放射性同位素在能源.pdf

放射性同位素在能源，农业，医疗，考古的作用在元素周期表中，一个元素占据一个位置后来，科学家又进一步发现，同一位 元素的原子并不完全一样，有的原子重些，有的原子轻些；有的原子很稳定，不 会变，有的原子有放射性，会变化，衰变后成了另一种元素的原子我们把这些 处于同一位的元素但有不同性质的原子称为同位素同位素中有的会放出射线， 因此称放射性同位素放射性同位素具有以下三个特性：第一，能放出各种不同的射线有的放出α 射线，有的放出 β 射线，有的放出 γ 射线或者同时放出其中的两种射线还有中子射线其中，α 射线是一束 α 粒子流，带正电荷， β 射线就是电子流，带有负电荷第二，放出的射线由不同原子核本身决定例如钴－60 原子核每次发生衰变时， 都要放射出三个粒子：一个β 粒子和两个光子，钴－ 60 最终变成了稳定的镍－ 60第三，具有一定的寿命 人们将开始存在的放射性同位素的原子核数目减少到一 半时所需的时间，称为半衰期例如钴－60 的半衰期大约是 5 年放射性同位素有三个主要来源——加速器中带电粒子的产物，反应堆中的中子轰 击产物和分离出的裂变产物 使用放射性同位素的主要优点是可以通过测定它们 发射的粒子和鉴定其特有的半衰期和辐射性质，探测它们的存在。

放射性同位素 在能源、工业、农业、医疗、环境、考古等诸多方面都有着广泛的应用示踪技术示踪方法是引入少量放射性同位素，并随时观察其行踪的方法 例如在肥料中掺 入少量的放射性磷 -32（半衰期为 14.28 天，发射 1.7 兆电子伏的 β 粒子），可 以找到给植物施磷肥的最好方法 用探测或照相胶片测量辐射随时间的变化及其 在植物中的位置， 就能得到磷的摄入率和累积率的准确资料同样，给人体注射 无害的放射性钠 -24（半衰期 15.03 小时）溶液，可以进行人体血液循环的示踪 实验 为了医学诊断的目的， 希望引入足够的放射性物质以便提供所需要的数据， 但是放射性物质不能达到有害于人体的程度再如，监视掺合了放射性同位素流体的行踪可以确定许多种物质的流速，如人体 中的血液，输油管中的石油或排入江河中的污水等利用示踪技术还可以对生物 体内的农药形式进行分析， 研究农药施用后发生的变化及其在生态系统中运动的 规律有关光合作用的基本产物的知识，也是在利用二氧化碳 -14（14CO2 ）作为示踪剂 之后才被人们所了解的二氧化碳-14 中的碳 -14 是碳的一个放射性同位素此 外，有些植物具有非常巧妙的机能-- 在夜间，不断地吸收二氧化碳，到了白昼， 就在叶子中进行光合作用。

这一现象也是利用二氧化碳-14 进行研究后才发现 的利用示踪剂二氧化碳 -14 还可以研究有关植物呼吸的详细情况例如，由于昼夜 之间的差别，植物的呼吸情况有什么不同？呼吸对光合作用有什么影响？不同植 物之间，呼吸有什么差异等等此外，由光合作用产生的淀粉、蛋白质、脂肪等各种物质，在植物体内是怎么样 运动、转移的？又是怎么样积累并贮存到各种不同的“仓库”里去的？这些“仓 库”包括果实（像稻米、小麦）、茎（像土豆）、根块（像甘薯）等所有这 些自然界的巧妙安排和行为， 也都是在利用示踪剂 -- 二氧化碳 -14 进行研究之后 才得以解释清楚目前，除了碳-14 以外，还可配合使用其它的放射性同位素， 如磷-32、氢-3 等作示踪剂，从而使一些研究工作能够做得更加细致周密还有一些工作， 如除草剂的研究、 家畜或鸡饲料中养分的传送方式的研究以及各 种昆虫的生态方面的研究等等， 都离不开使用示踪剂的方法 正是因为有了示踪 剂技术，才为各种精密的研究开辟了新的道路，促进了各方面研究工作的开展中子活化分析活化分析是一种揭示微量杂质的存在及其数量的分析方法用中子（如反应堆中 子）辐照可能含有某种痕量元素的材料样品，不同的原子核吃掉慢中子后产生的 放射性同位素会进行完全不同的核衰变，通过测量其发射的β 或 γ 射线的特有 能量和强度， 就能得到有关杂质的含量。

