核技术的应用.doc

核技术的应用自1896年贝克勒尔发现铀的天然放射性,从此诞生了一门新的科学:原子核科学技术。经过一百多年的不懈努力与研究之后，这门学科在我们的日常生活中大放异彩，在不同的领域与学科之中，人们都能看到他的身影。下面，将对核技术在几个重要领域的应用进行简单介绍。1. 在工业中的应用 核技术的工业应用始于20世纪50年代兴起的辐射加工.辐射加工利用60Co源产生的射线或电子加速器产生的电子束照射物料,可引起高分子材料的聚合,交联和降解,并可引起生物体的辐射损伤和遗传变异.辐射加工已被广泛用于制备优质电线电缆,热收缩材料,发泡材料,超细粉末,人造皮肤,高效电池隔膜,隐形眼镜等,以及木材与磁带磁盘的涂层固化,橡胶硫化,纺织品改性等领域.近年来食品辐射保鲜灭菌和医疗器具辐射灭菌也得到迅速发展.此外,随着同步辐射技术的发展,又出现了同步辐射光刻机和同步辐射精密加工技术,可以制造微型齿轮等微型零件. 离子束加工技术在工业中也有重要应用.离子注入半导体自70年代起已成为集成电路制造的关键技术之一.离子注入金属材料可提高其耐磨,抗腐蚀,抗氧化性能并增加硬度.离子注入陶瓷材料可提高其耐磨,导电等性能并克服其脆性.离子注入光学晶体可改变其折射率,制造光波导,变频器等集成光学器件.离子注入聚合物可用于制造微电子器件掩膜,其分辨率好于光束和电子束.还可以用于人工关节等生物医学工程材料的改性,提高其耐磨性和生物相容性.近些年又发展了离子束沉积技术,离子束混合技术,离子束成膜技术,高能离子注入和极低能离子注入技术,强流离子注入和强脉冲离子注入技术等,其应用范围更为广泛.离子束技术在辐照损伤模拟,微电子器件抗辐射加固等研究中也有重要应用. 在无损检测技术中核技术占了很大比例并有显著优势.早期的射线探伤是用加速器产生的电子束打靶产生的X射线照射工件形成平面图像.70年代医用X-CT诞生后,80年代即出现了工业CT,并很快应用到热轧无缝钢管的在线测试,发动机检测,以至大型火箭的整体测试中.无损检测的一个成功例子是集装箱检查.我国已成功地研制出了基于加速器的和基于60Co源的集装箱检测系统,为海关缉私提供了强有力的工具.另一种重要的无损检测是中子照相,用其检测火药,继电器,发动机叶片等有很高的灵敏度和分辨率,在航天与航空工业和国防上有重要应用. 此外,工业核仪表如厚度计,密度计,料位计,核子称,火灾报警器等可在高温,高压,酸碱腐蚀等环境中工作,可以不接触,不破坏被测对象,这是其它仪表所不及的.世界上石油勘探中有三分之一是核测井完成的. 2. 在医学中的应用 射线和粒子束技术在医学中主要有两个方面的应用:一个是核医学成像,另一个是肿瘤的放射治疗.核医学成像技术包括单光子发射断层成像ECT)和正电子断层成像(PET).根据统计学方法的研究结果,SPECT可以比X-CT提前三个月诊断出癌症,PET一般比SPECT还要早三个月诊断出癌症.核医学成像技术不同于X射线断层成像(CT),磁共振成像(MRI)和超声波成像,在显像之前必须注射相应的放射性药物作为显像剂,其影像反映的是显像剂及其代谢产物的时间和空间分布.核医学成像技术是目前唯一能在体外获得活体中发生的生物化学反应,器官的生理学和病理学变化以及细胞活动信息的方法,可为疾病诊断提供分子水平的信息.在分子水平实现人体成像已成为当前发展的新热点.从医学成像的角度看,如何更好地在三维空间内实时地显示人体内部发生的病变在今天仍然具有挑战性.当前的任务是要进一步提高图像数据的采集速度,图像的空间分辨率和对比度.例如,消除影像和剂量计算中的噪声以及由这些噪声引起的伪影,提高图像质量和治疗时的定位误差.SPECT和PET成像的优点是特异性好,能够用于早期诊断;其缺点是空间分辨率差,病理和周围组织的相互关系很难准确定位.把核医学成像叠加在诸如X-CT成像,MRI高分辨率结构图像上进行定位是目前比较流行的方法.故图像的配准,分割和融合在医学成像中的应用是这个领域内一个重要的方面. 肿瘤的放射治疗是目前肿瘤临床治疗的三大技术之一.目前的放疗技术从使用的射线束看,可分为低LET(传能线密度)放疗和高LET放疗.前者包括X-射线,-射线以及质子放疗,后者则包括中子和重离子放疗.放疗的主要装置是粒子加速器和60Co源.放疗的一个重要问题是如何在准确地杀死癌细胞的同时,保护正常组织不受或者少受伤害.对于形状不规则的肿瘤,如神经胶质瘤,硼中子俘获治疗(BNCT)可达到较好的效果.放疗物理在世界当前的发展方向是发展用于放疗的各种新的装置,使得这些装置能够在临床上实现对肿瘤病人的实形调强放疗(IMRT),其中最为突出的是电子直线加速器和螺旋CT结合形成的断层放疗(Tomotherapy)技术.为了保证放疗的治疗质量,保护病人的安全,加强对放疗设备的质量控制是一个重要发展趋势.同时,发展放疗计划软件,利用医学影像对治疗情况进行监督,在放疗后对病人接受的剂量场分布进行重建并和治疗计划进行比较等工作都是十分重要的. 3. 在农业和环境保护中的应用 辐射诱变育种技术是核技术农业应用的主要领域,业已取得了巨大的经济效益.据2000年统计,全世界育成新品种已超过2000个.自20世纪80年代以来,传统的射线辐照育种已逐渐被中子和离子束辐射育种所取代.辐射加工技术可用于农产品的保存,如谷物杀虫和抑制发芽等.昆虫辐射不育防治技术是现代生物防治害虫方法中唯一有可能灭绝害虫的有效手段,在防治农作物病虫害方面已开始发挥作用. 在环境保护方面,辐照技术是三废处理的有力手段.发电厂和供热锅炉排入大气的SO2和NOx是环境污染的主要原因之一.在待排放的烟道气中喷入氨水并进行电子束辐照,脱SO2率可达95%,脱NOx率可达80%,且其副产品可做化肥.进一步的研究表明,电子束辐照烟气还可以达到减排CO2的效果. 对污水进行辐照处理不但可以消毒,还可以同时清除聚合