核技术应用及进展0概述

1、1 考查方式考查方式 闭卷考试 成绩 卷面成绩 （70%） 实验成绩 （20%） 平时成绩 （10%） 核技术应用及进展核技术应用及进展 2 教教 材材 核技术及应用，成都理工大学。 核技术应用及进展核技术应用及进展 3 自然科学学科发展战略研究报告 核技术 作者：作者：国家自然科学基金委员会 科学出版社 1991年10月第1版 核技术应用及进展核技术应用及进展 4 核农学导论核农学导论 作者： 徐冠仁 原子能出版社 1997年03月第1版 核技术应用及进展核技术应用及进展 5 现代高技术丛书 核能与核技术 作者：作者：李士 查连芳 赵文彦 上海科学技术出版社 1994年12月第1版 核技术应

2、用及进展核技术应用及进展 6 核能源与核技术 作者：作者：吴茂良 四川大学出版社 1994年8月第1版 核技术应用及进展核技术应用及进展 7 核科技发现与发明 纵横谈 作者：作者：李盈安 原子能出版社 1996年4月第1版 核技术应用及进展核技术应用及进展 8 聚合物辐射加工聚合物辐射加工 作者：日 幕内惠三 著 徐 俊 孟永红 译 2003年03月第1版 科学出版社 核技术应用及进展核技术应用及进展 9 辐射生物学辐射生物学 作者：朱壬葆 刘 永 罗祖玉 科学出版社 1987年09月第1版 核技术应用及进展核技术应用及进展 10 放射性示踪技术及应用 作者：作者：英F安东尼埃文斯 日本村松光

3、雄 1990年07月第1版 核技术应用及进展核技术应用及进展 11 9.食品加工与保藏原理食品加工与保藏原理，曾庆孝主编，芮汉 明 ， 李 汴 生 副 主 编 ， 化 学 工 业 出 版 社 ， 2002.11 10. 中国食品辐照进展中国食品辐照进展，陈其勋主编，原子能 出版社，1998.12 11. 辐射食品卫生辐射食品卫生， FAO/IEAE/WHO，原子 能出版社，1983，56 12. 辐射技术基础辐射技术基础，李承华，原子能出版社， 1988 13. 同位素技术同位素技术，彭根元等，北京农业大学出 版社，1994 14. http:/ 15. http:/inis- 16. htt

4、p:/ 核技术应用及进展核技术应用及进展 12 本课程的内容本课程的内容 核技术的内涵核技术的内涵 核技术的用途核技术的用途 核技术的发展概况核技术的发展概况 核技术的产业化问题核技术的产业化问题 核技术应用及进展核技术应用及进展 13 前前 言言 核技术大事记核技术大事记 核技术的地位核技术的地位 什么是核技术？什么是核技术？ 核技术能干什么？核技术能干什么？ 核技术应用及进展核技术应用及进展 14 核技术大事记 铀矿石 世界上第一张X X光照片 核技术应用及进展核技术应用及进展 唯一一位在两个不同学科 领域、两次获得诺贝尔奖 15 核技术应用及进展核技术应用及进展 豆科植物 盖 革 计 数

5、 器 l1930年劳伦斯制成的第一台回旋加速 器 回 旋 加 速 器 l1932 Anderson发现positron(正电 子)，J.Chadwick发现neutron(中子) 。 威 尔 逊 云 室 16 核技术应用及进展核技术应用及进展 17 l 1948 Hofstadter开发用于Gamma探测的碘化钠晶体，scintillation counter诞生。 l 1952 氢弹（我国1967）。 l 1955 核潜艇（我国1971） l 1957 核电站（美国60MW）, ,（我国19831983秦山一期开工，自主设计）。 l 20082008 我们一起学习核技术。我们一起学习核技术。

