第三节 第四节 探测射线的方法 放射性的应用和防护扩展资料

1、 第三节 第四节 探测射线的方法 放射性的应用和防护扩展资料放射性的应用核能的和平利用除了以核动力的形式被广泛应用于现代能源和舰艇船只的动力外，还可利用放射性核本身所发射的各种射线的能量这是一切放射性核所具有的特性，虽然其能量和核裂变能相比是比较小的，但由于核科学技术的蓬勃发逐，放射性在科学技术上还是获得了愈来愈广泛的使用而这些有用的不同能量、不同种类的射线都是从各种核素中放射出来的，所以放射性的应用也归结为放射性核素的应用放射性应用的形式可分成三种：第一，它可以作为新的科学研究工具(即示踪原子)应用于各种学科其中包括物理学、化学、生物学、医学、地质学和考古学等；第二，放射性同位素所发射的射线

2、和X射线很相似，可以用来作为辐射源去透视各种X射线不能透视的材料内部的特性和缺陷，并可以在大规模生产中，用作为自动检查仪器及各种测量仪器等等；第三，它可作为核能源应用，如核电池下面仅就某些方面的应用加以简单介绍首先，在考古学中，我们可以利用测定发掘物中碳14放射性核素的含量，来确定它的年代这是由于不论植物的品种和生长在何处，其新细胞组织中每一克碳内所包含的放射性碳原子核的数目都是相同的，即都等于750亿个它们衰变时能放出粒子，其半衰期约为5730年，即2分钟内有17个碳14核发生衰变随着弱射线测量方法的不断改进，科学家们有办法测量出它的放射性活度当然，在大自然的循环过程中，植物中的碳14随同废

3、物一起进入动物的机体这样生长中的动植物，其中衰变掉的碳14是由大气中的二氧化碳所生成的新的碳14来补充，所以每克组织中的碳14的数目保持不变但是死亡后的动物或植物其情况就不同了，此时来自大气的放射性碳原子不再补充衰变掉的放射性碳原子，而死亡机体中的放射性碳原子数目是按其衰变规律减少，即约经5730年下降一半，经11460年减少到1/4依此类推，就能根据动植物残骸中碳14的含量来确定其死亡时间考古学家们就是用上述方法来确定各种出土文物、古遗址和具有考古价值遗物的年龄的例如，我国曾对出土越王勾践剑进行过鉴定当然，在测定含有动物或植物体所形成的许多碳化合物的岩石的年龄时，要求它们不能超过几万年因为如

4、果在6万年前，即约经过10个半衰期，这样碳14的放射性活度已下降到千分之一，测出它就很困难，实际上也是不可能的同样，可根据天然放射性核素的衰变规律，以及它在某种特定的公石中的含量，来确定化石的年龄从此也可以推算出形成矿床和地层的年龄，这比其它各种估计地壳年龄的方法能更精确地得到地质年代或陆地形成的年代，通常称之为“地质钟”，用这种方法可算知地壳的年龄约为40亿年在地质学上的另一种应用是放射性勘探矿藏在地质钻孔探矿中，对于不同钻孔深度的岩芯样品分析原是件复杂而繁重的工作而射线探矿就可以很快帮助地质学家们解决这个问题对于那些含有放射性元素如铀、钍、钾等的矿层，可直接从放射性活度记录仪器上反映出来研

5、究结果表明：粘土、页岩、磷石灰岩等都有很强的放射性而煤、砂岩、石灰岩(可能含有石油)，以及气体等的放射性是很微弱的由此可见从放射性的强弱大致上可发现石油矿层放射性射线在现代工业的生产过程中也获得了十分广泛的应用我们知道由于射线具有强的穿透性，特别是射线，它的穿透能力比医学和工业上已用过的x射线还要强许多倍这样，冶金和机械工业就用它来透视各种产品，以达到无损探伤的目的常用的有钴60射线探伤仪，这种射线能穿透30厘米厚的铁板经过透视可方便地发现各种金属制品中的缺陷，如零件中的裂纹或铸件中的砂眼，特别能及时查出焊缝的质量更方便的是用射线照相的方法，如在射线通过的路径上有孔隙或裂纹，则射线将会畅通无阻

6、，照相底版上就会呈现出黑色也可用计数器代替照相底版，从计数的强弱中可分析出金属中有无缺陷随着中子的发现及其测量技术的发展，现代工业中往往用中子源代替源进行中子探伤或称中子照像由于这种方法具有更多的优点，因此近年来被更广泛采用此外，利用同样的原理可对钢板等各种板材的厚度进行自动测量，这种装置称为射线测厚仪用它可以控制和保证其生产过程中板材厚度的均匀性当然也可对各种金属镀层厚度或涂在人造革、漆布和其它纺织品上的颜色、涂料的厚度进行测量；对锅炉内的水位或其它容器内的液位高度也可进行测量，这种装置称为射线液位计；对高速旋转的机器的转速也可进行测量，被称为射线测速仪等等另外一个有意思的应用放射线核素的例

