同位素及應(yīng)用

2007/2/3 14:19:00

一、同位素概念

在元素周期表中，一個(gè)元素占一個(gè)位置。但同一位元素的原子并不完全一樣，有的原子重些，有的原子輕些；有的原子很穩(wěn)定，不會(huì)變，有的原子有放射性，會(huì)變化，衰變后成了另一種元素的原子。我們把這些處于同一位的元素但有不同性質(zhì)的原子稱為同位   素。同位素中有的會(huì)放出射線，因此稱放射性同位素。

二、放射性同位素特性

放射性同位素具有以下三個(gè)特性：

第一，能放出各種不同的射線。有的放出α射線，有的放出β射線，有的放出γ射線或者同時(shí)放出其中的兩種射線。還有中子射線。其中，α射線是一束α粒子流，帶正電荷，β射線就是電子流，帶有負(fù)電荷。

第二，放出的射線由不同原子核本身決定。例如鈷－60原子核每次發(fā)生衰變時(shí)，都要放射出三個(gè)粒子：一個(gè)β粒子和兩個(gè)光子，鈷－60最終變成了穩(wěn)定的鎳－60。

第三，具有一定的壽命。人們將開始存在的放射性同位素的原子核數(shù)目減少到一半時(shí)所需的時(shí)間，稱為半衰期。例如鈷－60的半衰期大約是5年。

三、放射性同位素的制備

放射性同位素的制備是同位素與輻射技術(shù)應(yīng)用的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前人工放射性同位素制備大體有三種方法：在核反應(yīng)堆中生產(chǎn)，用于制備豐中子同位素，簡(jiǎn)稱堆照同位素；用帶電粒子加速器制備，多用于貧中子同位素生產(chǎn)，簡(jiǎn)稱加速器同位素；從核燃料后處理料液中分離提取同位素，這種同位素通常稱為裂片同位素。

四、同位素的應(yīng)用

放射性同位素的應(yīng)用是核能利用的一個(gè)重要方面。  

1. 放射性同位素在工業(yè)上的應(yīng)用

工業(yè)同位素示蹤

放射性同位素的探測(cè)靈敏度極高，這是常規(guī)的化學(xué)分析無法比擬的。利用微量同位素動(dòng)態(tài)追蹤物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是放射性示蹤不可替代的優(yōu)勢(shì)。目前，這一技術(shù)已廣泛用于石油、化工、冶金、水利水文等部門，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

同位素電池

放射性同位素在進(jìn)行核衰變時(shí)釋放的能量，可以用作制造特種電源——同位素電池。這種電池是目前人類進(jìn)行深空探索唯一可用的能源。空間同位素電池（如钚-238電池）的特點(diǎn)是：不需對(duì)太陽定向，小巧緊湊，使用壽命長(zhǎng)。

同位素監(jiān)控儀表

放射性同位素放出的射線作為一種信息源可取得工業(yè)過程中的非電參數(shù)和其他信息。根據(jù)這一原理制作的各種同位素監(jiān)控儀表，如料位計(jì)、密度計(jì)、測(cè)厚儀、核子秤、水分計(jì)、γ射線探傷機(jī)和離子感煙火災(zāi)報(bào)警器等可用來監(jiān)控生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)無損檢測(cè)，以及探知火情等。

輻射加工方面

輻射加工是利用電離輻射作為一種先進(jìn)的手段對(duì)物質(zhì)和材料進(jìn)行加工處理的一門技術(shù)。這種加工方式目前已在交聯(lián)線纜、熱縮材料、橡膠硫化、泡沫塑料、表面固化、中子嬗變摻雜單晶硅、醫(yī)療用品消毒、食品輻照保藏以及廢水、廢氣處理等領(lǐng)域取得顯著成效，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

2. 同位素在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

輻射育種

輻射育種，是利用γ射線等射線誘發(fā)作物基因突變，獲得有價(jià)值的新突變體，從而育成優(yōu)良品種。我國(guó)輻射突變育種的成就突出育成的新品種占世界總數(shù)的四分之一。特別是糧、棉、油等作物的推廣，取得了顯著的增產(chǎn)效果。

示蹤技術(shù)

同位素示蹤在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要是從事肥料與農(nóng)藥的效用和機(jī)理、有害物質(zhì)的分解與殘留探測(cè)、畜牧獸醫(yī)研究以及農(nóng)用水利方面檢查測(cè)定堤壩、水庫的泄漏等。另外還可以用于生物固氮、家畜疾病診斷及其妊娠預(yù)測(cè)等方面的研究。

昆蟲輻射不育

昆蟲受到電離輻射照射可使昆蟲喪失生殖能力，從而降低害蟲的數(shù)量，進(jìn)一步達(dá)到防治甚至根除害蟲的目的。昆蟲輻射不育是一種先進(jìn)的生物防治方法，不存在農(nóng)藥的環(huán)境污染問題。國(guó)外使用該技術(shù)在大面積根除地中海果蠅以及抑制非洲彩蠅方面取得了重大成果。而我國(guó)用此法對(duì)玉米螟、小菜蛾、柑桔大實(shí)蠅等害蟲的輻射不育研究，也取得了較好的防治效果。

食品輻照保藏

食品輻照保藏，就是利用電離輻射對(duì)食品進(jìn)行照射，以抑制發(fā)芽、殺蟲滅菌、延長(zhǎng)貨架期和檢疫處理等，從而達(dá)到保存食品的目的。經(jīng)輻照徹底滅菌的食品是宇航員和特種病人最為理想的食品。目前，國(guó)外食品輻照已作為預(yù)防食源性疾病和開展國(guó)際農(nóng)產(chǎn)品檢疫的一種有效手段。

3. 同位素在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

核醫(yī)學(xué)診斷與癌癥放射性治療

核醫(yī)學(xué)診斷是根據(jù)放射性示蹤原理對(duì)患者進(jìn)行疾病檢查的一種診斷方式。在臨床上可分為體內(nèi)診斷和體外診斷。體內(nèi)診斷是將放射性藥物引入體內(nèi)，用儀器進(jìn)行臟器顯像或功能測(cè)定。體外診斷是采用放射免疫分析方法，在體外對(duì)患者體液中生物活性物質(zhì)進(jìn)行微量分析。我國(guó)每年約有數(shù)千萬人次進(jìn)行這種核醫(yī)學(xué)診斷。

電離輻射具有殺滅癌細(xì)胞的能力。目前，放射治療是癌癥治療三大有效手段之一，70%以上癌癥患者都需要采用放射治療。放射治療可分為外部遠(yuǎn)距離照射、腔內(nèi)后裝近程照射、間質(zhì)短程照射和內(nèi)介入照射等。

體內(nèi)放射性藥物治療是近來頗受醫(yī)學(xué)界關(guān)注的臨床手段。單克隆抗體與放射性核素結(jié)合生成的導(dǎo)向藥物（“生物導(dǎo)彈”），可能為惡性腫瘤的內(nèi)照射治療提供一種新的有效途徑。