6、 核技术应用及进展核技术应用及进展 18 核技术核技术的地位 是现代科学技术的重要组成部分； 是当代最主要的尖端技术之一； 是社会现代化的标志之一。 在当代高新技术(6(6项) )中，占有重要份额。 电子信息技术、生物技术、新材料、新能源、海洋技术、航天技术。 核技术应用及进展核技术应用及进展 19 1 1）电力系统）电力系统 11 11）高速公路）高速公路 2 2）汽车）汽车 12 12）航天）航天 3 3）飞机）飞机 13 13）因特网）因特网 4 4）自来水）自来水 14 14）成像技术）成像技术 5 5）电子技术）电子技术 15 15）家用电器）家用电器 6 6）无线电和电视）无线电和

7、电视 16 16）保健设施）保健设施 7 7）农业机械化）农业机械化 17 17）石油化工）石油化工 8 8）计算机）计算机 18 18）激光和光纤）激光和光纤 9 9）电话）电话 10 10）空调制冷）空调制冷 20 20）高性能材料）高性能材料 2020世纪最伟大工程技术成就世纪最伟大工程技术成就 - 20 - 20 项项 美国工程技术界评出 2000/10/11 19）核技术 核技术应用及进展核技术应用及进展 20 社会经济效益显著。 19931993年，美国核技术的非动力应用对美国 经济的贡献达到25702570亿美元，是核电的3.53.5倍， 占美国GDPGDP的3.93.9，并创造

8、了370370万个就业岗位 ，是核电的3.53.5倍。 20042004年，中国核技朮总产值400400亿元人民币 。随后5 5年达到10001000亿元人民币，并长期保持在 1515以上的增长速度。 核技术的地位核技术的地位 核技术应用及进展核技术应用及进展 21 什么是核技术？ 核技术能干什么？ 核技术应用及进展核技术应用及进展 22 什么是核技术？什么是核技术？ 广义的核技术广义的核技术 具体的核技术具体的核技术 历史上的核技术历史上的核技术 目前的分类目前的分类 研究和应用与研究和应用与“核核”有关的技术有关的技术 核武器、核能源、核动力、核武器、核能源、核动力、. 军用核技术、民用核

9、技术军用核技术、民用核技术 核武器核武器核变核变(裂变、聚变裂变、聚变) 及生化效应及生化效应 核能与核动力核能与核动力(核工程核工程)反应堆、热工反应堆、热工 核技术核技术(非动力核技术非动力核技术)同位素同位素与辐射技术辐射技术 核技术应用及进展核技术应用及进展 23 非动力核技术非动力核技术（按技术特征划分）（按技术特征划分） 同位素示踪技术同位素示踪技术 核成像技术核成像技术 核分析技术：离子束分析、背散射分析技术、核分析技术：离子束分析、背散射分析技术、 中子活化分析、电子扫描探针分析、中子活化分析、电子扫描探针分析、X射线荧射线荧 光分析光分析(原位分析、全反射、同步辐射原位分析、

10、全反射、同步辐射.) . 核检测技术核检测技术 辐射工艺辐射工艺 核年代学核年代学 支撑技术支撑技术 核技术应用及进展核技术应用及进展 24 非动力核技术非动力核技术（按领域划分）（按领域划分） 核农学核农学 核医学核医学 核分析核分析 （工业）核检测（工业）核检测 辐射加工辐射加工 食品、卫生食品、卫生 其它其它 核技术应用及进展核技术应用及进展 25 1964年10月14日9时我国第一颗 原子弹首爆成功时产生的蘑菇云 核技术应用及进展核技术应用及进展 核武器：利用能自持进行核裂 变或聚变反应释放的能量，产 生爆炸作用，并具有大规模杀 伤破坏效应的武器的总称 。 核武器 第一代：原子弹 第二

