作者:無名文章來源:河北省環保局網站點擊量:254更新時間:2005-10-26
在元素周期表中，壹種元素占據壹個位置。後來科學家進壹步發現，同壹種元素的原子並不完全相同，有的原子較重，有的原子較輕；有些原子非常穩定，不會發生變化，而有些原子具有放射性，會發生變化並衰變成為另壹種元素的原子。我們稱這些元素相同但性質不同的原子為同位素。有些同位素會發出射線，所以被稱為放射性同位素。放射性同位素有以下三個特點:
首先，它可以發出不同種類的射線。有的發出α射線，有的發出β射線，有的發出γ射線或者兩者同時發出。和中子射線。其中α射線是壹束帶正電荷的α粒子流，β射線是壹束帶負電荷的電子流。
第二，發射的射線由不同的原子核本身決定。比如鈷-60的原子核每次衰變都會放出三個粒子:壹個β粒子和兩個光子，鈷-60最終會變成穩定的鎳-60。
第三，它有壹定的壽命。人們將放射性同位素的原子核數減少到壹半所需要的時間稱為半衰期。例如，鈷-60的半衰期約為5年。
放射性同位素有三個主要來源:加速器中帶電粒子的產物、反應堆中中子轟擊的產物和分離的裂變產物。使用放射性同位素的主要優點是，可以通過測量它們發射的粒子並識別它們獨特的半衰期和輻射特性來檢測它們。放射性同位素廣泛應用於能源、工業、農業、醫療、環境、考古等諸多方面。
示蹤技術
示蹤法是引入少量放射性同位素，隨時觀察其去向的方法。例如，在肥料中加入少量放射性磷-32(半衰期為65，438+04.28天，β粒子發射65，438+0.7兆電子伏)，可以找到向植物施用磷肥的最佳方式。用探測器或照相膠片測量輻射隨時間的變化及其在植物體內的位置，可以獲得磷吸收速率和積累速率的準確數據。同樣，將無害的放射性鈉-24溶液(半衰期15.03小時)註入人體，可以用來示蹤人體血液循環。以醫學診斷為目的，希望引入足夠的放射性物質，提供所需數據，但放射性物質不能達到對人體有害的水平。
再比如，監測混有放射性同位素的流體的去向，可以確定很多物質的流速，比如人體內的血液、輸油管道內的油或者排入河流的汙水。示蹤技術還可用於分析農藥在生物體內的形態，研究農藥施用後的變化及其在生態系統中的運動規律。
關於光合作用基本產物的知識，直到二氧化碳-14(14CO2)被用作示蹤劑才為人所知。二氧化碳中的碳-14-14是碳的放射性同位素。此外，壹些植物有壹個非常聰明的功能——在晚上，它們不斷吸收二氧化碳，在白天，它們在葉子中進行光合作用。對二氧化碳-14的研究也發現了這壹現象。
示蹤劑二氧化碳-14也可用於研究植物呼吸的細節。比如由於晝夜的不同，植物的呼吸作用有什麽不同？呼吸作用對光合作用有什麽影響？不同植物的呼吸有什麽不同等等。
另外，光合作用產生的澱粉、蛋白質、脂肪等物質在植物體內是如何運動和轉移的？是如何在各種“倉庫”中積累和存放的？這些“倉庫”包括水果(如大米和小麥)、莖(如土豆)和根(如紅薯)。自然界所有這些巧妙的排列和行為，只有在使用了示蹤劑——二氧化碳——14進行研究之後，才能解釋清楚。目前除了碳-14，其他放射性同位素如磷-32、氫-3都可以作為示蹤劑，這樣壹些研究工作可以做得更細致壹些。
還有壹些工作，如除草劑的研究，家畜或雞飼料中營養物質轉運的研究，各種昆蟲生態方面的研究等。，這些都離不開示蹤劑的使用。正是由於示蹤技術的出現，為各種精密研究開辟了新的道路，促進了各方面研究工作的發展。
中子活化分析
活化分析是揭示微量雜質的存在和數量的分析方法。當用中子(如反應堆中子)照射可能含有某些微量元素的物質樣品時，不同原子核吃慢中子後產生的放射性同位素會發生完全不同的核衰變。通過測量它們發出的β或γ射線的獨特能量和強度，可以得到相關雜質的含量。即使是像灰塵那麽大的看不見的物質，放在反應堆裏輻照也能定量測定。
