核技术应用

核技术应用与辐射防护9．示踪原子的应用（1）机械磨损研究无论何种机器，运转过程中都会发生磨损。检查和研究机器的磨损情况在实践中有重要作用。应用放射性同位素示踪方法，不仅可以测定内燃机机件（如活塞、活塞环、汽缸、曲轴）的磨损、滚动轴承的磨损、机床设备的磨损以及切削刀具的磨损，而且能为耐磨材料和润滑剂的选择、制订机器的合理运行规程、预防事故性磨损提供依据。核技术应用与辐射防护示踪法测定发动机机件磨损量，是在机件内装一个带有放射性的构件。发动机运转中磨损下来的放射性颗粒大部分落入润滑油中，可用核辐射探测仪器测定其放射性活度。因磨损量与油中放射性活度成正比，通过校准曲线可以将测得的放射性活度转换成磨损量。示踪法检查和研究磨损具有特殊价值：灵敏度高，可测出10-8g重的磨损量；可以在不停机和不拆卸机器的情况下检查和研究机件磨损；能同时测量几个机件的磨损，从而查明不同因素对磨损的影响；可以进行连续测量。核技术应用与辐射防护（2）在冶金工业中的应用例1：连续铸钢是炼钢工艺中一项重要技术。但用弧形连续铸坯轧成的薄板，表面常出现夹杂和气泡，影响薄板质量。将放射性核素45Ca、54Mn、95Zr等示踪剂放入钢水，混入杂质中，然后通过取样、射线照相和测量，发现薄板的气泡主要是内在夹杂引起的，连续铸坯的杂质含量比一般铸锭要少，但集中在内弧一侧，经反复轧制，趋向薄板的表面，随着温度和压力变化，形成气泡。这一结果，为改进工艺，解决薄板夹杂和气泡问题提供了依据。核技术应用与辐射防护例2：研究合金中不同原子的扩散速度，对使用合金的部门是非常重要的，因为合金中原子相互配置有了改变，合金的性质就要发生变化。放射性同位素示踪技术为我们提供了一种研究扩散速度的有效方法。研究钴在镍基铸造合金中的扩散速度时，可以利用60Co为示踪原子，将它镀在合金表面，放入具有一定温度的真空管内，进行扩散退火。由于扩散作用，60Co跑到金属内部，再通过测定60Co在合金不同深度的活度，即可算出钴原子的扩散速度。核技术应用与辐射防护7.5放射性同位素及辐射技术在医学上的应用原子能科学技术的发展也促进了医学的发展。核技术和医学相结合，形成了一门年轻学科—核医学。核技术应用与辐射防护核医学的特点与作用：“它不仅为阐明代谢过程、探讨生命活动的物质基础及客观规律提供了灵敏、特异、快速和方便的研究手段，也为临床诊断、治疗及预防医学开辟了新的途径”。“第一架望远镜打开了悠悠苍天；第一架显微镜打开了微生物世界；以放射兔疫分析为范例的放射性同位素方法，已经显示出在科学和医学上开辟新前景的势头”核技术应用与辐射防护核医学按其内容分为临床核医学和基础核医学。前者的主要任务是利用核技术诊断和治疗疾病，后者则主要是用核技术来研究疾病。核技术应用与辐射防护1．在临床诊断方面的应用①功能测定应用放射性核素或其标记化合物，可以测定甲状腺、肾、心、肺和消化系统等的功能，并能进行血液系统检查。例如，甲状腺对127I和放射性碘的代谢完全相同，因此可以用123I、131I等放射性碘来研究甲状腺的功能。核技术应用与辐射防护②脏器显像选用合适的放射性核素或其标记化合物作示踪剂引入体内，采用扫描技术、闪烁照相技术或发射计算机断层仪，可以观察放射性核素在人体内的分布状况和动态变化，从而诊断脏器是否存在病变及确定病变所在的位置。图7-31单光子发射计算机断层照相机（SPECT）甲状腺显像核技术应用与辐射防护③体外放射免疫分析放射免疫分析（RIA，RadioImmuneAssay）是六十年代发展起来的一项新的体外超微量分析方法，它综合了放射性核素探测的高度灵敏性和抗原－抗体反应的高度特异性这两大特点，具有灵敏度高、专一性强、准确性和精密度好、样品量少、应用范围广泛、便于标准化与自动化、不会引起对人体的辐射损伤，以及使用简便等突出优点。美国科学家雅罗与柏森于1959年建立并首先成功地应用了RIA方法，引起临床检验的重大革新，被认为是核医学最重要的成就之一，创始人因此而于1977年获诺贝尔奖。