11、代：氢弹 第三代：中子弹 第四代：即核定向能武器 核武器 26 1个235U原子裂变释放的能量：200MeV 1g235U原子裂变释放的能量：8.21010J（2.58t优质煤或20t TNT） 1g燃料核聚变所产生的能量约为核裂变相应能量的4倍 核技术应用及进展核技术应用及进展 核能与核动力 27 核技术应用及进展核技术应用及进展 1954年在库尔恰托夫的主持下，苏联建成了世界上第一座核电站奥 布灵斯克核电站。从此，核电站便在世界各地蓬勃发展起来。 1942年，以费米为首的一批科学家在美国 建成了世界上第一座“人工核反应堆”， 首次实现了人类历史上铀核的可控自持链 式裂变反应。 建造核裂变反

12、 应堆的目的 “中子源” 开展科学研究 及实验 供热、发电 或提供动力 核反应堆是使核能以可控方式释放的装置 1985年，我国第一座自行设计建造的核电站是秦山核电站,位于浙江省海盐县杭州湾 口岸 核能与核动力 28 核能与核动力 优点：原料少；污染少。 目前核电在全国电力中的比重只有1%强。 2020年可望达到4%（4000万千瓦）。 目前和今后几十年核电的发展是以压水堆为主的核裂变能发电。(东南沿海各省) 21世纪下半叶，受控热核聚变能有可能开始作贡献。 核技术应用及进展核技术应用及进展 29 核应用技术产业现状和前景 1.核农学 到2002年底，中国已累计育成突变品种638个， 超过世界各

13、国辐射诱变育成品种总数的四分之 一； 辐射诱变良种年种植面积约占中国各类作物种 植面积的10%； 辐射诱变良种作物每年为中国增产粮食近40亿 公斤、棉花1.51.8亿公斤、油料0.75亿公斤。 核技术应用及进展核技术应用及进展 30 近10年来，中国利用同位素示踪法，增产粮食19亿公斤，创经济效益28亿元； 中国自60年代以来，先后对10多种害虫进行辐射不育研究； 近年来对柑橘大实蝇的人工饲养与释放试验，取得了成功。 核技术应用及进展核技术应用及进展 31 同位素示踪 定义：将可探测的放射性核素添入化学、生 物或物理系统中，标记研究材料，以便追踪 发生的过程、运行状况或研究物质结构等的 科学手

14、段。 核技术应用及进展核技术应用及进展 32 同位素示踪 1923年， Hevesy 在丹 麦玻尔实验室工作期间， 将豆科植物浸泡在含有 天然放射性核素 210Pb(RaD)和 212Pb(ThB)的铅盐溶液 中，研究植物吸收铅的 机制(分布和转移)。结 果发现：铅全部被吸附 在根部。 33 同位素示踪的应用 化学反应过程； 在分子水平上，动态、定量地研究 生命现象； 免疫化学、疾病的诊断。 工程问题 地质科学 核技术应用及进展核技术应用及进展 34 35 133Xe-地下管道检漏 36 2.核医学 4500余人从事核医学的研究应用，15000余 人从事放射治疗工作； 大城市的中心医院已普遍建

15、立了核医学科； 每年核医学检查超过80万人次，治疗1000万 人次； 40多家有关的生产企业可以供应1000余种放 射性同位素和制品。 核技术应用及进展核技术应用及进展 37 2.核医学 67台刀 250台X刀 28台PET 500台SPECT 2000台放免 分析仪 400台后 装治疗机 460台cobalt- 60治疗机60台荧光免 疫分析仪 300台化学发 光免疫分析仪 3300台全身X 射线断层扫描 仪 100台相机 560台医用加速器 核技术应用及进展核技术应用及进展 38 核成像技术 核技术应用及进展核技术应用及进展 u医学医学CTCT(MCT) X射线断层扫描(XCT) 核磁共振