這種測定方法被廣泛使用。比如考察直升機噴灑農藥的分散效果。將農藥撒在稻田後，從不同部位收集稻苗，在反應器中進行輻照。活化分析後，可以測量微量農藥的放射性。以便知道附著在每個水稻秧苗上的農藥量。根據這些實測數據，可以繪制出農藥分散的分布圖。
為了調查工廠排放的煙塵或廢水造成的公害，活化分析往往是必不可少的。比如對大氣中的微量塵埃進行采樣，進行活化分析，可以獲得很多關於大氣的信息。比如塵埃中含有哪些元素？每個元素的內容是什麽？我們還可以找出環境汙染與不同汙染源之間的關系，如城市垃圾焚燒爐、各種鍋爐、鋼鐵廠的冶煉爐等等。此外，活化分析還可以研究煤煙或廢水是如何擴散的。
活化分析技術在檢測化學中的應用也非常有效。通常情況下，剛玩過手槍的罪犯，衣服的袖口和胸前總會附著壹些煙霧的痕跡。從嫌疑人的衣服上切下壹小塊，放入反應堆進行輻照活化分析。因此，煙霧中的各種微量元素，如銻和鋇，可以清楚地顯示出來。然後將這些數據與受害者身上測得的數據進行對比，就可以發現是否相同。這樣妳就能拿出罪犯意想不到的鐵證。
此外，犯罪分子留在犯罪現場的毛發也常通過活化分析進行調查。比如在汽車後備箱發現的毛發是否屬於受害者，可以通過活化分析來判斷。這裏不用舉拿破侖頭發的例子，因為原理是壹樣的。將收集的頭發放入反應器中進行輻照，進行活化分析，並測定其中的微量元素。根據這些測得的數據，我們可以判斷甲、乙或其他人是否與本案有關。
在法醫化學中，活化分析也可用於尋找興奮劑和麻醉藥品。通過對興奮劑的活化分析，確定代表各種合成方法特征的微量藥物，然後根據這些微量藥物的混合情況，可以鑒別出興奮劑的制造方法。再比如世界各地的大麻或鴉片等毒品，都含有鈰(ce)、鑭(La)、釹(nd)等不同的微量稀土元素。通過活化分析測定這些元素的含量，就可以知道這些藥物的來源。因此，我們可以找出毒品是否相同，與走私組織有什麽聯系等等。
此外，如果能配備中子發生器，放置在深海底部，就可以用來勘探海底物質；也可用於確定古代文物和考古史料如古錢或銅鏡。據說為了區分壹幅關於貓的畫是不是日本著名畫家富吉塔的傑作，使用了激活分析的方法。把畫放在反應堆裏進行輻照，很快就摘下了面具。因為分析結果顯示含銀量較多，證明這是壹件巧妙偽造的作品，是通過照片復制的。
導致物種變異
應用原子反應堆產生的熱中子或加速器產生的快中子，以及放射性同位素發出的射線，可以改變生物細胞中遺傳物質的結構，從而引起生物特性的各種突變。放射性同位素的這壹特性可以幫助我們:
1.輻射育種
隨著科技的發展，人們不再單純利用植物本身的自然變異，而是可以應用現代科學的成果，人工創造出新的變異類型。這種方法被稱為“人工突變”。壹般來說，人工突變誘發有利突變的概率是千分之壹，而自然發生突變的概率只有百萬分之壹。人工突變可以使突變率提高壹千倍。但到目前為止，人們還無法控制突變的方向。我們必須在各種變異後代中精心選擇，才能培育出符合我們期望的優良品種。這種利用輻射誘變選育良種的方法，稱為“輻射育種”。它是繼“系統選種”和“雜交育種”之後的壹種新的育種方法。
2.輻射害蟲控制
大量的輻射也會使壹些害蟲變異。比如螺旋蠅的幼蟲經過壹定量的輻射後會失去生育能力。然後，讓這些絕育的螺旋蠅與蟲害地區的螺旋蠅交配，這樣交配後的雌蠅就再也不會產卵繁殖了。這樣，大約壹年半以後，這種蒼蠅就可以滅絕了。這種對抗害蟲的方法被稱為“輻射絕育”，也叫“雄性不育”。
使用輻射致命性
1.食物保存
