哪些放射性物质会泄漏出来,是怎么拍出来的

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8月3日,“韩春雨”这三个字再次回到大众视野。

福岛核危机观察(4)

最近的电影界,3D版“肉蒲团”自然是焦点话题。90港元一张的不菲票价仍令港区观众趋之若鹜,据说场场爆满。我等大陆民众没有眼福,不能亲身体会其中的妙处,所以只好从科学角度,研究一下这种层次分明的爱情动作片是怎么拍出来的。

8月2日,韩春雨等5位作者在《自然-生物技术》期刊上发布了在线撤稿声明,称“因为科研界一直无法用我们论文中提供的实验方案把论文图4中的关键结果重复出来,我们决定撤回我们的这项研究”[1]

在上一篇文章当中,我们已经谈到,福岛核电站反应堆中核物质的泄漏是不可避免的。那么,很多人接下来关心的问题就必定是,这些核物质会对我们产生多大的影响。要回答这个问题,先要看一看,哪些核物质会泄漏出来。

探秘之前,我们先来看看3D电影的拍摄要求。3D成像最基本的原理,是恢复“景深”的信息。也就是将屏幕上显示的景物前后次序确定下来。只要大脑中接收到的信息有了深度,就可以产生立体的视觉效果。

图片 2韩春雨等人的在线撤稿声明。图片来源:nature.com

核电站利用核裂变及裂变产物衰变所产生的热量发电。当原子核大到一定程度之后,结构会变得不稳定,有一定的几率分裂形成两个(很少情况下是三个)较轻的原子核,并伴随有中子和γ射线的产生,这即是核裂变。这个过程释放的热量主要是来源于裂变产物的动能、中子和γ射线的能量,以及裂变产物原子核的衰变。据测算,每次铀裂变可产生200百万电子伏特左右的能量。

那么,亟待解决的问题就是,怎样通过摄像机这个仅仅能够记录二维信息的设备,记录三维场景的深度信息?这里有两种较为成熟处理方法,一种是直接保存其深度值,另一种是记录下可推算出深度值的信息。对于第一种方法,可以通过激光摄影机实现,其原理是利用激光打到三维物体之后返回设备的时间差推算出距离。该项技术被普遍的做计算机图形的学院派所乐衷,然而电影业界一向不屑一顾,因为不但激光获取的深度值误差较大,而且需要各种繁缛算法后期处理大量数据。

同一天,《自然-生物技术》发表了一篇题为《是该数据说话的时候了》(Time for the data to speak)的社论[2]。文章指出:“我们现在确信,韩春雨和同事的撤稿决定是维护已发表科研记录完整性的最好做法。”

这两个裂变产物的原子核集中分布在以核序 数90以及130为中心的两个区段之中。较轻原子核的代表是锶-90(Sr-90)。重原子核的代表是铯系同位素和碘系同位素,其中含量很高的是铯-137(Cs-137)和碘-131(I-131)。它们都具有放射性。

下面我们来说说第二种方法,它是基于人眼的双目成像原理而实现的。人的两只眼睛距离大概在5厘米到7厘米之间,因人而异。就是这个距离造成了,对于空间中相同的物体,两只眼睛看到的图像是不一样的,而我们的大脑可以根据这两张不同的图像,重建出景物的三维信息,从而真正意义上“看”到三维的景物。

图片 3《自然-生物技术》发表社论称“是该数据说话的时候了”。图片来源:Nature Biotechnology

通常情况下,核燃料和裂变产物都被封闭在核燃料棒中,不会泄漏。但像此次日本核事故中,反应堆冷却系统被摧毁,反应堆芯达到了非常高的温度,燃料棒的外壳被烧穿,其中的放射性物质随之散发出来。这也就是常说的“融堆”。

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在随后果壳网针对《自然-生物技术》的采访中,其发言人指出,《自然-生物技术》致力于维护已发表记录在科学上的准确性,并且致力于在维护的过程中持负责任且慎重的态度。他说:“自然科研十分珍视自己作为市场领先的出版机构的地位,因此长期以来一直在努力促进研究的可重复性,尤其是我们在2013年以及之后的近年,推出更多的措施来应对这个问题,提升自然科研发表论文所采用的报告方式的质量和一致性。”