16、CT(NMR-CT) 正电子发射CT(PET) 同位素单光子发射CT(SPECT) 康普顿散射CT(CST) 穆斯堡尔效应CT u工业工业CTCT(ICT) X射线CT 伽玛射线CT 39 核成像技术 核成象技术的共同原理：利用与核有关的物理 量在被测对象中的衰减规律或分布情况，获得物体 内部的详尽信息，通过电子计算机对这些信息作快 速处理，最终重建被测物的内部图象。 它们的数据获取部分，从物理原理到具体结构 均可相距甚远；但它们的数据处理部分则都基于 计算机信息处理和图象重建技术。 40 核素扫描机 核技术应用及进展核技术应用及进展 41 相机 核技术应用及进展核技术应用及进展 相机是一次成

17、像的医疗设备，它主要由探测 器（包括准直器，闪烁晶体光电倍增管等），电 子学读出系统和图像显示纪录装置等几部分组成。 42 CT/PET 核技术应用及进展核技术应用及进展 43 CT的基本原理 计算机断层成像技术(CT) Computerized Tomography ：是一种重要 的无损检测技术，是物理学与计算机科学的发展产 物。基于射线与物质的相互作用原理，通过投影重 建方法获取被检测物体的数字图像。 通过测量在不同的方位角下射线穿透被检测物件后 的投影强度，计算出物件横截面上的衰减系数分布， 转换成像屏显示的断层成像。 CT装置所得到的是被检客体的断层图像。在此图像 上， 客体内各部分是

18、分离的，而图像的灰度值正比 于物质的密度。由于各种物质都有自己特定的密度， 因而可能由CT图像灰度值来确定被检客体的材料性 质。 44 ICT的应用 无损检测 质量控制、物件的组成、结构、材料等 精密器件的内部探伤 安全检测 集装箱安全检测 航空箱检测 打击走私 45 u集装箱集装箱CT 核技术应用及进展核技术应用及进展 46 源 前准直器 集装箱 拖动装置 后准直器 阵列探测器 数据采集系统 图像处理系统 探测装置示意图探测装置示意图 阵列探测器说明：采用超高压气体阵列电离室，共512 个探测单元，用来测量射线穿透集装箱后的射线强度。 呈扇形排列在以放射源为圆心的弧线上，并与经准直器 准直的

19、射线束精确对准。 核技术应用及进展核技术应用及进展 47 福来尔轿车透视图 上图：水平透视图；下图：垂直透视图 汽车内部结构扫描 核技术应用及进展核技术应用及进展 48 CT 截面扫描图 左图：前轮部位；右图：后轮部位 从中可以清晰看出前轮部位减震器弹簧、轮胎等的结构从中可以清晰看出前轮部位减震器弹簧、轮胎等的结构 截面截面，后轮部位的备胎、车厢等截面也很清晰。后轮部位的备胎、车厢等截面也很清晰。 核技术应用及进展核技术应用及进展 49 卡车扫描图象 Image from Newsweek, taken at the border crossing from Guatemala to Mexi

20、co 核技术应用及进展核技术应用及进展 50 集装箱检测 核技术应用及进展核技术应用及进展 51 集装箱和车辆检测系统 Fixed Position Truck Scanner Mobile Truck and Cargo Scanner 核技术应用及进展核技术应用及进展 52 安全检测 物性判别：汽油、炸弹等危险物品 例如， 同是液体的水和汽油的密度分别 是1.0 和0. 7， 很容易区分。 航 空 箱 的 断 层 图 像 箱中有3个塑料瓶子, 里面灌满了汽 油(左瓶)、水(中瓶中瓶) 或是一半汽油或是一半汽油 一半水一半水(右瓶右瓶)。从图中可以清晰看。从图中可以清晰看 到瓶中不同性质液体

21、的灰度明显不到瓶中不同性质液体的灰度明显不 同。此外同。此外, 在一盒黄油脂内埋藏一在一盒黄油脂内埋藏一 块肥皂块肥皂, 利用断层图像也能轻易分利用断层图像也能轻易分 辨出来。图中两个灰度不同的圆分辨出来。图中两个灰度不同的圆分 别显示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的别显示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的 截面。此图像充分表明截面。此图像充分表明CT 检测系检测系 确实具备了物性判别的功能。确实具备了物性判别的功能。 核技术应用及进展核技术应用及进展 53 安全控制质量控制 核技术应用及进展核技术应用及进展 54 XCT 55 核分析技术 X射线荧光分析(ED、WD、TR) 粒子诱发荧光分析（P、e） 微束（

