核技術在生活中的應用

核技術在生活中的應用核技術應用是和平利用原子能得一個重要方向，是當今蓬勃發(fā)展的重要的應用科學技術之一。它的特點在于：知識綜合密集，技術先進并具有其他技術所無的、獨特的優(yōu)異性能。核技術的應用面很廣泛，可為國民經(jīng)濟、人民生活提供很多方面的服務并收到良好的效果。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國核技術應用產(chǎn)業(yè)為386億人民幣（其中核能約86億，非核能部分約為300億）。這說明，我國核技術應用，有著一個很大的市場和很好的發(fā)展前景。因此，我們應大力發(fā)展核技術，加速推動其應用。一、輻射加工作為原子能工業(yè)的輕工業(yè)在世界各地發(fā)展迅速輻射加工在世界各地發(fā)展迅速，并形成產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)值約為200億美元，每年以百分之二十左右的速度增長，年總產(chǎn)值占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的千分之一左右，用于輻射加工的電子加速器超過1000臺，其總功率為45MW，Co60放射源的輻照裝置多于200座，強度已達一億居里。與輻射加工有關的反應是輻射交聯(lián)、輻射固化、輻射接枝和輻射裂解。主要是高分子化合物的輻射化學反應過程，由于受輻照時發(fā)生化學反應量，在很寬的溫度和劑量率范圍內(nèi)正比于吸收劑量，因此較容易做到控制聚合物中發(fā)生化學和物理變化的程度。一般來說，高分子化合物的相對質(zhì)量為105以上，而在每一個高分子化合物中，平均只要有一個化學鍵發(fā)生了交聯(lián)或解裂，就會對其物理性質(zhì)產(chǎn)生重要的影響，而所需的輻照劑量并不大。到2002年，我國用于輻照加工方面，有64座裝源能力為30萬居里以上的輻照裝置，分布在20個省市自治區(qū)的41個市縣中，實際裝源量約為1700萬居里，比1994年增長百分之183%，有56臺功率為5KW的電子束加速器，其中進口33臺，總功率為3532KW，有22臺用于熱縮材料的生產(chǎn),34臺用于輻照電線電纜，功率為5KW以下的工業(yè)用加速器8臺，主要用于聚乙烯發(fā)泡、聚合物接技和涂層固化等生產(chǎn)。國際上，輻照加工業(yè)幾乎以每三年翻一番的速度在增長，國內(nèi)也發(fā)展迅速，中科院首家股份制企業(yè)，長春熱縮材料股份有限公司是亞洲熱縮材料綜合能力最強的企業(yè)，是中國熱縮材料研究基地，控制著全國的熱縮母料，2002年由科技部認定為重點高新技術企業(yè)。由中國工程物理研究院主辦的久遠科技股份有限公司擁有精良的加工設備，專門從事輻射加工產(chǎn)業(yè)的應用研究和產(chǎn)品開發(fā)，年生產(chǎn)能力超過億元，在輻射加工領域已形成雄厚的基礎。和發(fā)達國家相比，我國的輻射加工產(chǎn)業(yè)差距較大，主要是產(chǎn)品品種少，產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，許多重要的產(chǎn)業(yè)領域尚屬空白，不適應市場的需要，因此存在著很大的發(fā)展空間。以輻照電線電纜為例，隨著城市電網(wǎng)改造的加快，國內(nèi)每年需要1-10mm2的阻燃電線就達200萬公里，航天航空、海上石油開采、通訊、核電等領域需要大量的特種線纜，而且在耐溫性、耐環(huán)境老化、耐開裂性方面都提出了更高的要求。