是利用放射性同位素或低能加速器對食品進行輻射處理，以達到長期保存食品的目的。輻射有壹些特殊的能力。它能量高，穿透物質的能力強。壹定劑量的輻射可以殺死寄生在食物表面和內部的微生物和害蟲。適當劑量的輻射可以抑制農畜產品的生命活動。這就從根本上消除了食物發黴變質的根源。
輻照保鮮是壹項迅速發展的食品保鮮新技術。結果表明，輻照食品對人體無不良影響，可供人們食用，安全可靠。
2.輻照滅菌
徹底消除放射性同位素發出的輻射是輻射致命性的最直接用途之壹。特別是，人們經常使用輻射來消毒醫療器械。如:手術中用於縫合傷口的縫線、腸壁縫線；壹次性註射器；插入支氣管的探針導管、手術用橡膠手套、采血用采血板、宮內節育環、人工腎熒光鏡等。，也使用輻射消毒技術。
輻射消毒在各國的應用也是多種多樣的。比如在印度，青黴素、四環素等藥物都是通過輻射滅菌進行消毒的。在俄羅斯，甚至還有塑料醫療用品、疫苗、血清等。，只有輻射滅菌法才是唯壹可靠適用的消毒方法。
此外，輻射殺菌也可用於汙水處理。通常，汙水采用“活性汙泥法”處理。產生的沈澱物和汙泥漿也非常令人討厭，需要進壹步處理。由於汙泥漿本身含有磷、氮等多種元素，可以作為優質肥料。另壹方面，人們也擔心汙泥中隱藏的各種細菌。因此，應該首先用鈷-60的γ射線對汙泥進行輻照和滅菌。
治愈癌癥
癌癥過去被認為是不治之癥，但現在情況發生了變化，人們可以早期診斷，輔以早期治療，從而大大增加了癌癥治愈的希望。根據醫學詞典，治療癌癥最有效的手段之壹是放療。對於內臟器官上的癌癥，以手術切除為主，輔以放射治療。然而，有些癌癥表面上看起來範圍很小，但可能隱藏著轉移性癌細胞；壹旦癌細胞殘留，即使少量也可能導致癌癥復發。所以手術的面積要大壹些，術後要做放療，殺死殘留的癌細胞，根除癌癥。
隨著放射治療的不斷發展，有許多癌癥病例通過放射治療比手術治療效果更好。而且，有些癌癥手術治療已經太晚了。對於這些病人，我們可以寄希望於放射治療。以前，不做手術就意味著絕望；顯然，今天的情況與過去大不相同。
近年來，使用加速器治療疾病取得了很大進展。因為加速器產生的射線具有相當高的能量和壹定的穿透能力。例如X射線、伽馬射線、電子束、質子束、中子束、介子束等。，可以透過人體皮膚和組織，到達腫瘤。壹般來說，中子照射對癌細胞的殺傷力最大。
為什麽放射療法可以用來治療癌癥？這是因為細胞分裂越活躍，其對輻射的耐受性就越弱。所以和癌細胞壹樣，不斷快速繁殖的不可控組織，在射線照射下，對它的殺傷力特別大。這是放射治療的目標，也是人們所希望的。當然，正常細胞如果受到大劑量的輻射也會受到損傷。但只要對準癌細胞的巢，用中等輻射劑量適當照射，只能殺死癌細胞，對周圍正常組織不造成或少造成損傷。
考古應用
太空壹直在不斷地向我們的地球發射各種射線，這些射線被稱為宇宙射線。其中壹種射線叫做中子射線。這些中子與大氣中的氮原子核碰撞，產生質子。同時產生壹種新的核素——碳-l4，它是碳原子的放射性同位素。因此，地球大氣中碳-l4的含量不斷增加。
但是，如前所述，放射性同位素有壹定的壽命，它們會不斷發生放射性衰變。碳-l4的半衰期是5568年。也就是說，每5568年，碳-l4的含量註定會減少壹半。就這樣，碳-l4不斷產生，同時死亡。結果，大氣中的放射性碳-l4濃度達到壹定的平衡值。
眾所周知，地球上的植物為了不斷地同化、生長和繁殖，不得不吸收二氧化碳形式的碳。地球上的動物靠吃植物為生。因此，毫無疑問，在地球上生長的動植物所含的碳元素中，放射性碳-l4的濃度也必須達到壹定的平衡值。通過測定可知，地球生物體內碳-l4的濃度為16ppm。也就是說，每噸普通碳元素所含的碳-14是16g。