即使是肉眼看不见的像尘埃那么大小的 物料，只要放到反应堆里照射一下， 就能定量地测定出其中所包含的许多种微量 元素这种测定方法用途广泛 例如，调查直升飞机喷洒农药的分散效果农药散布到 稻田以后，从各个不同部位采集稻秧，放到反应堆中照射，经过活化分析，便可 测出微量农药的放射性 从而可以知道每颗稻秧上粘附的农药量根据这些测定 数据可以绘制出农药散布量的分布图为了调查由工厂排出的煤烟或废水引起的公害，也常常离不开使用活化分析 例 如，对大气中的微量尘埃取样，进行活化分析，就能获得很多有关大气的情报 如尘埃中含有哪些元素？每种元素的含量是多少也可以查清城市废物焚烧炉、 各种锅炉、 钢铁厂的冶炼电炉等不同污染源与环境污染的关系等等另外，活化 分析也可以研究煤烟或废水是如何扩散的？活化分析技术应用于侦破化学，也是很有成效的通常，刚打过手枪的罪犯，在 衣服袖口和前胸等部位总是附着一些硝烟痕迹从嫌疑犯的衣服上剪下一小片， 放到反应堆中接受照射， 进行活化分析 于是，硝烟中的各种微量元素， 比如锑、 钡等等便可以清清楚楚地显示出来然后，把这些数据与被害者身上测到的数据 进行对照，就能弄清两者是否相同。

从而可以拿出罪犯料想不到的铁证此外，对于罪犯留在作案现场的毛发，也常常要透过活化分析来进行调查研究比如，某小汽车后面的行李箱内所发现的头发是不是被害者的，便可透过活化分 析来判断 在这里不必再举拿破仑遗发的例子，因为原理一样， 把收集到的毛发 放到反应堆中照射， 进行活化分析， 测出其中的微量元素， 根据这些测定数据就 能判断甲、乙或者其它某人是否与案件有关在侦破化学中， 活化分析还可用来搜查兴奋剂和麻醉毒品透过对兴奋剂进行活 化分析，测定出表示各种合成方法特征的微量药品，然后根据这些微量药品的混 入情况就能鉴别兴奋剂的制造方法再如，从世界各地来的大麻或鸦片之类的毒 品中，含有铈（ Ce）、镧（La）、钕（Nd ）等等不同的微量稀土元素，透过活化 分析测出这些元素的含量， 就能了解这些毒品的产地 从而可以查清毒品是否相 同，与贩私组织有什么联系等等的问题此外，如能配备中子发生器，放到深海底部，就可用于探查海底物质；也可以用 来测定古代货币或青铜镜等古代文物与考古学史料等等据说，为了辨明一幅关 于猫的画是否是日本名画家藤田嗣治的名作，就是利用了活化分析的方法 将画 放到反应堆接受照射， 很快就揭下了假面具。

因为分析结果显示出较多的银含量， 证明这是一幅巧妙的伪造作品，是透过照片复制而成的引发物种变异应用原子反应堆产生的热中子或加速器产生的快中子，以及放射性同位素放出的 射线都可以使生物细胞内遗传物质的结构发生改变，因而引起生物形形色色的性 状突变放射性同位素的这种性质可以为我们：1. 辐射育种随着科学技术的发展， 人们已不再单纯地利用植物本身自然产生的变异，而是能 够应用现代科学的成就来人工创造新的变异类型，这种方法叫“人工引变”大 体说来，应用人工引变诱发的有利突变可以有千分之一的机率，而自然产生的突 变只有百万分之一的机率，人工引变可以提高突变率一千倍但是到目前为止， 人们还不能控制变异的方向 我们必须在各种变异的后代中， 进行认真仔细的选 择， 才能育成符合我们所期望的良种 这种应用射线引变选育良种的方法叫做 “辐 射育种”它是继“系统选种” ，“杂交育种” 之后而兴起的一种新的育种方法2. 辐射灭虫 大量的辐照也可以使某些害虫发生变异例如： 螺旋蝇的幼虫在经过一定辐射后， 就会丧失生育能力然后，让这些绝育的螺旋蝇与虫灾地区的螺旋蝇进行交配， 可让交配后的雌虫再也不会产卵繁殖了这样，经过大约一年半的时间， 就可以 使这种蝇灭绝。