核技术应用与辐射防护图7-32SN682B型γ免疫计数仪图7-33各类RIA药盒核技术应用与辐射防护2．在临床治疗上的应用放射性核素治疗疾病，是利用它衰变时放出的射线在机体内引起电离作用，破坏病变细胞来达到治疗目的的。（1）内服治疗利用放射性药物参与体内代谢，选择性地浓集在某一组织器官中，达到选择性的照射治疗。在放射性药物应用中最前沿的是导向治疗，其以特异单克隆抗体或“受体配基”作为载体，标记上高活度的放射性同位素，引入机体后，单克隆抗体可自动追寻攻击肿瘤细胞，而对正常组织损伤极小。图7-34放射性药物碘－131核技术应用与辐射防护（2）放射性胶体治疗（“粒子刀”或种子治疗）将放射性胶体注射于肿瘤组织内，或注入到因肿瘤转移而引起的胸、腹腔积液的浆膜腔内，这些放射性胶体颗粒可在停留部位对局部进行照射，从而控制或抑制肿瘤的播散和胸、腹水的生长。图7-35“粒子刀”设备外观展示I-125密封籽源核技术应用与辐射防护左轮式植入枪核技术应用与辐射防护（3）放射源治疗将放射性物质密封在不同形状和大小的源壳内，然后直接放在体表病变部位进行局部照射，以达到治疗目的。图7-36用90Sr－90Y放射源敷贴治疗血管瘤核技术应用与辐射防护（4）γ射线远距离体外照射治疗此方法是利用活度很大的辐射源放射出来的γ射线，集中照射患病部位进行治疗。远距离体外照射治疗最常见设备为“伽马刀”，但最近的研究发现，使用质子或α粒子可能更为有效，有报道称质子治疗设备已经投入了临床应用。核技术应用与辐射防护伽玛刀是立体定向放射外科（StereotacticRadio－surgery）的主要治疗手段，是根据立体几何定向原理，将身体正常组织或病变组织选择性地确定为靶点，使用钴-60产生的伽玛射线进行一次性大剂量地聚焦照射，使之产生局灶性的坏死或功能改变而达到治疗疾病的目的。由于放射线在靶区分布的特殊性，周围组织几乎不受影响，其靶区坏死边缘如同刀割，故形象称之为“伽玛刀”。伽马刀（GammaKnife）核技术应用与辐射防护伽玛刀虽然称之为“刀”，但无需手术，以颅内肿瘤治疗为例，主要治疗过程包括：（1）患者头部固定立体定位框架。（2）影像学扫描（CT或MRI）。（3）制订治疗计划和确定处方剂量。（4）实施治疗。（5）卸掉立体定位框架。全部过程大约需要2－4小时。与开颅手术相比，不存在手术造成的感染、出血等危险，术后几乎没有或仅有极其轻微的并发症，绝大多数病人不需住院，门诊即可治疗。核技术应用与辐射防护1994年7月在中国深圳诞生了世界上第一台旋转式伽玛刀，1996年正式用于临床，截止2001年9月底，全国有近20台左右在使用，累计治疗病例15000余例。图7-37旋转式伽马刀（中国，深圳）在高端医疗设备的生产中，CT、核磁共振等设备的核心技术都在别人的手里，惟有伽玛治疗系统的核心技术是掌握在中国人自己的手中，并已拥有世界上包括美国在内的7个国家中的知识产权。核技术应用与辐射防护3．在基础医学研究中的应用放射性示踪方法的应用在医学科学中引起了划时代的变化，使核医学工作者有可能从分子水平动态地认识生命的本质，帮助人们揭开生物体内和细胞内精细的、复杂的理化过程，有助于深入细致地研究生命活动的物质基础、疾病的病因，以及药物的作用原理，大大地推动了医学科学的发展。核技术应用与辐射防护大量实验研究表明，痛觉与前列腺素E、脑啡呔和环磷酸腺苷的浓度有密切关系。我国医学工作者用RIA方法测定针麻诱导前后血浆中环磷酸腺苷的含量，发现针麻效果优良者，血浆中环磷酸腺苷的含量有保持恒定或下降趋势；针麻效果差者则有升高的趋向。这个结果对针麻原理的研究提供了有益的线索。核技术应用与辐射防护人体的穴位注入32P，通过盖革-缪勒计数器来探测，观察到经络循行线路上的放射性强度比两侧的对照部位高，证明穴位注射后，放射性同位素是循经走向的，移动速度是0.14cm/s,而且与古典医籍中描述的线路相符。在穴位外注射，则没有同位素循经移动的现象。