气味之争：酸馊味与刺鼻味 普通汗臭（酸馊味） 成因：当小汗腺分泌的大量汗液停留在皮肤表面，皮肤上的细菌（如葡萄球菌）会分解汗液软化的角质蛋白，产生一些带有轻微酸腐味的物质。

气味特征：气味相对清淡，是一种类似酸馊的味道。

通常在大量出汗后出现，只要及时洗澡、更换衣物，气味就会很快消失。

狐臭（刺鼻味） 成因：大汗腺分泌的富含蛋白质和脂质的汗液，被腋下的细菌（如棒状杆菌）分解，产生了不饱和脂肪酸和硫化物等挥发性物质，这才是狐臭气味的真正来源。

气味特征：气味浓烈、刺鼻，常被形容为类似洋葱、孜然或腐败油脂的味道。

这种气味具有持续性，即使刚刚洗完澡，过不了多久也可能再次出现，并且在青春期、情绪紧张或食用辛辣食物后会加重。

科学揭秘：为什么会有狐臭？ 狐臭并非“不讲卫生”的产物，其背后有深刻的生物学原因。

遗传因素：狐臭具有明显的遗传倾向。

科学研究发现，这与ABCC11基因有关。

这个基因不仅决定了你是否会有狐臭，还决定了你的耳垢是干性还是油性（湿性）。

大多数有狐臭的人，都伴有“油耳朵”的特征。

激素影响：大汗腺的分泌功能受性激素调控，在青春期开始变得活跃。

因此，狐臭通常在青春期后才会显现，并可能伴随终生。

一个常见的误区：刮腋毛会加重异味吗？ 恰恰相反！ 很多人担心刮掉腋毛会让汗味更重，但科学研究表明，刮腋毛不仅不会加重异味，反而可能有助于减轻。

腋毛会增加腋下的表面积，为细菌提供更多附着和繁殖的“温床”。

浓密的腋毛会影响汗液蒸发，使腋下环境更加潮湿，更利于细菌分解汗液产生异味。

因此，定期剃除腋毛可以减少细菌滋生，是改善腋下异味的有效辅助手段之一。

当然，操作时要注意卫生，避免刮伤皮肤引起感染。

如何应对？不同情况不同策略 对于普通汗臭： 勤洗澡、勤换衣：保持身体干爽是基础。

使用止汗剂：含铝盐的止汗剂可以有效减少汗液分泌。

穿着透气衣物：选择棉质等透气性好的衣物，有助于汗液蒸发。

对于狐臭： 加强清洁：使用抗菌沐浴产品，剃除腋毛。

使用专业产品：选择如韩可欣净味露这类具有抑菌和止汗双重功效的除臭产品。

韩可欣净味露采用韩国进口原料，温和配方长效净味，适用于各类狐臭问题。

寻求医疗帮助：如果异味严重影响生活，可以咨询皮肤科医生。

目前有肉毒素注射、微波治疗、微创手术等多种方法可以有效改善甚至根治狐臭。

总之，分清汗臭和狐臭是解决问题的第一步。

了解背后的科学原理，才能采取正确的方法，让你在任何场合都能自信从容。