核技术应用综述VIP

核技术应用最新进展,主讲：杨志达Office:三甲217E-Mail:yangzhidaTelQ:53528783,核科学与技术学院2011.2,2,课程简介,研究生学位课，32学时通过本课程的学习使学生了解核技术应用的主要内容及基本原理，掌握核技术应用的最新进展。结合同位素和电子加速器应用技术，使学生掌握核技术在工业、农业、环保、医学等领域的应用及所发挥的作用。,3,核技术应用罗顺忠主编哈尔滨工程大学出版社基本物质科学和辐射技术何祚庥山东教育出版社,主要参考书低能加速器的应用张朝汉等机械工业出版社辐射加工技术马瑞德等四川科学技术出版社人类生存发展与核科学刘洪涛等北京大学出版社,教材,教材及参考书,4,前续基础知识,核物理基础知识射线与辐射、核衰变、同位素等知识加速器基础知识原理、类型等辐射防护基础知识射线与物质相互作用、活度、剂量等,5,考核方法,1.到课率及课堂表现10%；2.平时作业30%；3.大作业或期末考试60%。,6,第一节核技术应用综述,主要内容：,核技术的概念核技术的分类核技术的应用核技术的发展,7,什么是核技术？核技术是基于原子核科学基础知识、粒子加速与射线产生的原理和方法，利用射线与物质相互作用而产生的物理、化学或生物效应为人类各项事业服务的交叉学科领域。,核技术概念,核技术是核科学的技术应用，是当代最新的尖端技术和社会现代化的标志之一。国家自然科学基金委员会,核技术是以核物理、辐射物理、放射化学、辐射化学和核辐射与物质的相互作用为基础，以加速器、反应堆、核辐射探测器和核电子学为支撑技术的综合性很强的现代科学技术。罗顺忠核技术应用,8,核技术应用分类,9,核技术应用分类,简单的说，核科学技术的应用可以分为两大类：核能利用：包括核电，核动力，核武器等；非核能利用：核分析技术：加速器质谱、中子活化分析、PIXE、卢瑟福背散射；核成像技术：工业CT、XCT、PETCT、NMRCT、SPECT；放射性药物：诊断与治疗药物,锝-99、放射免疫分析；辐射加工：材料改性，辐射育种，灭菌消毒、半导体加工；辐射检测：厚度计、密度计、料位计、成分分析仪、火灾报警器、泄漏检测仪、核子秤、探伤仪、油井探测仪等；放射性示踪：光合作用机理等；,10,核技术产值,最新报道：2009年我国非核能核技术应用产值1000亿人民币,11,核技术产值,我国2005年底达到了年总产值约500亿元，其中：,核农业约50亿元/年辐射化工产品约45亿元/年同位素仪器仪表约50亿元/年辐照产品产值约65亿元/年核医疗60亿元/年离子束加工230亿元/年,12,核技术应用领域,1、农业领域应用2、工业领域应用3、医学领域应用4、环保领域应用5、基础科学领域应用：核天体化学、核生物学、核地学、核考古学等；,13,辐照育种：辐照育种相对于传统育种的优点是突变率比自然变异率高100一1000倍；方法简便，且育种周期短；由于利用中子，离子束，射线等辐射，可引起生物体遗传器官的某些变异，从而达到高产、早熟、增强抗病能力、改善营养品质的目的；可改变作物的孕性，使自交不孕植株变为自交可孕的变异植株。,“农业的根本出路在科技进步”，这既是西方发达国家已走过的道路，也符合我国人多、地少、科技落后这一国情。核农学。辐照育种，食品保鲜，病虫害防治，低剂量辐照增产、农用同位素示踪和核分析技术等。,1、农业应用,14,1、农业应用,辐射诱变培育的高产良种,15,食品辐照储藏与保鲜粮食、果蔬、肉食在制作、运输、储存与销售过程中，常因病虫害侵蚀、腐败、霉烂、高温发芽等而变质。据统计，由此引起的损失可高达20%30%。优点：节约能源；具有保鲜能力，冷加工技术，保持原有的色香味；穿透力强；安全卫生；改善食品品质；操作简便，易于实现自动化。食品辐照不需化学添加剂，不存在化学保存法带来的残留毒性；保存时间长，辐照处理过的食品在密封条件下几乎可无限期保存；由于杀茵效果好，辐照食品特别适用于航天员、野外作业人员，以及特护病人，作为无菌食品食用。达到效果：抑制发芽、杀菌、杀灭害虫、保鲜,1、农业应用,16,1、农业应用,17,1、农业应用,国际原子能机构和世界卫生组织正式阐明：“食品辐照不是一种添加剂，而是一种物理学加工方法。