經(jīng)輻射交聯(lián)后，其耐溫性，耐化學試劑性顯著提高，力學性能和耐開裂性也獲得改善，電學性能也有好的變化。200萬公里的線纜如果每米按5元計算，總產(chǎn)值約100億元，其中一部分產(chǎn)值應算做輻射加工的貢獻。高分子聚合物的輻射交聯(lián)的應用尤為廣泛，聚乙烯、聚氯乙烯和橡膠經(jīng)過輻照后，阻熱性、防止化學腐蝕性和力學強度方面得到明顯改善。下表列舉了高分子聚合物的輻射交聯(lián)的商業(yè)產(chǎn)品。交聯(lián)的阻熱性的高分子絕緣線，已廣泛地應用于汽車工業(yè)、航天航空工業(yè)、電訊行業(yè)和家用電器，在日本、法國、美國、巴西、韓國、印尼都應用橡膠分子的輻射交聯(lián)，顯著改善汽車輪胎的物理性能。輻射交聯(lián)后的價格要貴好幾倍。二、食品輻射有利于儲藏和保鮮1980年，F(xiàn)AO/IAEA/WHO在日內(nèi)瓦開會宣布“任何食品當其總體平均吸收劑量不超過10KGy時，沒有毒理學危險，不再要求做毒理學實驗，同時在營養(yǎng)學和微生物學上也是安全的”。目前全世界已有42個國家批準輻照食品200多種，年市場銷售總量達30萬噸，食品輻照加工已列為國際重點推廣項目。食品輻照與其他眾多的食品保藏方法相比的優(yōu)點在于：第一，可以殺菌、消毒，降低食品病原菌的污染。第二，食品的輻照處理是在常溫下進行，特別適用于要保持原有風味的食品和含芳香性成分食品的殺菌和消毒。第三，能耗低，無毒物殘留，無污染。第四，輻照鮮活食品可以促進早熟，抑制發(fā)芽，減少農(nóng)產(chǎn)食品腐爛和損失。輻照相對于二溴乙烯化學保鮮方法有很大的優(yōu)點，因為二溴乙烯會破壞臭氧層，在不久的將來將要被禁止使用。我國食品輻照于1958年開始，先后批準了18種輻照食品管理方法，制定了17種產(chǎn)品的輻射加工工藝標準。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國累計輻照食品數(shù)量已近60萬噸，年輻照的產(chǎn)品達10萬噸左右，并且發(fā)展迅速，輻照食品已進入了商業(yè)化應用階段。板栗是中國出口量很大的一種農(nóng)產(chǎn)品，但是每年發(fā)霉、生蟲造成的損失達50%，用加速器對板栗進行輻照，可使板栗不再發(fā)霉、生蟲，在板栗產(chǎn)區(qū)建立輻照中心，一個輻照中心就可使板栗每年增收260萬元，而投資只要280萬元。我國有600個種植板栗的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，市場需求很大。比板栗產(chǎn)量大得多的紅棗、核桃等農(nóng)產(chǎn)品同樣有霉變、蟲害的問題，在農(nóng)業(yè)方面輻照加速器有著很大的市場。據(jù)估計，它的發(fā)展空間相當于我國汽車工業(yè)產(chǎn)值總和。三、核醫(yī)學發(fā)展極為迅速輻射滅菌消毒的醫(yī)療用品種類很多，包括金屬制品、塑料制品以及一次性使用的高分子材料醫(yī)療用品等共計上千種，中西藥與化妝品也都可以采用輻射消毒滅菌，輻射消毒滅菌將取代常規(guī)的化學消毒方法，因為化學方法所采用的消毒劑環(huán)氧乙烷具有強的致癌效應，而要去掉這些殘留物將大大提高成本，從而喪失市場競爭能力。