核技術(shù)在生活中的應(yīng)用

核技術(shù)在生活中的應(yīng)用核技術(shù)應(yīng)用是和平利用原子能得一個(gè)重要方向，是當(dāng)今蓬勃發(fā)展的重要的應(yīng)用科學(xué)技術(shù)之一。它的特點(diǎn)在于：知識(shí)綜合密集，技術(shù)先進(jìn)并具有其他技術(shù)所無(wú)的、獨(dú)特的優(yōu)異性能。核技術(shù)的應(yīng)用面很廣泛，可為國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活提供很多方面的服務(wù)并收到良好的效果。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)核技術(shù)應(yīng)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(shuō)明，我國(guó)核技術(shù)應(yīng)用，有著一個(gè)很大的市場(chǎng)和很好的發(fā)展前景。因此，我們應(yīng)大力發(fā)展核技術(shù)，加速推動(dòng)其應(yīng)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(zhǎng)，年總產(chǎn)值占國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guò)1000臺(tái)，其總功率為45MW，Co60放射源的輻照裝置多于200座，強(qiáng)度已達(dá)一億居里。與輻射加工有關(guān)的反應(yīng)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(xué)反應(yīng)過(guò)程，由于受輻照時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)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(xué)和物理變化的程度。一般來(lái)說(shuō)，高分子化合物的相對(duì)質(zhì)量為105以上，而在每一個(gè)高分子化合物中，平均只要有一個(gè)化學(xué)鍵發(fā)生了交聯(lián)或解裂，就會(huì)對(duì)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(guó)用于輻照加工方面，有64座裝源能力為30萬(wàn)居里以上的輻照裝置，分布在20個(gè)省市自治區(qū)的41個(gè)市縣中，實(shí)際裝源量約為1700萬(wàn)居里，比1994年增長(zhǎng)百分之183%，有56臺(tái)功率為5KW的電子束加速器，其中進(jìn)口33臺(tái)，總功率為3532KW，有22臺(tái)用于熱縮材料的生產(chǎn),34臺(tái)用于輻照電線電纜，功率為5KW以下的工業(yè)用加速器8臺(tái)，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(guó)際上，輻照加工業(yè)幾乎以每三年翻一番的速度在增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)也發(fā)展迅速，中科院首家股份制企業(yè)，長(zhǎng)春熱縮材料股份有限公司是亞洲熱縮材料綜合能力最強(qiáng)的企業(yè)，是中國(guó)熱縮材料研究基地，控制著全國(guó)的熱縮母料，2002年由科技部認(rèn)定為重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)。由中國(guó)工程物理研究院主辦的久遠(yuǎn)科技股份有限公司擁有精良的加工設(shè)備，專門(mén)從事輻射加工產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，年生產(chǎn)能力超過(guò)億元，在輻射加工領(lǐng)域已形成雄厚的基礎(chǔ)。和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)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(lǐng)域尚屬空白，不適應(yīng)市場(chǎng)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(guó)內(nèi)每年需要1-10mm2的阻燃電線就達(dá)200萬(wàn)公里，航天航空、海上石油開(kāi)采、通訊、核電等領(lǐng)域需要大量的特種線纜，而且在耐溫性、耐環(huán)境老化、耐開(kāi)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(xué)試劑性顯著提高，力學(xué)性能和耐開(kāi)裂性也獲得改善，電學(xué)性能也有好的變化。200萬(wàn)公里的線纜如果每米按5元計(jì)算，總產(chǎn)值約100億元，其中一部分產(chǎn)值應(yīng)算做輻射加工的貢獻(xiàn)。高分子聚合物的輻射交聯(lián)的應(yīng)用尤為廣泛，聚乙烯、聚氯乙烯和橡膠經(jīng)過(guò)輻照后，阻熱性、防止化學(xué)腐蝕性和力學(xué)強(qiáng)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(yīng)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(guó)、美國(guó)、巴西、韓國(guó)、印尼都應(yīng)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(jià)格要貴好幾倍。二、食品輻射有利于儲(chǔ)藏和保鮮1980年，F(xiàn)AO/IAEA/WHO在日內(nèi)瓦開(kāi)會(huì)宣布“任何食品當(dāng)其總體平均吸收劑量不超過(guò)10KGy時(shí)，沒(méi)有毒理學(xué)危險(xiǎn)，不再要求做毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在營(yíng)養(yǎng)學(xué)和微生物學(xué)上也是安全的”。