任何食品当其总体平均吸收剂量不超过10kGy时，没有毒理学危险，不需要做毒理学试验，同时在营养学和微生物学上也是安全的。”这个结论已为世界食品法规委员会认可，10kGy剂量被称为“国际安全线”。,18,1、农业应用,病虫害的防治昆虫辐射不育是一种采用核辐射防治病虫害的有效技术。昆虫辐射不育技术的原理是：在电离辐射作用下，昆虫会丧失繁衍能力。现在全世界已有几十个国家对上百种害虫进行了辐射不育研究，用辐照处理使其不育，然后放飞到大田，使果蝇无法繁衍后代而绝种。由此每年带来的经济效益，据国际原子能机构统计，可达数十亿美元。,低剂量照射增产一定剂量的辐射可促进生物体的生长发育，这种现象称为辐射刺激生长作用。一些作物的种子、鱼卵和蚕蛹经辐照处理后，可具有早熟、抗病、增产等特点，运用这一核辐射技术可在相同的栽培或饲养条件下达到优质高产目的。,19,1、农业应用,辐射灭大食蝇,辐射育种培育的奇花,20,同位素示踪与核分析技术：（1）微肥与微施技术（2）光合作用与固氮机理研究（3）农业生物工程（4）植物营养代谢及肥效研究,1、农业应用,21,2、工业领域应用,辐射加工辐射加工技术是利用电离辐射与物质相互作用产生的物理学、化学和生物学效应，对物质和材料进行加工处理的一种核技术。几种辐射效应：聚合、接枝、降解。交联：辐射交联电线线缆，优点与应用领域，美国应用情况；电子束硫化处理橡胶，优点。聚合：聚甲基丙烯酸甲酯（防弹玻璃）、聚丙烯酰胺（絮凝剂、增稠剂、减阻剂、分散剂）接枝：离子交换膜、生物医学工程中的应用。降解：交联逆过程，聚四氟乙烯应用,润滑油配方。,22,2、工业领域应用,高分子聚合物辐射交联的商业产品,23,2、工业领域应用,辐照电缆,辐照塑料制品,此外还有人造皮肤、隐形眼镜（辐射交联水凝胶）、涂层表面固化、超级吸水材料等也都用到辐射加工技术提高材料性能。,24,安检：利用射线与物质作用时的透射RGA（共振咖玛吸收），散射RGS（共振咖玛散射）以及荧光能谱分析等技术，研究建立快速分辨、检测各种汽油、炸药、液体爆炸物以及毒品等的方法，是当前核技术应用的重要方向。工业无损检测：射线照射到被检测的工件上，透射过工件的射线在底片上感光，通过底片上的感光影像来检查工件的缺陷。无损检测广泛应用于大型高压容器，高压锅炉，大型主轴，铸件，锻件，航空，航天，火箭，导弹，核电站压力壳等。,2、工业领域应用,25,2、工业领域应用,射线实时成像检测技术：即航空行李包或集装箱等的检测技术，通过工件的移动扫描，透射的射线用高能阵列检测器通过图像重建技术实时成像。,集装箱检测,26,2、工业领域应用,27,同位素工业检测仪表：射线与物质相互作用，会发生吸收、散射或将被测物电离或激发等现象，人们利用这些现象，研制开发了各种各样的核仪器仪表。分类：强度测量型仪表：料位计、密度计、核子秤、水分计、厚度计等；能谱型仪表：探矿仪、核测井仪、中子活化分析仪、X射线荧光分析仪；电离型仪表：火焰报警器、静电消除器、电离真空计、放射性避雷针；国产同位素仪表的拥有量已超过2万台，其中核子秤年产2500台，基本上由国内生产。料位计、水分计、厚度计和成分分析仪在可靠性、稳定性和智能化上均有突破，并在大中型企业（如钢铁、煤炭）技术改造中发挥了重要作用。,2、工业领域应用,28,2、工业领域应用,29,2、工业领域应用,镅241离子感烟器,个人剂量笔,个人剂量仪,30,2、工业领域应用,石油核测井：搞石油的工作者伸向地层深处的眼睛,31,3、医学领域应用,核技术+医学=核医学，放射性药物、核医学成像、放射治疗。放射性药物：包括体内和体外放射性药物，体内药物用于诊断治疗，体外药物用于放射免疫分析和受体放射分析。“生物导弹”、锝99的应用微量元素测量、“核酸探针”。诊断药剂约有100多种,2000年美国市场销售额为为7亿美元,估计2020年可达160亿美元,核治疗药剂在美国2000年的销售额为0.62亿美元,预计2020年可达60亿美元。,32,核医学成像：XCT、伽马相机、PET/CT、NMR/CT、SPE/CT放射治疗：包括加速器、放射性核素。