同位素及应用
发布时间 : 2017-08-28

一、同位素概念

在元素周期表中,一个元素占一个位置。但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。

二、放射性同位素特性

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。

三、放射性同位素的制备

放射性同位素的制备是同位素与辐射技术应用的物质基础。目前人工放射性同位素制备大体有三种方法:在核反应堆中生产,用于制备丰中子同位素,简称堆照同位素;用带电粒子加速器制备,多用于贫中子同位素生产,简称加速器同位素;从核燃料后处理料液中分离提取同位素,这种同位素通常称为裂片同位素。

四、同位素的应用

放射性同位素的应用是核能利用的一个重要方面。  

1. 放射性同位素在工业上的应用

工业同位素示踪

放射性同位素的探测灵敏度极高,这是常规的化学分析无法比拟的。利用微量同位素动态追踪物质的运动规律是放射性示踪不可替代的优势。目前,这一技术已广泛用于石油、化工、冶金、水利水文等部门,并取得显著的经济效益。

同位素电池

放射性同位素在进行核衰变时释放的能量,可以用作制造特种电源——同位素电池。这种电池是目前人类进行深空探索唯一可用的能源。空间同位素电池(如钚-238电池)的特点是:不需对太阳定向,小巧紧凑,使用寿命长。

同位素监控仪表

放射性同位素放出的射线作为一种信息源可取得工业过程中的非电参数和其他信息。根据这一原理制作的各种同位素监控仪表,如料位计、密度计、测厚仪、核子秤、水分计、γ射线探伤机和离子感烟火灾报警器等可用来监控生产流程,实现无损检测,以及探知火情等。

辐射加工方面

辐射加工是利用电离辐射作为一种先进的手段对物质和材料进行加工处理的一门技术。这种加工方式目前已在交联线缆、热缩材料、橡胶硫化、泡沫塑料、表面固化、中子嬗变掺杂单晶硅、医疗用品消毒、食品辐照保藏以及废水、废气处理等领域取得显著成效,形成产业规模。

2. 同位素在农业上的应用

辐射育种

辐射育种,是利用γ射线等射线诱发作物基因突变,获得有价值的新突变体,从而育成优良品种。我国辐射突变育种的成就突出育成的新品种占世界总数的四分之一。特别是粮、棉、油等作物的推广,取得了显著的增产效果。

示踪技术

同位素示踪在农业中的应用主要是从事肥料与农药的效用和机理、有害物质的分解与残留探测、畜牧兽医研究以及农用水利方面检查测定堤坝、水库的泄漏等。另外还可以用于生物固氮、家畜疾病诊断及其妊娠预测等方面的研究。

昆虫辐射不育

昆虫受到电离辐射照射可使昆虫丧失生殖能力,从而降低害虫的数量,进一步达到防治甚至根除害虫的目的。昆虫辐射不育是一种先进的生物防治方法,不存在农药的环境污染问题。国外使用该技术在大面积根除地中海果蝇以及抑制非洲彩蝇方面取得了重大成果。而我国用此法对玉米螟、小菜蛾、柑桔大实蝇等害虫的辐射不育研究,也取得了较好的防治效果。

食品辐照保藏

食品辐照保藏,就是利用电离辐射对食品进行照射,以抑制发芽、杀虫灭菌、延长货架期和检疫处理等,从而达到保存食品的目的。经辐照彻底灭菌的食品是宇航员和特种病人最为理想的食品。目前,国外食品辐照已作为预防食源性疾病和开展国际农产品检疫的一种有效手段。

3. 同位素在医学上的应用

核医学诊断与癌症放射性治疗

核医学诊断是根据放射性示踪原理对患者进行疾病检查的一种诊断方式。在临床上可分为体内诊断和体外诊断。体内诊断是将放射性药物引入体内,用仪器进行脏器显像或功能测定。体外诊断是采用放射免疫分析方法,在体外对患者体液中生物活性物质进行微量分析。我国每年约有数千万人次进行这种核医学诊断。

电离辐射具有杀灭癌细胞的能力。目前,放射治疗是癌症治疗三大有效手段之一,70%以上癌症患者都需要采用放射治疗。放射治疗可分为外部远距离照射、腔内后装近程照射、间质短程照射和内介入照射等。

体内放射性药物治疗是近来颇受医学界关注的临床手段。单克隆抗体与放射性核素结合生成的导向药物(“生物导弹”),可能为恶性肿瘤的内照射治疗提供一种新的有效途径。