核物理科普系列九

随着核能和核科学的发展,放射性同位素在医疗卫生、工农业生产、科学研究和国防建设等各个领域的应用越来越广泛,与广大人民的衣食住行密切相关,在国家的现代化建设中发挥了重要作用。

一、放射性同位素在医学上的应用

放射性同位素在医学上的应用已有半个多世纪的历史,主要应用于疾病诊断治疗、放射性免疫分析等;

使用的放射性核素主要有99mTc、131I、125I、60Co、137Cs、90Sr、153Sm、18F、192Ir、241Am等。

1.放射性药物影像诊断

根据患者的病症、部位及诊断项目,将一定剂量的某种放射性同位素注入或食入体内,进行病灶器官的扫描或照相,确定病灶部位及大小;

目前用于脏器显像进行扫描的主要项目有甲状腺、肝、脑、肺、脾、肾、心脏、胰腺等;

常用的诊断设备有γ照相机、单光子发射计算机断层扫描装置(SPECT)和正电子发射计算机断层扫描装置(PET)以及骨密度仪。

2.放射源治疗

辐射对肿瘤、某些眼疾和皮肤病的治疗效果十分明显;

密封源、加速器和X射线机产生的辐射均可用于临床治疗;

由于密封源具有设备简单、使用灵活、操作方便等优点,所以在辐射治疗中应用最广;

按照照射方式可将密封源治疗分为近距离治疗和远距离治疗两类;

近距离治疗分为表浅治疗和腔内治疗;

表浅治疗一般利用β放射源制成敷贴器贴在患部,治疗血管瘤、皮炎等皮肤及眼疾病;其中以90Sr-90Y用得最多,90Sr的活度可达3.7GBq。

腔内治疗:又称后装机,其采用遥控操作,将放射源送入腔内的一种近距离治疗装置;病人可在屏蔽得很好的治疗室内源为遥控操作,工作人员几乎可不受照射,一般使用192Ir。

远距离治疗:用强γ或β射线照射肿瘤组织,达到治疗目的;其主要由机头、机架、准直器、治疗床和控制台组成;机头是γ放射源的储存和照射部分,准直器与机头相连,起限制射线束的作用;常用60Co、或137Cs强γ放射源。

3.体外放射免疫分析

体外放射免疫分析技术:在当前医学临床诊断中,同位素标记技术与抗原、抗体反应的特异性相结合的检测方式;

这种分析方法具有精度高、灵敏、特异性强、检测迅速、应用广泛等特点;用于测定体内各种微量生物活性物质,如激素、蛋白质、抗原、抗体和维生素等;

主要应用的放射性同位素为125I和32P,临床大多数采用125I标记抗原;进行放射免疫分析需要具备放射性核素标记抗原、抗原标准品、特异抗体、稀释液、分离剂和放射性测量仪器;

生产厂家将放射性标记物、标记抗原、抗体、稀释液、分离液、分离剂组装成试剂盒,通常称为放免分析试剂盒或放免药盒。

二、放射性同位素在工业上的应用

各种检测、控制、计量、分析核仪表(如测厚计、料位计、核子秤、核子湿密度仪等):利用放射性同位素发出的各种射线与物质相互作用的各种效应;

地质探矿:利用射线与不同物质相互作用的差别;

辐射改性:利用辐射接枝、交联的方法对高分子材料进行辐射改性;

工业射线探伤机:利用射线具有穿透性的特点。

1.核仪表

利用射线与物质相互作用的特点可制成各种用途的核仪表;

它们具有简单、快速、不接触被测介质、不破坏测量对象等优点;

广泛用于检测密闭容器内介质的物位;控制连续生产过程中塑料、纸张、金属板等的厚度;测量焦炭、沥青、混凝土、土壤等湿度和密度等;

核仪表主要包括放射源、辐射探测器和电子测量装置等;通常将放射源装在防护容器内,利用定向射线束工作。

核子秤:是根据γ射线与物质相互作用原理制造的一种新型计量设备,其主要由γ射线输出器、γ射线探测器、速度测量装置和工控微机组成。其使用的放射性核素主要是137Cs,活度在1.1E9Bq至4.8E9;核子秤性能稳定、工作可靠、结构简单、安装维修方便、动态测量精度较高、非接触式测量、可在高温高粉尘环境下工作上。因此广泛应用于水泥、煤炭、化肥、化工、矿山冶金、电力、盐业和港口等行业的在线计量与控制。

料位计:利用γ射线通过介质后被吸收减弱的程序不同对各种形态物料的位置进行非接触无损检测式核仪表。它具有安装简单、指示可靠、仪器本身坚固耐用并易实现生产过程自动控制。主要由放射源、探头、前置放大器和主机组成。有单点式、双点式(上、下料位)和连续料位多种形式。常用的源为60Co和137Cs。

测厚仪:用于测定纸张、胶片、塑料、金属薄膜等的厚度。使用的放射源常为β射线源和γ射线源。

核子湿度密度仪:用于快速、准确地测量各种土、沥青混凝土等建筑材料的密度和含水量,还可测量铁路和公路路基的湿密度。其内装有两个放射源,一个是137Csγ放射源,活度为370MBq用于测量密度;另一个是Am-Be中子源,活度为1.85GBq,用于测量水份。(γ射线的吸收和中子的慢化)。

2.放射性测井

利用γ射线和中子与钻井周围岩石和井内介质发生作用,研究钻井剖面的特性,寻找有用矿藏及研究油井工程质量的一种矿场地球物理方法。

根据使用射线的不同可分为γ射线测井和中子测井;

其使用的放射源为137Csγ放射源和Am-Be中子源。

3.γ射线照相(探伤)机

利用放射性同位素发出的射线具有穿透性这一特性,来检验大型铸件或管道焊接的质量;

其一般由工作容器、挠性源导管、遥控器和其他附件组成;

其常用的γ放射源为60Co、137Cs、192Ir等。

4.其他应用

利用放射性同位素放射的射线,使一种高分子化合物与另一种高分子化合物的单体通过辐射接枝交联技术进行改性,得到一种新的高分子化合物;

放射性静电消除器:利用放射性同位素210Po、238Pu等制作;它是利用放射性同位素发出的α射线使空气电离,中和静电而达到消除静电的目的;

火灾报警器:使用241Am烟雾探测器,当有烟雾时使用241Am发射的α粒子的电离减弱,并发出报警信号。

三、放射性同位素在农业上的应用

利用辐射育种提高产量;

农副产品进行辐照保鲜,延长食用期;

农药、化肥的放射性同位素标记、示踪;

花卉新品种的培植等;

刺激生物体生长。

四、放射性同位素在食品加工中的应用

灭菌保鲜:对一些不宜用化学灭菌、加热灭菌或必须保证外观的食品,最适宜用辐照灭菌的方法。例如辐照过的酒可以提高醇香度,相当于放置几年或几十年;辐照过的猪肉,保鲜期延长而味道不变。