目前全世界已有42個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)輻照食品200多種，年市場(chǎng)銷售總量達(dá)30萬(wàn)噸，食品輻照加工已列為國(guó)際重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。食品輻照與其他眾多的食品保藏方法相比的優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行，特別適用于要保持原有風(fēng)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(wú)毒物殘留，無(wú)污染。第四，輻照鮮活食品可以促進(jìn)早熟，抑制發(fā)芽，減少農(nóng)產(chǎn)食品腐爛和損失。輻照相對(duì)于二溴乙烯化學(xué)保鮮方法有很大的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槎逡蚁?huì)破壞臭氧層，在不久的將來(lái)將要被禁止使用。我國(guó)食品輻照于1958年開(kāi)始，先后批準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)累計(jì)輻照食品數(shù)量已近60萬(wàn)噸，年輻照的產(chǎn)品達(dá)10萬(wàn)噸左右，并且發(fā)展迅速，輻照食品已進(jìn)入了商業(yè)化應(yīng)用階段。板栗是中國(guó)出口量很大的一種農(nóng)產(chǎn)品，但是每年發(fā)霉、生蟲(chóng)造成的損失達(dá)50%，用加速器對(duì)板栗進(jìn)行輻照，可使板栗不再發(fā)霉、生蟲(chóng)，在板栗產(chǎn)區(qū)建立輻照中心，一個(gè)輻照中心就可使板栗每年增收260萬(wàn)元，而投資只要280萬(wàn)元。我國(guó)有600個(gè)種植板栗的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，市場(chǎng)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(chóng)害的問(wèn)題，在農(nóng)業(yè)方面輻照加速器有著很大的市場(chǎng)。據(jù)估計(jì)，它的發(fā)展空間相當(dāng)于我國(guó)汽車工業(yè)產(chǎn)值總和。三、核醫(yī)學(xué)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(jì)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(xué)消毒方法，因?yàn)榛瘜W(xué)方法所采用的消毒劑環(huán)氧乙烷具有強(qiáng)的致癌效應(yīng)，而要去掉這些殘留物將大大提高成本，從而喪失市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。美國(guó)從2000年開(kāi)始停止使用化學(xué)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(jìn)行滅菌處理。我國(guó)也是1989年保護(hù)環(huán)境的“蒙特利爾議定書(shū)”的簽約國(guó)。隨著我國(guó)加入WTO，用輻射消毒徹底取代化學(xué)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(guó)占500億美元，在發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)不足10%。2001年美國(guó)郵政部購(gòu)買(mǎi)8臺(tái)電子束加速器，每臺(tái)價(jià)值500萬(wàn)美元，對(duì)每天通向政府重要機(jī)關(guān)的文件進(jìn)行“殺毒”。俄羅斯、印度等國(guó)家，在“非典”發(fā)生期間，用紫外光和X射線來(lái)殺死SARS病毒已得到應(yīng)用，美國(guó)已有單位研制出低能電子束加速器，它是可移動(dòng)式，成本為幾萬(wàn)美元，估計(jì)將來(lái)可降低為幾千美元一臺(tái)。核醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)可以分為兩個(gè)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(guó)市場(chǎng)銷售額為5.31億美元，2000年為7億美元，估計(jì)2020年可達(dá)160億美元，核治療藥劑在美國(guó)1996年為0.48億美元，2000年為0.62億美元，預(yù)計(jì)2020年可達(dá)60億美元。根據(jù)國(guó)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(jì)，我國(guó)1998年核診斷藥物的產(chǎn)值為1.5億元，治療藥物約為3000萬(wàn)元，這兩項(xiàng)與美國(guó)相差30倍以上。1995年全國(guó)正式注冊(cè)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(gè)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(chǎng)中面臨著國(guó)外企業(yè)的很大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。例如美國(guó)DPC公司在天津的德普公司，專門(mén)從事免疫藥盒的分裝，年產(chǎn)值7000萬(wàn)元，占領(lǐng)了三分之一的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，預(yù)計(jì)2003年該公司的產(chǎn)值將達(dá)到1億元。