22、微区）分析 中子活化分析 粒子束分析 背散射分析 核技术应用及进展核技术应用及进展 56 核分析技术离子束分析离子束分析 背散射 K E E MMM MM 1 0 2 2 1 22 1 12 2 1 2 (sin)cos 57 核分析技术离子束分析离子束分析 1967年，美国的测量员5号空间飞船发回月球表面土壤的背散射分析结果 58 核分析技术离子束分析离子束分析 核技术应用及进展核技术应用及进展 59 核分析技术离子束分析离子束分析 含砷头发大气污染 60 核分析技术离子束分析离子束分析 核反应分析 利用特定的核 反应，测定反 应产物； 对轻元素有利 61 矿泉水 62 核分析技术X射线荧光

23、分析 核技术应用及进展核技术应用及进展 63 核分析技术中子活化分析 把极少量的待分析样品经中子源照射后,不同的核素 变成其对应的放射性同位素,这些放射性核素一般发 生衰变或轨道电子俘获（E.C），放出一定能量的强 度的射线。通过测量这些射线的能量和强度，从而就 可确定出待测元素的种类和含量。 64 核检测技术 核技术应用及进展核技术应用及进展 65 核检测技术核子密度计 例如：选矿工艺中矿浆和浮选液浓度的在线检测和控制；油田 和石油化工过程中油品含水率的测定；选煤厂选煤液密度的 检测和控制；化工厂酸、碱、盐的浓度以及各种成分配比的 在线检测；造纸厂纸浆浓度的测定和控制；江河中水流含沙 量的测

24、定。 u用途：用途： 各种料液浓度的在线检测和 控制。也可通过密度而间接测定 出料液中某种成分的含量、以及 两种物料的本比等。 66 核检测技术核子密度计 67 核检测技术核子(皮带)秤 原理： 利用物料对射线的吸收原理。放射源发出的射线 穿过穿透输送机上的物料后，强度减弱，物料越多，减弱的 程度越大，探测器接受的射线强度也减少，根据探测器输出 脉冲数变化，就可以测出输送机上物料的多少。 如果同时测出输送速度，则物料 对速度之积分就是单位时间传送 物料的重量。 68 核检测技术核子(皮带)秤 69 核检测技术料位计及料位开关 原理： 检测射线穿透料仓或管道中物料后的强度， 根据射线强度的变化来

25、计算、判断物料的料面水平， 控制物料的输送。 放射源安装在料仓或管道的一侧，探测器安装在 另一侧。 70 核检测技术料位计及料位开关 用途： 用于工业过程中对料位和液位进行定点检测和报 警控制，适合于各种恶劣环境下长期使用。也可 用于对运动状态的设备和工件进行定位检测或定 位控制。更可推广应用到对运动物体的速度和长 度、宽度进行非接触式检测。 如可用于矿山、煤炭、电力、钢铁、冶金、水泥、 化肥、化工等系统进行料位上下限的检测和报警 控制；可用于矿车、料斗油罐等的灌装控制，运 输车、斗的遥控定位。高温、高压、腐蚀性液体 的液位控制。食品、饮料自动生产线的罐装自动 控制等。 71 核检测技术射线测