这种消灭害虫的作战方法叫做“辐射绝育法”，也叫“雄性不育 法”利用辐射杀伤力1. 食品保鲜就是利用放射性同位素或低能加速器放出的射线对食品进行辐射处理，达到长期 保藏食品的目的 放射线有一些特殊的本领 它具有较高的能量， 穿透物质的能 力强一定剂量的照射， 能杀死寄生在食品表面及内部的微生物和害虫适当剂 量的照射，能抑制农畜产品的生命活动 这就从根本上消除了食品霉烂变质的根 源辐照保鲜是一项发展极快的食品保藏新技术研究结果表明辐照食品对人体没有 任何不良影响，可以供人食用，安全可靠2. 辐照灭菌 利用放射性同位素发出的射线彻底灭菌，是射线杀伤力的一种最直接的利用尤 其是人们经常利用射线对医疗器械进行灭菌消毒如： 手术时缝合伤口用的缝线、 肠壁缝合线；一次性注射器；插入支气管用的探针导管、手术用的橡皮手套、取 血用的采血板、 放入子宫的避孕环、 人工肾脏透视器等等， 也都采用射线消毒技 术各个国家应用射线消毒的情况也是多种多样的例如在印度， 盘尼西林， 四环素 等医药品的消毒是采用射线灭菌法而俄罗斯， 甚至认为塑料制的医疗用品、疫 苗、血清等等，只有利用射线灭菌消毒法才是唯一可靠、适用的消毒方法。

另外，辐射灭菌也可用于污水处理中通常，污水是采用“活性污泥法”进行处 理的由此产生的沉积物、淤渣泥浆也是十分讨厌的，需要进一步处理由于污 泥浆本身含有很多磷、氮等元素，所以可作优质肥料使用但另一方面，人们也 担心在污泥中隐藏了各种各样的细菌因此，先要用钴-60 的伽玛射线对污泥进 行辐照灭菌治疗癌症癌症，过去一直被看作不治之症，但是，现在情况有了改变，人们能够进行早期 诊断，辅之以早期治疗， 因而大大增加了癌症能够被治愈的希望根据医学辞典 的解释，治疗癌症最有效的手段之一就是放射治疗对于内脏器官上的癌， 以手 术切除为主， 照射为辅 但是有一些癌症表面上看来范围很小，却有可能潜藏着 已经发生转移的癌细胞； 一旦有癌细胞残留下来， 即使是很少的一点， 也有可能 引起癌症的复发所以，手术的面积要大些，手术后再用射线进行照射，以杀死 残余的癌细胞，根除癌症随着射线疗法的不断发展，有很多癌症病例采用射线疗法要比手术治疗效果更 好而且，有些癌症如用手术治疗已经为时过晚，对于这些患者，可以寄希望于 射线疗法要是在过去，不能进行手术就意味着绝望；显然，今天的情况与过去 大不一样了近年来，利用加速器治病获得很大发展。

因为加速器产生的射线具有相当高的能 量，有一定的穿透能力如X射线、 γ 射线、电子束、质子束、中子束、介子束等，都能穿过人体皮肤和组织，到达肿瘤大体上说，中子辐照时对癌细胞的 杀伤力最强 为什么射线疗法能够用于治疗癌症呢？那是因为，细胞分裂越是活跃的组织， 它 对射线的耐受能力就越弱因此，像癌细胞那样，不断迅速繁殖的、无法控制的 细胞组织， 在射线进行照射时， 对它的杀伤力就显得特别大那正是射线疗法的 目标，是人们所希望的 当然，对于正常的细胞， 如果采用大剂量射线进行辐照， 也会受到损伤 但是，只要对准癌细胞的巢穴， 用适度的射线剂量进行适当的照 射，可以做到只杀死癌细胞，而对其周围的正常组织不会造成伤害或少受伤害考古应用宇宙空间一直在不断地向我们的地球发射各种各样的射线，这种射线叫做宇宙射 线其中有一种射线叫做中子射线这些中子和大气中的氮原子核发生碰撞，打 出质子同时产生出一种新的核素-- 碳-l4 ，它是碳原子的放射性同位素 结果， 在地球的大气中，碳 -l4 的含量不断地增加但是，正如前面所说， 放射性同位素是有一定寿命的，它会不断地发生放射性衰 变碳 -l4 的半衰期是 5568年。

就是说，每隔5568年，碳 -l4 的含量注定要减 少一半这样，碳 -l4 不断地产生，同时又不断地死亡，结果使大气中的放射性 碳-l4 浓度达到一定的平衡值大家都知道， 地球上的植物都要摄取以二氧化碳形式存在的碳元素，才得以不断 地同化、生长、繁殖下去而地球上的动物又是靠着食取植物而生存的因此， 毫无疑问，地球上生长着的动植物体内所含的碳元素中，放射性碳-l4 的浓度。