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造福人类的核辐射应用技术

  核辐射应用技术又称核技术,包括同位素与辐射技术。它是核非动力技术,即与核有关而不作为动力应用的技术。

  每种元素的原子核中的质子数是固定不变的,但中子数却往往不同,这种具有相同质子数、不同中子数的核素就叫同位素。同位素包括稳定同位素和放射性同位素两类。迄今已发现的周期表中的109种元素,共有约2800种同位素,其中稳定同位素只有271种,其他都是放射性同位素。自然界存在的放射性同位素只有60多种,其余都是通过反应堆或加速器生产出来的人工放射性同位素。

  物质发出射线的现象称为辐射。辐射包括电离辐射和非电离辐射两类。能够引起物质电离的辐射称为电离辐射。电离辐射的种类很多,常见的有电磁辐射(包括X射线和g射线),带电粒子射线(包括b射线,b+射线,电子束,a射线,质子射线,氘核射线,重离子束,介子束等),以及不带电粒子射线(中子)。绝大多数电离辐射是由核反应堆、加速器以及放射性同位素源产生的。

  核辐射应用技术是对同位素以及电离辐射与物质相互作用所产生的物理、化学和生物效应进行应用研究与开发,因此其基础与基本手段就是同位素和电离辐射。

  核辐射应用技术具有三方面的基本功能。一是获取信息,如同位素示踪、中子活化分析、中子照相、过程监测、工业无损探伤、火灾预警报警、资源探测、人体脏器显像、放射性免疫分析等。二是进行物质改性和材料加工,如辐射加工、中子掺杂、静电消除、辐射育种、离子注入、癌症放射治疗等。三是开展衰变能应用,如同位素电池、光源、热源等。

  核辐射应用技术自20世纪40年代中期开始形成规模后,在全世界范围内取得迅速的发展。目前,我国从事核应用技术开发和生产的企事业单位达到300多家,产业规模达到年总产值150多亿元人民币。

  核辐射应用技术的主要工具是生产放射性同位素或作为辐射源的核反应堆和加速器,以及进行辐照的反应堆和同位素辐射装置

  核辐射应用技术的应用领域十分广泛。工业领域的核应用技术主要有工业生产过程中的检测与分析和辐射加工两部分。核技术工业检测与分析包括工业同位素仪表、核微探针、大型集装箱检测系统等,它们都属于无损检测与分析。以密封的放射源为基础的工业同位素仪表有厚度计、密度计、料位计、核子秤、中子水分计、X荧光分析仪、g探伤机等,它们是工业过程控制和自动化监测的重要组成部分。镅-241火灾报警器是近期迅速实现产业化的一种核仪器仪表。近年来,一些国家研制开发的集装箱检测系统,是核应用技术的最新成果。1996年,我国继英、法、德之后研制成功了加速器源大型集装箱检测系统,并已实现产业化和出口。其后,在研制成功国际创新的钴-60集装箱检测系统系列产品的基础上,又于2002年研制成功了钴-60集装箱CT检测系统,为打私、反恐斗争提供了有力的手段。

  辐射加工是重要的核辐射应用技术,主要包括辐射化工、医疗用品辐射消毒灭菌、食品辐射保藏和“三废”辐射治理等。我国的辐射化工产品有20多类300多种,形成了热收缩材料、辐射交联电线电缆和辐射乳液聚合三大支柱产业。医疗用品辐射消毒灭菌具有节约能源、可常温灭菌、消毒灭菌彻底、操作简便快捷、无化学残留和污染、不会感生放射性等优点。食品辐照保藏是用电离辐射处理食品,以延缓其呼吸、抑制发芽、延长货架期、杀虫灭菌、进行检疫处理等。截至1995年,全世界已有38个国家批准了224种辐照食品,我国批准了18种辐照食品。

  核辐射应用技术在农业方面的应用主要包括辐射育种、辐射不育防治虫害和同位素示踪等,其中前两个方面已经实现产业化。利用辐射技术诱变培育性能优良的农作物新品种,是核技术农业应用的主要领域。目前我国辐射育成的新品种已有625个,约占全世界的25%。

  核辐射应用技术在医学中的应用主要包括核技术诊断与辐照治疗,这种应用又称核医学。核技术诊断主要采用外用辐射源(大多用X射线)和放射性同位素,目前已发展到先进的正电子发射断层显像技术(PET),更多采用的是以放射性免疫分析(RIA)为主的体外诊断。辐射治疗是利用射线的破坏作用治疗肿瘤,大都采用g射线(钴-60源,铯-137源)或高能电子(由电子加速器产生)作为外用辐射源进行治疗,目前已发展到中子治疗和p介子治疗。另一种方法是将辐射源置于体内进行治疗。近年来,全国开展核医学工作的医疗单位已达1200余家,每年有2000多万人次接受诊断和治疗,治疗癌症病人250万人次。

  此外,核辐射应用技术还作为强有力的工具广泛用于科学研究中,包括在基础科学、生命科学以及其他学科,用同位素和电离辐射提供多种分析和实验研究手段,使人们的视野从宏观推向微观,从而有可能从分子、原子、原子核水平动态地观察自然现象。

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