色彩纷呈的核技术

第五节　色彩纷呈的核技术

核物理的发展不仅为人类提供了新的能源——核电，而且还提供了种类繁多的同位素与辐射技术（也称核技术）。核技术是指利用原子核发出的射线以及加速器产生的粒子和射线，与物质相互作用来研究物质的技术，是现代重要的技术之一。

目前，核技术已广泛应用于工业、农业、医学、资源、环境、公共安全、科研等诸多领域，并取得了显著的经济和社会效益，可以说，核技术已经成为人类的朋友。

核技术的医学诊断和治疗

核技术最初的应用是在医学领域，至今已形成了一门新学科——核医学。核医学已经成为诊断和治疗心脏病、脑病，癌症等疾病的最佳手段之一。

目前我国有1000多家医院应用了核医学技术进行临床诊断与治疗。

1.放射性诊断

放射性的临床诊断是利用放射性核素作示踪剂，通过核仪器观察示踪剂在人体脏器中的分布、强度情况和动态变化来诊断脏器是否有病变并确定病变位置。

利用放射性核素或其标记化合物可以作体内功能检查，也可以作体外微量分析。如甲状腺有摄取或浓集131I的功能，它的摄取速度和摄取量与甲状腺功能状态有关。口服131I－碘化物，在24h后，用核探测器在颈部甲状腺部位测量其摄取碘－131的情况，可以判断甲状腺功能状态。

放射性核素显像技术是放射性诊断非常重要的手段。目前，核磁共振成像技术、正电子发射计算机断层显像、γ照相机和单光子发射型计算机断层显像等都是先进的显像技术，已成为医院的高级诊断手段。下面简单介绍前两种。

核磁共振成像技术是继CT（电子计算机断层扫描）后医学影像学的又一重大进步。核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的，是原子核的磁矩在满足一定条件的磁场作用下所发生的共振吸收现象。

核磁共振成像对组织内水变化最为敏感，是显示神经组织病变最理想的影像学检查，其成像的基本原理是：将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量以电磁辐射释放出来，被体外的接受器收录，将生物组织的氢原子核密度分布、弛豫时问、流动效应等参数接收转换，通过电子计算机的处理，最后形成图像，做出诊断。它比CT能更灵敏地分辨出正常或异常的组织，对肿瘤的早期检测及鉴别有很大的帮助。核磁共振技术不但应用于医学诊断成像，而且广泛应用于科学研究，其核磁共振波谱已成为物质结构分析的重要手段。

正电子发射计算机断层显像是利用加速器生产的超短半衰期同位素，如¹⁸F、¹³N、¹⁵O、¹¹C等作为示踪剂注人人体，参与体内的生理代谢过程。

这些超短半衰期同位素是组成人体的主要元素，利用它们发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对γ光子，被晶体探头所探测，得到高分辨率、高清晰度的活体断层图像，以显示人脑、心、全身其他器官及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。

它是目前进行人体功能显像的最先进的医学影像技术，对脑肿瘤、癫痫、痴呆、帕金森病、抑郁症、脑血管疾病及神经性疾病等的诊断、疗效观察具有独特的作用。

2.放射性治疗

现在利用放射性核素的治疗方法和治疗项目也很多。放射性治疗就是利用射线直接与病体组织相互作用，杀死病体组织或细胞。我们所熟知的放疗就是利用钴60的高能量7射线来治疗肿瘤。现在我们所说的γ刀也是指用γ射线作为“手术刀”来“切除”人体脑部肿瘤的，它的优点是无手术创伤，安全、方便、可靠，对病灶周围的脑组织的损伤非常小（通过厚层铅板屏蔽保护正常组织）。

目前，中子治疗癌症也在临床应用，锎中子放疗法已被各国专家定为21世纪的放射疗法。它是利用特制的施源器将核素锎－252的裂变中子源送入人体或肿瘤组织处进行近距离照射，放射反应轻，且能够彻底杀死癌细胞。

二、核技术的工业应用

核技术已广泛应用于工业领域的的各个方面。利用放射性同位素的踪迹很容易被测出来的特点，在被检物中加入少量的放射性同位素作为示踪原子，可以显示被检物的动态过程及效果。如：在给水工程中应用示踪原子检漏，在水文地质勘探中利用放射性同位素作指示剂来确定地下水的运动方向和流速。

同位素射线容易被物质吸收，将它作为一种信息源可以取得工业过程中的非电参数和其他信息。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、厚度计和核子秤、离子感烟火灾报警器等已广泛用来监控生产流程，改变了传统的探测、检测方法。另外，利用核射线的穿透性，可用来检查机械零件内部的缺陷，利用射线的电离本领可用来消除有害的静电积累等。

核技术在工业领域的另一个方面的应用就是辐射加工。它是利用电离辐射对物质和材料进行加工处理的技术，目前已在交联电缆、热缩材料、橡胶硫化、泡沫塑料、表面固化等方面取得显著成效。如用高分子材料制成的聚乙烯电缆，在射线照射下会发生很强的交联接枝反应，与普通电缆相比，阻燃性、载流量、绝缘性能和使用寿命都显著提高，这种电缆已广泛应用于机场等照明。

三、核技术的农业应用

我国应用核技术在农业方面取得的成绩堪称世界第一。核技术大大深化了绿色革命，成为改造传统农业、促进农业现代化的重要手段。在灭虫杀菌、食品保鲜和水利工程等方面核技术都做出了重要贡献。如经过辐照后的马铃薯、洋葱、大蒜在常温下可以抑制发芽且保藏8个月之久。

世界卫生组织已经确认，经过辐射处理的食品是无毒无害的，可以食用。另外我国在辐射育种方面取得的成绩居世界各国之首。利用辐射技术培育成几百个优良突变品种，其中山东鲁棉一号曾获国家发明特等奖。利用辐射育种技术，我国农业取得了增产增效的巨大成绩。

核技术在我国的环境治理中也功不可没。应用电子束照射的方法可以有效地处理燃煤烟气的脱硫、脱硝，处理污水污泥等。核能主要用于发电，而利用核能还能淡化海水，这是近年来的研究热点。在日本和哈萨克斯坦已有核能海水淡化厂，为厂区和居民区供水。