裝源機(jī)（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(shí)間從10-20小時(shí)減短為10-20分鐘，并減少對(duì)其他正常組織的破壞。 核醫(yī)療器械和裝置在發(fā)達(dá)國(guó)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(dá)國(guó)家中大約為100萬(wàn)人平均有一到兩臺(tái)，全世界約有2000臺(tái)Co-60裝置和6000臺(tái)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(diǎn)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(xué)國(guó)立研究所對(duì)1100個(gè)骨、肝、腎癌的病例進(jìn)行治療，都獲得了很好的治療效果。據(jù)1990年統(tǒng)計(jì)，美國(guó)采用放射性藥物的醫(yī)院已有7000多個(gè)，共有Y相機(jī)和單光子斷層掃描11000多臺(tái)，每年接收放射性藥物診斷和治療的病人為2000萬(wàn)人次。日本采用放射性藥物的醫(yī)院有1100多個(gè)，共有Y相機(jī)和單光子斷層掃描1700多臺(tái)，每年約150萬(wàn)人次使用放射性藥物。我國(guó)使用放射性藥物的單位約為1000個(gè)，共有Y相機(jī)和單光子斷層掃描約120臺(tái)，每年病人約有100萬(wàn)人次左右。在全世界每年耗用的放射性藥物中，美國(guó)約占1/3、日本1/25、中國(guó)1/200。醫(yī)用電子直線加速器在全世界已接近1萬(wàn)臺(tái)，美國(guó)有900多臺(tái)，每年創(chuàng)造產(chǎn)值180億美元；日本有2000多臺(tái)；我國(guó)目前大約有400萬(wàn)癌癥患者，擁有醫(yī)用直線電子加速器尚不到100臺(tái)；醫(yī)學(xué)專家估計(jì)，我國(guó)至少需500臺(tái)。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(shù)精度可達(dá)到0.1mm。核醫(yī)療器械的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)絕大部分被國(guó)外產(chǎn)品占領(lǐng)，如不采取有力措施，情況會(huì)更為嚴(yán)重四、核技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)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(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生不同類型的電離作用，進(jìn)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(diǎn)為：①變異率高。一般可達(dá)1/30,比自然突變高100倍以上，甚至可達(dá)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?xí)a(chǎn)生自然界中未曾出現(xiàn)的或罕見(jiàn)的新類型。其中有的具有利用價(jià)值，已為作物提早成熟、植株矮化、增強(qiáng)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(lái)自外部某一輻射源；方法簡(jiǎn)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(jiàn)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(guò)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(yíng)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(jié)合的研究領(lǐng)域（見(jiàn)誘變育種）。輻射不育治蟲(chóng)：原理是通過(guò)對(duì)防治對(duì)象（雄蟲(chóng)）某個(gè)蟲(chóng)態(tài)的輻照處理，使其生殖細(xì)胞的染色體發(fā)生斷裂、易位，造成不對(duì)稱組合，導(dǎo)致顯性致死；而受照射的體細(xì)胞基本上不受損傷。由于輻照后的昆蟲(chóng)仍能保持正常的生命活動(dòng)和尋找配偶，將經(jīng)過(guò)輻照處理的不育昆蟲(chóng)在蟲(chóng)害地區(qū)連續(xù)大量釋放，就可使其同正常昆蟲(chóng)進(jìn)行交配而不產(chǎn)生后代。經(jīng)過(guò)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(chóng)種。此法不會(huì)造成環(huán)境污染，對(duì)人、畜和天敵無(wú)害，防效持久，專一性強(qiáng)，對(duì)消滅螟蟲(chóng)、棉鈴蟲(chóng)等鉆進(jìn)植物體內(nèi)隱蔽、藥劑和天敵很難觸及的害蟲(chóng)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(jiǎn)便有效。但用高劑量輻照造成的不育昆蟲(chóng)因無(wú)法和自然種群爭(zhēng)奪配偶，因而影響滅蟲(chóng)效果。近年來(lái)，改用亞不育或半不育劑量處理的害蟲(chóng)，可提高受照射昆蟲(chóng)競(jìng)爭(zhēng)配偶的能力，通過(guò)遺傳將輻射導(dǎo)致的細(xì)胞染色體易位變化傳遞給下一代，使95%以上的下一代害蟲(chóng)喪失生育力。如玉米螟雄蟲(chóng)經(jīng)過(guò)這樣的處理后，其子代可比親代更為不育。此法雖不能在當(dāng)代根除害蟲(chóng)，但可減少不育蟲(chóng)的釋放量，使防治成本降低。因而在