26、厚仪 接触式测厚机械测厚法。 非接触式测厚射线测厚法、超声波 测厚法、光学测厚法，等等。 72 (1)(1)射线测厚仪 核检测技术射线测厚仪 73 (2) X(2) X射线荧光测镀锌板的镀层厚度 原理：原理：利用利用241Am放射源产生的放射源产生的射线直接射线直接照射在照射在 镀锌的镀锌的薄板上薄板上，激发出锌和铁的激发出锌和铁的特征特征X荧光荧光。X荧光荧光 经经正比计数管探测后得到正比计数管探测后得到Zn和和Fe的的能谱曲线能谱曲线，根据根据 谱线的谱线的峰面积大小峰面积大小求出锌层的顶部、底部及平均厚求出锌层的顶部、底部及平均厚 度。度。 74 美国EMC公司研制X-RAY在线测厚仪

27、核检测技术射线测厚仪 75 核检测技术矿石品位仪 矿石品位仪 (1)原理：采用电子对效应和散射光子联合测定方法。当铁原子 和高能射线发生相互作用时，产生电子对的几率远远大于 矿石中的其他元素，对湮没辐射和散射光子的混合谱进行分 析，就可得到铁的品位值。 (2)(2)用途：用途：用于矿石或矿粉输送过程 中铁品位的在线连续检测。 (3)(3)特点： 用电子对效应测量铁矿石( (或矿粉) ) 中铁的品位，不受矿石的颗粒度、 密度、疏松度、环境等外界因素的 影响。 76 核检测技术矿浆品位仪 矿浆品位仪 (1)原理：多能量吸收法， 选取合适的射线能量，使 测量不受矿石粒度、浓度 和成分变化的影响。 (

28、2)用途：铁矿石处理工 艺中原矿、精矿、尾矿液 流中的铁品位和沙石含量 的在线检测和控制； 77 核检测技术煤质及灰分测量 煤灰份是煤的品质的 重要指标。 现在通用的方法是化 学检验法，但化学检 验法存在着比较大的 滞后性，无法在线检 验，这样就给生产或 使用造成不可避免的 损失。 核技术应用及进展核技术应用及进展 78 核检测技术核测井 核技术应用及进展核技术应用及进展 79 核检测技术水份计 测水份 80 辐射工艺( (辐射加工) ) 食品保鲜： g辐照灭菌 辐射消毒： g辐照灭菌 辐射育种： g 辐照导致遗传基因变异。重 离子辐照 辐照治疗：放射性治疗 辐照交联：辐照活化 辐照降解：辐照

29、活化 电子脱硫、脱硝 辐射加固 核技术应用及进展核技术应用及进展 81 核技术应用及进展核技术应用及进展 82 核年代学( (同位素测年) ) 地质时代 考古 文物鉴定 核技术应用及进展核技术应用及进展 83 光刻与微加光刻与微加 工工 核技术的其它应用核技术的其它应用 辐射线 光刻微加工示意图 同步辐射光的准直性好、 强度高和衍射极小的优点， 大大缩小光刻线的线宽。 光刻： 掩膜 基底 抗蚀结构 显影 同步辐射已经可以制造 0.07mm的芯片。 抗蚀剂 核技术应用及进展核技术应用及进展 84 美国IBMIBM公司光刻线宽为0.250.25微米的芯片 核技术应用及进展核技术应用及进展 85微型

30、齿轮与蚂蚁 微型齿轮 高度: : 150m 直径: : 260m 超微加工： 上世纪80年代发展 了一种叫做LIGA的技术， 它可以制作微齿轮、微 马达、微泵、微照明灯 具、微传感器等。 这种微机械加工可 得到线条宽度为几个或 几十个微米、高度为几 十到几百微米的机件。 核技术应用及进展核技术应用及进展 86 核技术防伪核技术防伪 烟雾报警系统烟雾报警系统 核技术应用及进展核技术应用及进展 87 原子电池原子电池 美国最新研制的63Ni原子电池具有体积小（1mm3 以下）、使用寿命长，可不间断供电50年以上等特点 ，有望解决微电子机械系统（MEMS，尺度在1.0微米 1.0毫米 ）能源供应的难题。 微型63 63Ni Ni原子电池的研制成功将是能源研