7、子是可用它来检查无法直接观察的设备零件的磨损情况当磨损情况严重时，放射性核素进入摩擦面，一起磨损被润滑油带走只要在润滑油所经过的路径上装上记录放射性的计数器，就能及时地发现油内的放射性元素，运行操作人员只要从仪表指示或讯号指示上就能很快发现根据同样的原理，可使输送石油产品自动化即在同一根管道中连续输送两种不同产品时，只要在中间注入一种含有放射性核素的制剂，使其与管道的阀门开关相互联系，造成油门的自动转换，就能达到自动输送的目地当然，同时也可做到放射性检漏，只要把放射性检漏仪放入油管中，如遇上漏油处它就能发出讯号指示出漏油的地方，可做到及时维修毫无疑问，随着核技术的不断发展，它在现代工业上，特别

8、是生产过程自动化的需要上，各种放射性同位素仪表将起着更大的作用由于射线的电离本领能杀死各种细菌，所以可利用射线对罐头食品、医疗用品进行消毒，它在食品工业、商业和贮藏保鲜食品等方面也获得了广泛应用同样，放射性同位素在农业生产中也得到了多方而的应用例如，辐照育种以达到早熟增产的目的，经过三十多年的研究证明，辐照后的种子，其生长过程发生了许多变化，其中大多数变化干扰了它们正常生长而发生变异但是仍有一部分经过突变的生物体在某一方面得到了改善至今，人们还不能控制或预测它们的变化不过已有九种辐照良种在世界各地生产，在这些良种中，没有一种理想的变化是直接来自处理过的种子，它们都是经过几代的杂交育种和选种以后

9、，才能获得有用的新品种除此以外，放射性核素示踪剂还可用于合理施肥，即把放射性核素磷32混入肥料，观测其根部如何吸收营养，结果发现植物在生长前两三个星期内，其体内5070的磷都是从肥料中得到的另外发现肥料也可被植物的叶部吸收像磷、氮、钾这些元素从吸收部位运送上去和运送下来的速率，与由根部吸收后的运送速率是相同的当然，在其它方向如家畜的饲养、种子、果品、蔬菜等贮存保鲜，以及防治各种病虫害方面，射线也有很多应用，在此就不再一一例举了目前放射性核素在生物化学和生理学方面，己愈来愈广泛地被用来研究机体内的新陈代谢作用等等研究结果表明，人体中所需要的各种蛋白质、脂肪等基本物质在贮存过程中部不是“不变的”它

10、们根据人体活动的需要而随时动用，不断地进行物质的更新过程，也就是破坏和分解些旧物质，生成一些新物质是同时进行的这样就能对人体内的新陈代谢作用更为有效地抑制和调节，从而促进人的健康和长寿另外，通过示踪原子法对人体的血液循环出进行了研究，因为血液循环的速度能够说明身体的健康状况一般是注入含有微量放射性钠原子的食盐水，并用能记录钠24所放射的射线的计数器进行测量结果表明健康成年人的血液循环一周的平均时间约为22秒；212岁的小孩为11秒，而6周到2岁的小孩只有7秒钟由此也可在某些病症的选药上进行应用放射性核素如果我们对患有高血压病的人，测量其用药前后的血液循环时间的变化，很快就能确定治疗高血压病的各

11、种药品的效果此外，用标记红血球的办法，可证明人体中并不存在“血库”的概念因为早先人们曾认为人体中的血液不是全部参加循环，而是有一部分血液积存在肝、脾和一部分肌肉内，即“血库”而人在进行体力劳动或机体处在氧气稀薄的情况下(如高山或高空中)，“血库”能把血压出参加循环但经用食有放射性磷32的红血球进行验证，测得在剧烈运动或繁重的体力劳动后，人体血液中的红血球量实际上并没有增加这就说明，没有从“血库”中取得任何补充血液另外，测量在送入标记红血球24小时后同一人体的血液放射性的结果，发现完全相同没有任何变化由此也明显地否定了“血库”的说法放射性核素在医学上应用的另外一个重要方面是诊断和治疗许多疑难病症

12、最早应用的是放射性碘对人体的甲状腺进行诊断而且从甲状腺活动的变化分析中得出，当患有高血压、心脏病肺病等病症时，甲状腺的功能就失调减退，相反对皮肤病患者，甲状腺功能亢进一旦健康恢复，其功能亦恢复正常由此可见，放射性碘不但能帮助诊断病症，并能在治疗过程中检查健康的恢复情况放射性核素对外科医生的手术也有帮助先把示踪原子浓集于患者的病灶处(如甲状腺或肿瘤)，这样就能用计数器准确地定出开刀的位置，并能知道切除的干净程度许多医疗单位都设立了“核医学科”“放射科”“放疗科”，所以在医学上采用放射性核素进行治疗已起着特别重要的作用其中尤其是对癌症的综合治疗，一种是外部大剂量放射性辐照进行深部治疗；另一种是内部

