放射性同位素工业应用

1、放射性同位素应用放射性同位素能自发产生对物质具有穿透能力的a射线、。射线、y射线或中子射线，制备主 要方式为核反应堆生产的丰中子同位素、带电粒子加速器生产多为贫中子的同位素和从核燃料后处 理料液中分离提取裂片同位素。放射性同位素技术已经广泛应用于国民经济的许多领域，在工业、 农业、医学、资源环境、军事科研诸多领域的应用已获得了显着的经济效益、社会效益、环境效益， 是核能利用的一个重要方面。1、放射性同位素在工业上的应用同位素监控和分析仪表放射性同位素放出的射线作为一种信息源可取得工业过程中的非电参数和其它信息。根据这一 原理制作的各种同位素监控仪表，如料位计、密度计、测厚仪、核子秤、水分计、Y

2、射线探伤机、 集装箱检测和离子感烟火灾报警器等可用来监控生产流程，实现无损检测，成分分析，以及探知火 情等。工业同位素示踪放射性同位素的探测灵敏度极高，这是常规的化学分析无法比拟的。利用微量同位素动态追踪 物质的运动规律是放射性示踪不可替代的优势。目前，这一技术已广泛用于石油、化工、冶金、水 利水文等部门，并取得显着的经济效益。同位素电池放射性同位素在进行核衰变时释放的能量，可以用作制造特种电一一同位素电池。这种电池 是目前人类进行深空探索唯一可用的能源。其特点是不需外界能源，小巧紧凑，使用寿命长。辐射加工方面辐射加工是利用射线电离辐射作为一种先进的手段对物质和材料进行加工处理的一门技术。这

3、种加工方式目前已在交联线缆、热缩材料、表面固化、医疗用品消毒以及食品辐照保藏等领域取得 显着成效，形成产业规模。2、放射性同位素技术在医学应用方面，由于核技术在医学上的应用和发展，使得人们的眼界更进 一步由细胞水平进入到分子水平，通过放射性同位素的示踪技术，可以在生理情况下，从分子水平 动态地研究集体内各种物质的代谢变化，细致地揭示体内及细胞内代谢的内幕，这是迄今为止其它 技术仍还难以实现的。放射源放射性同位素应用于工业上的控制、测量、标定、示踪、消毒、摄影等，已有相当久的历史。 以放射性同位素为放射源，其各种用途，依放射性同位素的半生期长短、辐射型式和最大能量而定。 表一所列是工业上常用的放

4、射性同位素，依其辐射型式而分类。故容易侦测。放射性同位素应用于工业上，依工业上所需选择辐射型式、半生期、最大能量各 不同的核种。利用放射性同位素不同的能量、辐射型式、半生期，及对物质的效应不同，且微量的 放射性同位素即具有足够侦测的辐射，故能作为示踪剂。今就辐射型式不同的放射性同位素在工业 上应用的实例，详述放射计测、放射摄影、放射示踪、放射处理和中子应用等。a射线的应用由于放射性同位素的a辐射射程很短，故单独使用的机会甚少；实际上，常用于工业上的a放 射源是当作中子源，即为a粒子中子源，通常工业上使用的a粒子中子源有针-210加铍、铳-239加铍、蠲-241加铍。a粒子中子源所产 生的中子是

5、能量高达0.5MeV以上的快中子，经缓速后始成为能量约0.025电子伏的热中子。氢原子对快中子的减速，本较其它原子大，所以能将快中子缓速为热中子；因此当侦测热中子 数目大量增加时，则表示氢原子增加，反之，则表示氢原子减少。因为中子电中性，不能直接以游 离作用侦测，故以中子之核反应所产生的Y射线或荷电粒子作间接侦测；通常侦测热中子的中子计 数器，有BF3比例计数器和覆硼比例计数器。中油公司曾以此法探勘油矿矿苗，因为石油主要为碳氢化合物。土木工程或建筑工业亦可以此 法探测土壤中或土表的水量，因为水中含有氢原子。图一所示为油矿矿苗探勘简图。射线的应用工业上应用，系指将P射线作为测量的仪器，称为P规。

