同位素及應用

2007/2/3 14:19:00

一、同位素概念

在元素周期表中，一個元素占一個位置。但同一位元素的原子并不完全一樣，有的原子重些，有的原子輕些；有的原子很穩定，不會變，有的原子有放射性，會變化，衰變后成了另一種元素的原子。我們把這些處于同一位的元素但有不同性質的原子稱為同位   素。同位素中有的會放出射線，因此稱放射性同位素。

二、放射性同位素特性

放射性同位素具有以下三個特性：

第一，能放出各種不同的射線。有的放出α射線，有的放出β射線，有的放出γ射線或者同時放出其中的兩種射線。還有中子射線。其中，α射線是一束α粒子流，帶正電荷，β射線就是電子流，帶有負電荷。

第二，放出的射線由不同原子核本身決定。例如鈷－60原子核每次發生衰變時，都要放射出三個粒子：一個β粒子和兩個光子，鈷－60最終變成了穩定的鎳－60。

第三，具有一定的壽命。人們將開始存在的放射性同位素的原子核數目減少到一半時所需的時間，稱為半衰期。例如鈷－60的半衰期大約是5年。

三、放射性同位素的制備

放射性同位素的制備是同位素與輻射技術應用的物質基礎。目前人工放射性同位素制備大體有三種方法：在核反應堆中生產，用于制備豐中子同位素，簡稱堆照同位素；用帶電粒子加速器制備，多用于貧中子同位素生產，簡稱加速器同位素；從核燃料后處理料液中分離提取同位素，這種同位素通常稱為裂片同位素。

四、同位素的應用

放射性同位素的應用是核能利用的一個重要方面。  

1. 放射性同位素在工業上的應用

工業同位素示蹤

放射性同位素的探測靈敏度極高，這是常規的化學分析無法比擬的。利用微量同位素動態追蹤物質的運動規律是放射性示蹤不可替代的優勢。目前，這一技術已廣泛用于石油、化工、冶金、水利水文等部門，并取得顯著的經濟效益。

同位素電池

放射性同位素在進行核衰變時釋放的能量，可以用作制造特種電源——同位素電池。這種電池是目前人類進行深空探索唯一可用的能源。空間同位素電池（如钚-238電池）的特點是：不需對太陽定向，小巧緊湊，使用壽命長。

同位素監控儀表

放射性同位素放出的射線作為一種信息源可取得工業過程中的非電參數和其他信息。根據這一原理制作的各種同位素監控儀表，如料位計、密度計、測厚儀、核子秤、水分計、γ射線探傷機和離子感煙火災報警器等可用來監控生產流程，實現無損檢測，以及探知火情等。

輻射加工方面

輻射加工是利用電離輻射作為一種先進的手段對物質和材料進行加工處理的一門技術。這種加工方式目前已在交聯線纜、熱縮材料、橡膠硫化、泡沫塑料、表面固化、中子嬗變摻雜單晶硅、醫療用品消毒、食品輻照保藏以及廢水、廢氣處理等領域取得顯著成效，形成產業規模。

2. 同位素在農業上的應用

輻射育種

輻射育種，是利用γ射線等射線誘發作物基因突變，獲得有價值的新突變體，從而育成優良品種。我國輻射突變育種的成就突出育成的新品種占世界總數的四分之一。特別是糧、棉、油等作物的推廣，取得了顯著的增產效果。

示蹤技術

同位素示蹤在農業中的應用主要是從事肥料與農藥的效用和機理、有害物質的分解與殘留探測、畜牧獸醫研究以及農用水利方面檢查測定堤壩、水庫的泄漏等。另外還可以用于生物固氮、家畜疾病診斷及其妊娠預測等方面的研究。

昆蟲輻射不育

昆蟲受到電離輻射照射可使昆蟲喪失生殖能力，從而降低害蟲的數量，進一步達到防治甚至根除害蟲的目的。昆蟲輻射不育是一種先進的生物防治方法，不存在農藥的環境污染問題。國外使用該技術在大面積根除地中海果蠅以及抑制非洲彩蠅方面取得了重大成果。而我國用此法對玉米螟、小菜蛾、柑桔大實蠅等害蟲的輻射不育研究，也取得了較好的防治效果。

食品輻照保藏

食品輻照保藏，就是利用電離輻射對食品進行照射，以抑制發芽、殺蟲滅菌、延長貨架期和檢疫處理等，從而達到保存食品的目的。經輻照徹底滅菌的食品是宇航員和特種病人最為理想的食品。目前，國外食品輻照已作為預防食源性疾病和開展國際農產品檢疫的一種有效手段。

3. 同位素在醫學上的應用

核醫學診斷與癌癥放射性治療

核醫學診斷是根據放射性示蹤原理對患者進行疾病檢查的一種診斷方式。在臨床上可分為體內診斷和體外診斷。體內診斷是將放射性藥物引入體內，用儀器進行臟器顯像或功能測定。體外診斷是采用放射免疫分析方法，在體外對患者體液中生物活性物質進行微量分析。我國每年約有數千萬人次進行這種核醫學診斷。

電離輻射具有殺滅癌細胞的能力。目前，放射治療是癌癥治療三大有效手段之一，70%以上癌癥患者都需要采用放射治療。放射治療可分為外部遠距離照射、腔內后裝近程照射、間質短程照射和內介入照射等。

體內放射性藥物治療是近來頗受醫學界關注的臨床手段。單克隆抗體與放射性核素結合生成的導向藥物（“生物導彈”），可能為惡性腫瘤的內照射治療提供一種新的有效途徑。