13、注射疗法还有就是带放射性核素的敷贴剂，它可直接贴在患处，对各种湿疹、牛皮癣等特别有效其优点表现在只限于有病的皮肤，对其余健康的皮肤不起伤害作用；而且只照射皮肤的表层，对深部组织影响不大例如在治疗面部皮肤或粘膜性的某些癌症时，溶液状的放别性磷可直接引入肿瘤内部一旦治愈后仅留下一块不的瘢痕，能保持容貌上的美观过去外部照射的射线是用镭，后来慢慢用钴60代替现在常用钴炮照射治疗各种疾病随着中子发现以后，利用它具有对生物组织的更大的破坏力来治疗许多恶性肿瘤，也已取得不少成效只要在肿瘤中注入某种(如硼10)能大量吸收中子的元素，中子被吸收后就能放出射线，它对肿瘤细胞起到杀伤作用，但对正常组织无任何危害总之

14、，核能和放射性核素在生物学和医学上的应用将会给人们提供更大的可能性去解决人的健康和长寿的问题至于放射性核素和各种射线，特别是中子活化技术等方面的应用将更有发展前途但不管怎样，放射性同位素的获得和广泛应用是人类智慧的又一伟大创举，它将为社会生产力的进一步发展和提高开阔了广阔的前景如果说十九世纪主要是蒸汽时代，那么二十世纪就是电子时代，并已经开始逐步走向核能时代巨大的核能必将为人类的进步和文明做出应有的贡献揭开光合作用的奥秘淀粉、蛋白质、脂肪等是人类生存所必需的食粮，而植物正是制造这些食粮的天然工厂大家都知道：所谓光合作用，就是依靠太阳提供给地球的能量，通过植物的叶绿素使空气中的二氧化碳气体和植物

15、根部吸收的水分、无机盐等进行合成，从而为人类提供了巨大的粮食资源它是在低温条件下进行的，这在试管里是无论如何不能做到的这个自然之谜，真是自然界中不可思议的问题之一！而放射性标记化合物放射性同位素示踪剂技术的利用，对于揭开这个自然之谜起着极为重要的作用在光合作用的过程中，最初形成的基本化合物的最小单位是一由三个碳原子组成的，叫做C3植物后来，又发现了基本单位是四个碳的植物，叫做C4植物，以区别于C3植物应该说，C3、C4植物是光合作用的最基本的产物有关这些基本产物的知识，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

16、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

17、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棉花育种“鲁棉一号”就是山东省棉花研究所的科技人员应用放射性同位素钴-60放出的伽玛射线处理棉花杂交的后代育成的起初，为了育成适合生态条件并且高产优质的棉花良种，他们于1961年用杂交育种的方法，选配一些组合但是经过多年的分离选择，并没有获得符合理想的后代其中有一个杂交组合，母本

18、是中棉所2号，父本是“1195”（选育的一个品系），这就是“鲁棉一号”的“始祖”它虽然结合性较好，但到了第九代仍然性状不稳定，而且株型高大松散这时，他们决定应用辐射育种新技术，希望将它的性状引向好的方面发展，并且稳定下来1971年，他们将中棉所2号与1195杂交第九代种子用钴-60辐照40000伦琴（辐照量的单位），根据辐射育种的规律，照射第一代因受射线损伤的作用，生长很不好，有的还出现畸形但这些都不能遗传给后代一般从第二代开始，突变的性状才能逐渐显现出来他们把第一代中生长正常的棉株混收留种，第二年把这些种子单独播种在一块地里，并在收获时进行单株选择入选的单株单收单脱粒，成为一个株系第三年将这

19、些株系，按系播种，每系种一行，这叫株行圃在生长期间，直至收获之时，都对每一个株系进行比较，然后选出一批株系其中以第99号株系表现最为突出，不仅株形紧凑，生长稳健，而且结合性强，吐絮集中，同时性状也不再分离收获时将这些入选的株系，全都收在一起，并分别脱粒留种，准备进入鉴定试验这好像小学生参加了升学考试，成绩优秀的可以升入中学经过几年试验，1975年育成，1976年定名为“鲁棉一号”开始全省区域试验时，他们采用育苗移栽，点播分墩等方法高倍繁殖种子，并进行多点试验示范，将该品种迅速传播到全省棉区河南、河北等省区也进行了引种人工放射性同位素的发现1934年，约里奥居里和伊丽芙居里在用粒子轰击铝箔时，除