6、规的基本原理，是利用P射线穿过薄 物时或经薄物反射时，其穿透率或反射率的衰减，以测定薄物的厚度、密度。P规有透射和反射两种型式，两者均不需与被检物接触，以盖氏计数器或游离腔来侦测P射线。 图二所示为P规的基本线路图。目前工业上应用P规来测定质量、密度、厚度，是一种相当有效的 工具，如金属薄片、人造皮革、塑料平板、制纸业、雪茄香烟等。在烟草工业，常以锶-90加钇-90和游离腔两组作为自动生产的控制，因其中一组读出标准雪茄 或香烟的密度，以控制另一组计测出装填中雪茄或香烟的密度。在纺织工业，常以铊204和游离腔 测定棉纱密度。表二所列是锶-90加钇-900规对铝等九种物质可测厚度范围。图三所示是应

7、用P规 于烟草工业上。图三的情形亦可使用于塑料工业上，作为塑料带的展开平面宽度控制，如图四所示。 图四中将0放射源置于塑料带上方，两组。放射源的活性一样，塑料带下方置放0规，其中0规的 游离腔或盖氏计数器被塑料带挡住一半，当两组相同0规有不同的读数时，即表示塑料带的宽度改 变。此法曾应用于厚度30微米，宽度245毫米，生产速度12.4公尺/分，宽度变化控制在0.5毫 米以内的塑料带之自动生产控制。0规可以用来测定纸、塑料、橡胶或较薄物质的厚度，尤其在大量生产时以自动控制方式睁规 作业，其误差远较其它生产方式为低，如表三所示。铝箔或洋铁皮的自动生产，是以0规作成分类机，以取舍是否合于规格（包括厚

8、度、密度）的 铝箔或洋铁皮。如图五所示，洋铁皮在压轧后，经分类机的自动生产情形。利用辐射的回散射，可测定镀在某物质上不同物质的厚度，亦可从适当的一边作测量。0粒子辐 射时，因碰及位于其后方之物质而发生散射的现象，亦即回散射的散射角大于90。以回散射法可 以测定油漆厚度、电镀材料厚度、底材上面被覆或被涂材料厚度等。如图六所示以氪850放射性同 位素测定锌被覆于铁皮上的厚度，0规仍使用游离腔，Y射线的应用Y射线又称为Y光子，为电磁波的一部分。通常工业上侦测Y射线是使用盖氏计数器，至于较复 杂的侦测是使用伽玛能谱仪、伽玛计数系统或其它侦检仪器。放射性同位素所放射的Y射线，在其衰变过程中须先放射a或0

9、粒子，如图七所示。艳-137、钻-60常用以测定金属厚度。台铝公司高雄厂就有一部钻-60铝锭厚度测定仪的自动辗 轧机，以自动控制高温铝锭辗压过程。制糖工业亦有使用艳-137为输送带上甘蔗渣重量的自动控制。 此外，使用钻-60、艳-137为物质密度测定的密度仪，乃利用y射线碰撞物质所生散射现象，以盖 氏计数器测量散射的强度，来决定欲测物质密度；钻-60、艳-137亦可使用于挖泥工程中，以测定 输泥管内的流量、高度，甚而用以测定采矿工程中的输送矿沙管内的含泥土量。炼钢、炼铝或炼铜厂中，欲测定熔炉内液面高度，可利用钻60和盖氏计数器置于熔炉两端或两 边。台铝公司铝氧厂曾将钻-60和盖氏计数器置于熔炉

10、直径两边，用以测定液面高度，因为当液面 未达此高度时，钻-60的y射线未被液体吸收而使盖氏计数器的记数很高。而当液面达此高度时，y 射线被液体吸收致使记数很低，如此即可测定液面高度。Y放射性同位素在工业上的应用，亦可藉y射线对不同物质的不同穿透能力，而在胶片上形成清 晰影像，此法称为放射照相或放射线摄影术。放射线摄影是非破坏性检验法的一种，其优点是不需 要破坏被检验物质而能检验物质内部构造，判定是否有缺陷或焊接不良等。y射线的放射线摄影术 较X射线放射线摄影术使用的机会多，因为y射线的放射线摄影装备价廉、体积小、可携带、毋需 电源又不产生热且维护费低；惟需对y放射性同位素做活性校正。Y射线透过