但是，當動植物死亡時，體內的碳-l4濃度會發生變化。因為它與外界完全隔絕，不會再吸入二氧化碳氣體，所以不會再加入新的碳-14。相反，從此以後，碳-14在生物體內的原始濃度會按照5568的半衰期減少壹半壹半。也就是說，此時“歷史時鐘”的計時器已經設定好了。這樣，通過測量碳-l4的濃度，可以進行各種測量。例如，古代木材、人類遺骸、動植物化石或煤的年代測定等等。另外，火山爆發、大地震或山洪爆發等古代的大地質變化都發生在什麽時候？我們只需要找到當時埋樹的遺跡，通過類似的判定就可以得出準確的結論。由於碳-l4的半衰期為5568年，因此上述方法適用於測量500年前至30000年的時期。比如中國的樓蘭女屍和羅布泊紙斷代就用碳-l4。由此可見，碳-l4是測定人類歷史的完美時鐘。
保安人員
1.離子煙霧報警器
壹個小火苗，因為沒有及早發現，引發了壹場大火，燒毀了房屋的財產，造成了人身傷亡。多年來，人們壹直在尋找火災報警方法，以求將災難發現在萌芽狀態。人們利用火焰燃燒的各種特性，發明了各種火災報警裝置。比如光敏報警儀，就是利用火焰中太陽光所不含的某種紫外線波長制成的；利用火焰燃燒提高環境溫度的感溫報警器；由可見煙霧顆粒制成的光電感煙探測器可以阻擋光線。
但是如何檢測看不見的煙霧顆粒來達到預警的目的呢？這將取決於放射性同位素。
放射性同位素的原子核可以在沒有外力作用的情況下自發衰變，成為另壹種原子核，同時發出α、β或γ射線。前兩種射線帶電荷，能量高，所以當它們從放射性同位素的原子核中發出，穿透空氣時，可以將空氣電離成正負離子，逐漸消耗自身的能量。
當煙霧進入電離空間時，部分離子被吸附，明顯減緩了離子遷移速度。因此，可以制造離子煙霧探測器。離子感煙探測器與控制電器配合構成火災自動報警儀。由於其靈敏可靠、成本低廉，國內外已大量生產各種類型的離子煙霧報警器，廣泛應用於賓館、倉庫、圖書館、通信中心、電視臺、船舶甚至家庭，成為火災報警應用最廣泛的儀器。特別是隨著高層建築的發展，對消防設計提出了更高的要求。現在的離子感煙探測器和其他原理制作的各種火災探測器，都可以和計算機系統連接，不僅可以自動報警，還可以自動滅火，自動切斷空調系統，控制電梯層站。
由於離子感煙探測器感測對象是含有微小顆粒的煙霧，所以它不僅可以用於火災報警，還可以用於各種可能產生煙霧的災害，例如，它可以用作壹些有毒氣體的檢測和報警裝置。
2.放射性同位素避雷針
閃電是天空中的壹種放電現象，它的瞬時能量非常大。閃電擊中的地方，碰到的樹和房子都會燃起熊熊大火，就像打中了炸彈壹樣。如何避免雷擊？
誰都愛走捷徑，電也是。走阻力最小的路。避雷針是壹種金屬桿，豎立在建築物的最高處，與地面相通。桿的上端是尖的，尖端容易放電，形成壹個低阻力的通路。雲中的電荷可以通過避雷針進入地下，建築物可以免受雷擊。
放射性同位素避雷針的防雷原理與普通避雷針相同。不同的是，前者依靠放射性同位素發出的輻射電離避雷針附近的大量空氣，主動打開與雲中電荷相連的電通路；普通避雷針的尖端只能產生少量的離子。
放射性同位素避雷針產生的電離電流比普通避雷針高10000倍以上，加速裝置的功能可以提高很多。它能盡早放電，使保護區內沒有雷電。它還可以降低保護區外的電位。保障範圍也大很多。用作避雷針
同位素避雷針上的放射源多為鎇-241放射源，發出α射線，電離能力強。針上的放射性物質是嚴格密封的，它發出的輻射作用距離短，對建築物下的人沒有傷害，絕對安全。
綜上所述，核技術對社會生活的多層次、全方位滲透，具有極其豐富的內涵和外延。毫不誇張地說，現代核技術將和電子技術、材料技術壹樣，隨著現代化建設的飛速發展，成為人類生活不可分割的壹部分。
(摘自河北省環保局網站:放射性同位素與輻射技術應用領域簡介)