美國從2000年開始停止使用化學消毒法，歐共體及其貿(mào)易伙伴自1991年起就明文禁止在醫(yī)療保健行業(yè)采用環(huán)氧乙烷、溴甲烷熏蒸法進行滅菌處理。我國也是1989年保護環(huán)境的“蒙特利爾議定書”的簽約國。隨著我國加入WTO，用輻射消毒徹底取代化學消毒滅菌法要在2005年完成，輻射消毒滅菌將成為主流，全世界醫(yī)療器械消毒年產(chǎn)值約為1200億美元，其中美國占500億美元，在發(fā)達國家中，醫(yī)療衛(wèi)生用品的輻射消毒約占鉆源裝量的80%，而中國不足10%。2001年美國郵政部購買8臺電子束加速器，每臺價值500萬美元，對每天通向政府重要機關的文件進行“殺毒”。俄羅斯、印度等國家，在“非典”發(fā)生期間，用紫外光和X射線來殺死SARS病毒已得到應用，美國已有單位研制出低能電子束加速器，它是可移動式，成本為幾萬美元，估計將來可降低為幾千美元一臺。核醫(yī)學產(chǎn)業(yè)可以分為兩個方面：第一，放射性藥物，包括體內(nèi)和體外的診斷藥物和治療藥物。第二，放射性治療和診斷裝置，包括加速器、鉆源裝置、CT、NMR、PET等，診斷藥劑約有100多種，其中最常用的是同位素Tc-99m，1996年在美國市場銷售額為5.31億美元，2000年為7億美元，估計2020年可達160億美元，核治療藥劑在美國1996年為0.48億美元，2000年為0.62億美元，預計2020年可達60億美元。根據(jù)國內(nèi)主要幾家放射性藥物生產(chǎn)單位所提供的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國1998年核診斷藥物的產(chǎn)值為1.5億元，治療藥物約為3000萬元，這兩項與美國相差30倍以上。1995年全國正式注冊生產(chǎn)和銷售同位素的廠家有43家，生產(chǎn)70多種核素的800多個品種（主要是放射性藥品，放射免疫試劑盒，放射性示蹤劑和放射源）。2002年產(chǎn)值為4億元，其中放射免疫盒為2億元。在放射免疫藥盒市場中面臨著國外企業(yè)的很大的競爭對手。例如美國DPC公司在天津的德普公司，專門從事免疫藥盒的分裝，年產(chǎn)值7000萬元，占領了三分之一的國內(nèi)市場，預計2003年該公司的產(chǎn)值將達到1億元。裝源機（Brachytherapy）發(fā)展極為迅速，用于治療癌癥，將高比活度、小尺度的放射源（Ir-192，直徑1mm）嵌入癌組織處，可以使治療的時間從10-20小時減短為10-20分鐘，并減少對其他正常組織的破壞。 核醫(yī)療器械和裝置在發(fā)達國家中也在不斷完善、增加和更新。用于癌癥放射治療的裝置，在發(fā)達國家中大約為100萬人平均有一到兩臺，全世界約有2000臺Co-60裝置和6000臺加速器，用于治療處于人體內(nèi)部深部位的癌組織，用直線加速器產(chǎn)生大于20Mev的電子和X射線殺傷癌組織。最新的治癌方法是采用質(zhì)子和重離子，它的優(yōu)點是可以更有效地破壞癌組織和減少副作用。如，用C-14離子束治癌已取得很好的效果，日本放射科學國立研究所對1100個骨、肝、腎癌的病例進行治療，都獲得了很好的治療效果。據(jù)1990年統(tǒng)計，美國采用放射性藥物的醫(yī)院已有7000多個，共有Y相機和單光子斷層掃描11000多臺，每年接收放射性藥物診斷和治療的病人為2000萬人次。日本采用放射性藥物的醫(yī)院有1100多個，共有Y相機和單光子斷層掃描1700多臺，每年約150萬人次使用放射性藥物。