11、物质，因密度、厚度和种类不同，使胶片产生黑白不同影像。如密度高者，吸收较多 Y射线使胶片呈现较白区域，又如密度低者或有缺陷、裂痕、漏洞，吸收较少Y射线使胶片呈现较 黑区域。通常较厚或密度较高物质，如钢铁、铅块或较重金属的放射性摄影，则采用Y射线能量较 高者的Y放射性同位素，如钻-60、艳-137、铱-192和镭-226。对较薄物质或密度较低物质，如铝、 锡或较轻金属，因高能量的Y射线不易检验出微细缺陷，故为使胶片产生较清晰影像而采用能量较 低的Y放射性同位素，如铱-192和铥-170，如表四所列。台电公司核能一厂的非破坏性检验施工品 质，是以铱-192为射源的放射线摄影。放射线处理，在食品工业

12、上是作为辐射保存食物。利用钻-60y放射线对食品作常温杀菌、消灭 谷物害虫等，各国均研究多年。根据1976年9月世界农粮组织、国际原子能总署和世界卫生组织 三机构在日内瓦的会议结果指出：同意对马铃薯、小麦、鸡肉、木瓜、草莓等食物作辐射保存，亦 即上述食物经放射线处理后可食用。至于辐射保存米、鱼肉、洋葱则暂表同意。经济部工业技术研究院联合工业研究所于民国六十二年完成了一座十万居里钻-60的木塑材照 射工厂，是属于大规模Y射线的放射线处理，以结合低级木材和液态塑料单体而形成木材塑料结 合体，使其吸水量低、机械力强、硬度大且稳定不变形甚而不怕白蚁蛀食。此外，原子能委员会 核能研究所新设立的钻-60照

13、射工厂，作为医药用品消毒和食物保存之用，亦属于大规模的放射线 处理。结语工业上应用放射性同位素，有下列三种特性：物质影响放射线强度，放射线能改变物质结构和 以微量的放射性同位素为示踪剂。依这三种特性，使放射性同位素配合适当的侦测仪器来作物质的 厚度、密度、种类的测定和其它工业上的广泛用途，如质量管理等。最后尚值得一提的是，工业上使用放射性同位素之安全防护的问题。由于工业上的用途繁多， 使用放射性同位素的种类、能量、强度也因而不同，所以尚无一定防护规则可循，但以保健物理的 立场建议：为求辐射防护安全起见，须加强操作人员的训练，使用时加以辐射防护，如尽量不接近 放射源，减少受辐射暴露的时间和添加适

14、当的屏蔽。总之，放射性同位素已经广泛地应用于工业上， 对促进工业生产贡献颇大，在辐射防护方面仍必须注意，以达到保护操作人员的安全。放射性同位素在工业上的应用同位素在农业上的应用辐射育种辐射育种，是利用Y射线等射线诱发作物基因突变，获得有价值的新突变体，从而育成优良品种。 我国辐射突变育种的成就突出育成的新品种占世界总数的四分之一。特别是粮、棉、油等作物的推 广，取得了显着的增产效果。示踪技术方面同位素示踪在农业中的应用主要是从事肥料与农药的效用和机理、有害物质的分解与残留探测、 畜牧兽医研究以及农用水利方面检查测定堤坝、水库的泄漏等。另外还可以用于生物固氮、家畜疾 病诊断及其妊娠预测等方面的研

15、究。昆虫辐射不育昆虫受到电离辐射照射可使昆虫丧失生殖能力，从而降低害虫的数量，进一步达到防治甚至根除 害虫的目的。昆虫辐射不育是一种先进的生物防治方法，不存在农药的环境污染问题。国外使用该 技术在大面积根除地中海果蝇以及抑制非洲彩蝇方面取得了重大成果。而我国用此法对玉米螟、小 菜蛾、柑桔大实蝇等害虫的辐射不育研究，也取得了较好的防治效果。食品辐照保藏食品辐照保藏，就是利用电离辐射对食品进行照射，以抑制发芽、杀虫灭菌、延长货架期和检疫 处理等，从而达到保存食品的目的。经辐照彻底灭菌的食品是宇航员和特种病人最为理想的食品。 目前，国外食品辐照已作为预防食源性疾病和开展国际农产品检疫的一种有效手段。核医学诊断与癌症放射性治疗核医学诊断是根据放射性示踪原理对患者进行疾病检查的一种诊断方式。在临床上可分为体内诊 断和体外诊断。体内诊断是将放射性药物引入体内，用仪器进行脏器显像