碘元素物理性质活泼,极易升华,遇热到处跑,而且在大气中传播很快。记得上学时,有位老师给我们讲他1960年代时在落基山中研究驼鹿甲状腺中碘-131的含量。研究发现每一次碘浓度的高峰都和核武器的实验时间相吻合,其中甚至包括中国进行的首次核武器试验。

比如说对于如上左图,三维空间内有一个二维平面M,在平面上任取一点C,因为C沿着空间内各方向都是有反射光线,那么必定会有两条光线,分别进入观察者的左眼和右眼。我们的大脑在眼睛接收到这两条光线后会立刻精准推算出CA和CB两条直线,并且判断出视线焦点C点所在的位置。这样,我们就可以判断出C点属于平面M。这样,就产生“看平面是平面”的视觉效果。而对于右图,如果右眼只能看到A,左眼只能看到B,那么大脑根据相同的处理过程,计算出AC和AB两条视线,判断出交点C。此时C点就在M平面的上方,与人眼的距离比平面M要近。同样的原理,如果A、B两点交换位置,那么交点C就会被大脑判断在M的下方,也就是在平面M的后面。如此以来,看二维平面就像看到了三维景物一样,既有近景又有远景。

关于可重复性,韩春雨等人在撤稿声明中表示:“我们会继续调查缺乏可重复性的原因,希望提供一个优化的实验方案。”河北科技大学校方则称,韩春雨团队同意“按学校安排选择一家第三方实验室,在同行专家支持下开展实验”。而针对已撤回论文的官方调查是否会启动、以什么程序操作,国家与地方有关机构为此项结果所投入的资源是否会因撤稿而做出妥当调整,目前都仍不明朗。

碘-131在Health Physics中具有重要意义,因为它容易在人体的甲状腺内富集。生物学的研究表明,进入人体的碘会有30%富集在甲状腺。一个成人的甲状腺大约只有30克,前面提到过剂量是跟生物体组织的质量成反比,因而产生的剂量就很大。幼儿的甲状腺更小,更容易受到碘-131的损害。

由此得知,立体成像的核心技术在于“如何让观众的左眼和右眼同时看到不同的图像”。同样的道理,3D电影拍摄的核心技术在于“如何获得应该传达给观众左眼和右眼的图像”。

图片 5河北科技大学网站发布消息称“鉴于该论文已撤稿,学校决定启动对韩春雨该项研究成果的学术评议及相关程序”,但并未公布具体做法。图片来源:hebust.edu.cn

碘-131进入人体主要途径为大气沉降→牧草→牛→牛奶→人。这个过程已经为切尔诺贝利事件所证实。当时的苏联政府没有及时地禁止牛奶的流通,造成大量儿童的甲状腺受到辐射。联合国原子放射科学委员会(United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, UNSCEAR)的报告证实,从1986年到2005年的20年间,有6000多例儿童甲状腺肿瘤与切尔诺贝利核事故初期受到大剂量的碘-131辐射有关。【引用1】

原理简单,实现起来却不简单。针对不同的场景不同的景深不同的镜头焦距,两个镜头之间的角度和距离都需要不停地反复地精确地计算。不同的镜头距离可以产生截然迥异的视觉效果,就像是《玩具总动员3》的拍摄中,导演有意让观众以玩具的视角观察这个世界,于是按照玩具的两眼位置所设计出双镜头间参数就与人眼参数差别很大,同时,其所营造出的视觉效果更是让人耳目一新。

距离这篇论文的发表已有一年多了,围绕NgAgo论文结果可靠性的争论已经暂时有了结果。“谈到重复研究时,有一点我们是知道的——它需要花时间来做。在NgAgo这个案例上,现在时候到了,数据已经说话。” 《自然-生物技术》在社论最后说。在《自然-生物技术》针对果壳网科学人的采访说:“‘数据已经说话’不仅描述了对于最初发表的数据的全面缜密的评估,也描述了对后续一系列有关NgAgo的报告的全面缜密的评估,评估所有数据后的结论是如今的撤稿是合适的。”