20、探测到预料中的中子外，还探测到了正电子()，正电子的质量跟电子相同，所带电荷与电子相反，为一个单位的正电荷，更意外的是，拿走放射源后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性也有一定的半衰期原来，铝核被粒子击中后发生了下面的反应AlHeP反应生成物P是磷的一种同位素，也有放射性，像天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子，核衰变方程如下： PSi用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现后来人们用质子、氘核、中子和光子轰击原子核，也得到了放射性同位素天然放射性同位素只有40几种，而今人工制造的放射性同位素已达1000多种最近，我们科学家用人工方法获得四种超重质量的放射性

21、同值素：铂202，汞208，铪185和可裂变的材料钍237放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面都得到了广泛的应用乳胶照相放射线能够使照相底片感光，放射线中的粒子经过照相底片上的乳胶时，使乳胶中的溴化银分解，经显影后，就有一连串的黑点显示出粒子的径迹，这些径迹可用显微镜来进行观察与测量，根据径迹的长短和形状，可以判断粒子的能量、性质和种类，由于乳胶的密度较大，所以粒子在乳胶中的射程约为空气中的干分之一，因此容易看到径迹的全部同位素的三个特性在形形色色的原子能图象中，放射性同位素的奇妙特性及广泛用途令人眼花缭乱，最具有戏剧性前面我们介绍过，1869年，俄国的门捷列夫和德国的迈耶各

22、自独立地发现了元素周期律，排出了元素周期表，那时化学家们知道的元素只有几十种现在，已经发现的元素已经达到100多种，目前的元素周期表已经比当年门捷列夫列出的元素周期表要详尽多了在元素周期表中，一个元素占一个位置后来，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射线，有的放出射线，有的放出射线或者同时放出其中的两种射线还有中子射线

23、其中，射线是一束粒子流，带正电荷，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年核技术中的同位素和辐射的应用，给许多重要的经济活动和社会生活带来好处现代核物理学的研究成果，产生了一些观察和测量物理、化学和生物过程的新方法，从而加强了对这些未知过程的了解，这对于人类对自己的认识和生存、发展与进步有重要的意义，与此同时，同位素的分离和鉴别使我们掌握了多方面的技能，

24、带动了电子学、光学和机器制造技术的发展构成物质的各种元素的同位素都是可以识别的，人们可以根据其质量或放射性对它跟踪，尽管它的化学性质与该元素的其它同位素一样因此测量这种元素或其化合物的总量并跟踪其运动及反应都是可以做到的这就给它带来了特别的功能考虑到可利用的稳定同位素、放射性同位素有数千种（此可参见有关的核素表即同位素表），又有许多其中过程的细节尚待进一步研究的领域，我们仅能比较稳定核素和放射性核素的特点，评述某些特殊技术，介绍一些有趣的和重要的同位素应用大多数同位素都是稳定同位素，并呈混合物状态出现在元素中按照同位素质量进行分离的主要方法有电磁法（在大型质谱仪中）和热机械法（气体扩散过程中）

25、重要的例子是在生物过程中所包含的各种元素的同位素，例如D（氘）和氧-18稳定同位素的主要优点是在研究用的样品中不存在辐射效应而可利用的放射性同位素很多，它们具有各种不同的半衰期、辐射类型和能量用示踪法观察作物生长这样，利用示踪的方法就可以跟踪、观察植物或农作物的生长发育等各种动态例如，植物的营养和代谢作用之间究竟有着什么关系？植物生长，最需要的是什么？植物是怎么样吸收自身所必需的物质的？植物通过根或叶吸收些什么？水或其它化合物是如何转变成糖类或蛋白质的？等等比如，有人研究过：给植物施肥时，应该施在什么部位？就是说，肥料施在种子的上面好呢还是施在种子的下面好？或者是施在种子的侧面，效果又怎么样呢

26、？这三种情况下，肥料离种子相距多远时效果最好？按照传统的方法，为了弄清这些问题需要分别进行培育试验，再比较其结果很显然，这种方法要花费很多劳力和时间，实验周期确实太长了但是，如果在肥料里加进一些放射性同位素，就好比在肥料里派进了许多侦察兵，然后再用射线探测器对这些侦察兵进行跟踪观察，一次就能弄清很多问题例如，在任意一个时刻，哪个位置的肥料被植物吸收了？它是怎么样被植物吸收的？被吸收的养分又是以什么样的速度移动的？怎么样移动的？等等弄清这些问题之后；就可以改进施肥的方法有的营养成分也可以通过叶子直接被植物吸收这种现象也是通过利用放射性同位素进行研究才弄清楚的此外，还搞清了一些其它问题例如，某些植物的根对于特定的元素并没有选择吸收的能力，特别是铯、铷等元素