北宋天圣穴位铜人（1072年）核技术应用与辐射防护直接标记中药中的有效成份再进行体外或体内分析的方法，不仅用于中药的生物分布和归经关系,也适用于对药物的吸收、分布和排泄等药物代谢动力学的研究。例如，邹节明等用放射性同位素示踪技术观察了淫羊藿苷在单一状态以及复方(加人参、丹参等)状态下，经口服后在体内的吸收、分布与排泄等变化，结果显示：单组分给药后淫羊藿苷在肾上腺中含量较高，持续时间较长，说明肾上腺是淫羊藿苷的最敏感器官；复方给药后，淫羊藿苷在肾上腺中含量更高，持续时间更长，说明复方中的其他组分对淫羊藿苷在靶器官中的分布有一定的促进作用。核技术应用与辐射防护4．在药物和医疗用品消毒及杀菌中的应用除了通常采用高温消毒和氧化乙烯气体消毒之外，辐射在医疗用品消毒中变得越来越重要。辐照是一种冷处理，这一事实使那些对热敏感的制剂和包装材料得以消毒。与热消毒相比，辐射消毒的方法不仅能对预先密封的包装消毒，使得更适用的包装材料可以利用，而且可调整为连续工艺，便于规模化进行。图7-38用加速器对医疗用品消毒图7-39经辐射消毒的医疗用品核技术应用与辐射防护辐射消毒中明确物质的辐射敏感性是非常重要的。辐射敏感性是杀死规定份额细菌所需要的平均剂量（例如把微生物的数目减少到原有数协1/e所需的剂量）：Dknne/10ln式中：n0是辐照前系统中的微生物数目，n是辐照后系统中的微生物数目，D是剂量，k1/e表示耐辐照的特征常数，其值在很宽的剂量范围内是一样的，但是依赖于温度、微生物的年龄、氧或水的存在、PH值等。各种微生物的辐射敏感性按以下顺序递减：无性繁殖类＞霉菌＞酵母＞细菌的孢子＞病毒。严格确定所用剂量是非常重要的，超剂量会引起化学高温分解，物质焦化。核技术应用与辐射防护7.6放射性同位素及辐射技术在环境科学中的应用以γ射线或高能电子束（0.5～2MeV）为基本手段进行废气治理、废水处理、污泥处置及消毒等，目前已初步达到工业化水平。运用放射性同位素示踪技术，实现环境污染物的监测、研究气候的变迁、探讨水资源的再生和循环等。利用放射性检测技术，实现烟火报警、粉尘检测等。核技术应用与辐射防护1．电子束烟气脱硫脱硝技术与废气的辐射处理日本荏源公司在1970年提出了利用电子束辐照对烟气进行脱硫脱硝技术，其原理是利用电子加速器产生的高能电子束的碰撞、激发作用，产生大量活性很高的自由基或其他粒子，使烟气中的SO2和NOx转化为硫酸和硝酸，同时与加入的氨中和，形成肥料。反应包括3个过程：（1）氧化活性物质的生成。（2）SO2与NOx氧化，并与水汽作用生成硫酸、硝酸，继而形成酸雾。（3）硫酸氨和硝酸氨的生成。与常规烟气脱硫技术相比，该法优点为：属干法脱硫，可以同时脱除烟气中的氮氧化物，脱除率高达80％以上；其工艺简单，系统阻力小，开、停车方便；对烟气中硫、氮氧化物浓度变化的适应性强，能副产肥料，无废渣产生。核技术应用与辐射防护我国对电子束烟气脱硫技术的研究起步也较早，中国科学院上海原子能研究所曾承担了国家“七五”攻关项目，在这方面取得了一定研究进展，小试和中试都取得了较好效果。在此基础上，1995年我国与日本荏源公司合作在成都热电厂建立了一套处理烟气规模为300000m3/h的示范工程，并于1997年开始投入运行。在中国，烟气已经成为环境污染的主要方面核技术应用与辐射防护图7-40电子束烟气脱硫脱硝工艺流程核技术应用与辐射防护电子束烟气脱硫脱硝系统中的反应器核技术应用与辐射防护核技术应用与辐射防护2．废水的辐射处理在射线作用下，水及水中的溶解物都可被分解，而水受到辐射会产生水合电子、正离子、激发态粒子、OH·和H·自由基等活性中间体，这些物质都具有比较高的反应活性，可与水中的污染物质反应，使之分解而达到净化效果。核技术应用与辐射防护王彦丽等研究了500keV电子束对氯苯含量为850mg/L的废水的降解作用，结果（图7-94）表明，随辐照剂量的增加，氯苯的浓度迅速下降，当剂量达到5kGy时，氯苯的浓度降至净化标准1mg/L。图