自然界中的碘只有一种同位素,碘-127。它是没有放射性的。碘片与碘盐中的碘都是碘-127。如果事先服用适量碘-127,甲状腺全被碘-127充满,没有多余的位置留给有放射性的碘-131,使碘-131很快被人体排出,从而避免大剂量辐射。但碘片的服用一定要遵照医嘱进行。

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“简单说就是造假,不用再解释”

随着撤稿,“韩春雨事件”暂时告一段落,但是关于论文、关于无法重复、关于撤稿,还有很多问题值得关注。

现在,经过15个月的反复调查后,人们的注意力早已经从“诺奖级的研究”转移到“是否有造假行为”上。一位不愿意具名的生物学家对果壳网科学人说:“简单说就是造假,不用再解释。”北京大学生命科学学院的研究员谢灿指出,也许从一开始,媒体和学术界就夸大了韩春雨等人研究的意义:“在韩春雨的文章发表之后,我和很多朋友有过讨论和争论。当时我们肯定都不会往造假这种可能性上去想,只是单纯的讨论学术和学术价值的问题。虽然我本人的研究领域并不是基因编辑,但作为一个受过严格科学训练的生物学家,对生物学的一些问题还是有一个基本的评判吧。我的观点是,论文的意义被过分地夸大了。首先,这不是Science上的创新,只是technology上的创新。而technology创新的意义则取决于两方面:(a)是否是原创?(b)能否占据当前的或者未来的市场,能否影响到科学或者社会的发展?尽管我当时认为NgAgo是一个挺大的突破(不考虑造假的可能性的时候),但是,这两条无疑都不具备。

“以PCR技术为例,发明PCR这个方法当然意义重大,如何宣扬都没有问题,因为PCR彻底影响了整个分子生物学的进程。虽然我们知道PCR中使用的Taq酶是有一些缺陷的,但是别人发明了PCR,而且把PCR(包括Taq酶)占领了整个市场。后来人们找到了能弥补其缺陷的Pfu酶,这当然也是非常重要的,但是无法和发明PCR相提并论。所以韩春雨刚发论文时的很多报道,在我看来是不可思议地过分炒作和宣扬了。尤其是把韩春雨和张峰比,我觉得这两者的研究不是一个数量级的事情,我无法理解当时的很多的措辞。”

谢灿曾经因论文被他人抢发一事被媒体大肆报道,对于媒体对科研结果的炒作,动辄“诺奖级”,谢灿不以为然:“我自己曾经被迫卷入过所谓的‘诺奖级’的炒作,我真的非常反感。就不应该有这样一个词语——得到了就是得到了,没有得到就是没有得到。除了诺奖评委,其他人说的都当不了真。炒作这个真的是没有什么意义。科学家应该说,这是一个有价值的,有意义的工作,这是一个重大的突破,并说明自己的理由。这才是一个科学的做法。”

正如中国科学院神经科学研究所研究员仇子龙在果壳网的采访中所说:“这是学术争论,必须通过学术途径解决(比如发表不同见解的学术文章,与第三方学术机构的公正检验等),而不是社交媒体或社会媒体上的争吵来解决。”

对于这件事本身,仇子龙认为:“我觉得这事情反映了中国学术界与科学共同体在不断成熟,学术争论在科学发展过程中是不可避免的。但是是否能够用学术途径予以解决,反映了学术界的成熟程度。”

在科学问题上,由于认知方面的差异,媒体、大众和学术界往往会有不同的看法。那么,对于目前发生的事情,学术界是怎么看的?更多的生物学家及相关领域的科学家,向果壳网科学人表达了他们的看法。

铯放射性同位素(主要是铯-137和铯-134)的流动性也很大。它容易在土壤表面富集,再通过植物,动物进入体内。铯的化学性质和钾相似,会在人体均匀分布。所以有时可服用适量钾盐,就像碘片一样,进行预先占位。

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