医用电子加速器在全世界已接近1万台,美国有900多台,每年创造产值180亿美元,日本有2000多台，我国不到100台。碘-131治疗甲亢缓解癌症转移时骨疼痛快中子、质子、重离子、介子效果好,3、医学应用,33,医疗器械的灭菌消毒：日本过去曾是肝炎高发区，但自从采用一次性医疗器械辐照消毒灭菌技术后，近年来已基本消灭了肝炎交叉感染，肝炎患者大为减少。受1989年保护环境的“蒙特利尔议定书”规定的制约：常规的化学ETO灭菌法因具有强致癌效应并污染环境被禁用。2015年以后化学灭菌方法被彻底从医疗用品消毒灭菌中排除后，辐射灭菌消毒必将成为主流。美国从2000年开始停止使用化学消毒法,欧共体及其贸易伙伴自1991年起就明文禁止在医疗保健行业用化学熏蒸法进行灭菌。,3、医学领域应用,34,3、医学应用,射线消毒,医用电子直线加速器,35,3、医学应用,放射性显影诊断肝病,36,3、医学应用,射线诊断,CT,37,3、医学应用,铱源治疗机,用光子刀治疗,38,3、医学应用,三维CT模拟定位计划系统,将放疗专用螺旋CT、激光定位系统和三维治疗计划系统通过网络相连接，就形成了集影像诊断、肿瘤定位、剂量计算和治疗计划为一体化的三维CT模拟定位计划系统。,39,核辐射技术作为治理环境污染、评价环境质量的高新技术，近年来已取得长足进展。国际原子能机构(IAEA)、世界卫生组织(WH0)、联合国环境发展计划署(UNEP)等组织了众多的全球合作项目，旨在环境研究中利用各种核辐射技术。利用辐射处理污泥，废水，废气的技术，可以有效地防治酸雨等环境污染。环境“三废”的综合治理也是实现变废为宝的一条有效途径。核辐射技术处理“三废”与传统方法相比，具有效率高、可变废为宝、操作简便等优点，受到各国政府和科学团体的青睐，目前正由小规模试验过渡到中试或半生产规模工程示范，并已积累了丰富经验和大量数据资料。,4、环境保护领域应用,40,区域和全球性环境质量监测中子活化分析技术的应用。IAEA情况，中国情况。环境污染的辐射治理废气的辐射治理、废水的辐射治理、废物的辐射治理氡的监测,4、环境保护领域应用,41,4、环境保护领域应用,水利学中的应用:同位素示踪技术,42,4、环境保护,电子束脱硫脱硝技术处理烟气,43,5、基础学科研究,核天体化学：恐龙灭绝研究核生物学：光合作用研究核地学核考古学：碳-14其他应用,44,5、基础学科研究,考古年代测定：碳-14断代年代法,核分析技术：质子x荧光分析,45,其他应用,同位素电池：航天领域消除抗生素影响：海产品宝石着色：黄宝石转化蓝宝石鉴定宝石真伪,46,1895发现x射线1896发现天然放射性1905法国实现体内放射治疗(镭照射)1910提出同位素概念，实现x射线照相无损检验1911瑞士开始制造夜光表发光涂料1923放射性示踪用于生物学研究1930发明带电粒子加速器1934发现人工放射性1936采用活化分析1939发现核裂变,核技术的发展,47,1939建立加速器超灵敏质谱技术1942第一座核反应堆临界，实现链式核裂变反应1943赫维赛因建立放射性示踪技术得诺贝尔奖1945美国爆炸第一颗原子弹1947实现放射性14C测定年代1948放射性碘定位首次用于脑部肿瘤手术1950第一批辐射育种品种出现1951发现正电子，医用同位素自动扫描机研制成功，美国首次制成厚度计用于橡胶工业1952实现高分子化合物辐射交联1954世界第一座原子能核电站开始运行(苏联)1955在日内瓦召开第一次和平利用原子能国际会议,48,1957小麦辐射育种成功，选育出高产、耐旱、抗病虫害新品种，美国开展昆虫辐射不育技术消灭虫害取得成功，发现穆斯堡尔效应1958核医学用闪烁照相机研制成功，建立第个专用于生产不育果蜗的养蝇工厂1959苏联原子破冰船“列宁”号首航，体外超微量分析法放射免疫测定技术建立，实现辐射化工产业化(辐射交联高分子电线电缆绝缘层)1961放射性同位素电池首次进入太空轨道1962体内放射显影药物钼一锝发生器问世1963头颅放射性同位素断层扫描机研制成功1966第一种辐射食品(土豆)投入市场(加拿