我國使用放射性藥物的單位約為1000個，共有Y相機和單光子斷層掃描約120臺，每年病人約有100萬人次左右。在全世界每年耗用的放射性藥物中，美國約占1/3、日本1/25、中國1/200。醫(yī)用電子直線加速器在全世界已接近1萬臺，美國有900多臺，每年創(chuàng)造產(chǎn)值180億美元；日本有2000多臺；我國目前大約有400萬癌癥患者，擁有醫(yī)用直線電子加速器尚不到100臺；醫(yī)學專家估計，我國至少需500臺。核醫(yī)療器械至今還在繼續(xù)發(fā)展，Y刀用于腫瘤的切除，手術精度可達到0.1mm。核醫(yī)療器械的國內(nèi)市場絕大部分被國外產(chǎn)品占領，如不采取有力措施，情況會更為嚴重四、核技術在農(nóng)業(yè)中的應用輻射育種：即利用八X、月射線或中子流等高能量的電離輻射處理植物的器官，使細胞內(nèi)產(chǎn)生不同類型的電離作用，進而誘發(fā)產(chǎn)生可遺傳的突變,從中選擇和培育符合生產(chǎn)需要的新品種。輻射育種與常規(guī)育種比較，其主要特點為：①變異率高。一般可達1/30,比自然突變高100倍以上，甚至可達1000倍。②變異范圍廣。誘變產(chǎn)生的變異類型常超出一般，甚至會產(chǎn)生自然界中未曾出現(xiàn)的或罕見的新類型。其中有的具有利用價值，已為作物提早成熟、植株矮化、增強抗病性、提高蛋白質(zhì)、糖分、淀粉的含量等創(chuàng)造了豐富的育種原始材料和基因資源。③變異穩(wěn)定快。由輻射處理產(chǎn)生的變異,一般經(jīng)3代即可基本穩(wěn)定，而有性雜交大多要經(jīng)4?6代才能穩(wěn)定。 輻射處理的方法分外照射和內(nèi)照射兩種。外照射是指被照射的種子或植株所受的輻射來自外部某一輻射源；方法簡便、安全，可以大量處理。內(nèi)照射是將輻射源引入被照射種子或植物某器官內(nèi)部，常見的有放射性同位素浸種、放射性同位素注射（在莖、枝條、芽或子房部位施用放射性同位素肥料供植物吸收）以及向植物供給14CO2、使之通過光合作用同化到代謝產(chǎn)物中去誘發(fā)突變等。輻射處理的材料包括種子、花粉、子房、營養(yǎng)器官和整體植株。此外，還可照射愈傷組織，用于輻射誘變與組織培養(yǎng)相結合的研究領域（見誘變育種）。輻射不育治蟲：原理是通過對防治對象（雄蟲）某個蟲態(tài)的輻照處理，使其生殖細胞的染色體發(fā)生斷裂、易位，造成不對稱組合，導致顯性致死；而受照射的體細胞基本上不受損傷。由于輻照后的昆蟲仍能保持正常的生命活動和尋找配偶，將經(jīng)過輻照處理的不育昆蟲在蟲害地區(qū)連續(xù)大量釋放，就可使其同正常昆蟲進行交配而不產(chǎn)生后代。經(jīng)過幾代之后，自然種群因不育而數(shù)量減少，以致有可能完全消滅這一地區(qū)的蟲種。此法不會造成環(huán)境污染，對人、畜和天敵無害，防效持久，專一性強，對消滅螟蟲、棉鈴蟲等鉆進植物體內(nèi)隱蔽、藥劑和天敵很難觸及的害蟲效果尤佳"射線、X射線"射線及中子束都可用于照射，而以60Co放射源的?射線最簡便有效。但用高劑量輻照造成的不育昆蟲因無法和自然種群爭奪配偶，因而影響滅蟲效果。近年來，改用亞不育或半不育劑量處理的害蟲，可提高受照射昆蟲競爭配偶的能力，通過遺傳將輻射導致的細胞染色體易位變化傳遞給下一代，使95%以上的下一代害蟲喪失生育力。如玉米螟雄蟲經(jīng)過這樣的處理后，其子代可比親代更為不育。此法雖不能在當代根除害蟲，但可減少不育蟲的釋放量，使防治成本降低。因而在