放射性同位素及辐射技术.doc

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1、放射性同位素及辐射技术1、 奇特的同位素2、 同位素的三个特性3、 放射性同位素使用技术4、 2、工业上的应用5、 检测6、 放射性废物的利用7、 辐射技术的应用8、 改进材料性能9、 3、农业中的应用10、 引发种子的变异11、 棉花育种12、 辐射引变13、 根茎叶的侦察兵14、 用示踪法观察作物生长15、 监测农药无公害16、 揭开光合作用的奥秘17、 食品保鲜18、 请放心食用辐照食品19、 辐照灭菌20、 使害虫断子绝孙21、 4、医学上的应用22、 核医学23、 医学跟踪24、 各种放射分析25、 同位素造影术26、 金-198肝扫描27、 放射治癌28、 伽玛刀29、 放射性消毒

2、30、 5、考古辨伪侦察31、 碳-14考古年代32、 核技术对中国历史学的贡献33、 三星堆另一支史前文化？34、 耶稣基督“裹尸布”的传说35、 拿破仑死亡之谜36、 古老的照片复活37、 微量元素的定性及定量测定38、 高超的侦破技术39、 6、保护环境安全40、 分析环境污染情况41、 对火灾及毒气报警42、 不灭的长明灯43、 同位素避雷针44、 避雷功能更为强大同位素的三个特性在形形色色的原子能图象中，放射性同位素的奇妙特性及广泛用途令人眼花缭乱，最具有戏剧性。前面我们介绍过，1869年，俄国的门捷列夫和德国的迈耶各自独立地发现了元素周期律，排出了元素周期表，那时化学家们知道的元素

3、只有几十种。现在，已经发现的元素已经达到100多种，目前的元素周期表已经比当年门捷列夫列出的元素周期表要详尽多了。在元素周期表中，一个元素占一个位置。后来，科学家又进一步发现，同一位元素的原子并不完全一样，有的原子重些，有的原子轻些；有的原子很稳定，不会变，有的原子有放射性，会变化，衰变后成了另一种元素的原子。我们把这些处于同一位的元素但有不同性质的原子称为同位素。同位素中有的会放出射线，因此称放射性同位素。放射性同位素具有以下三个特性：第一，能放出各种不同的射线。有的放出射线，有的放出射线，有的放出射线或者同时放出其中的两种射线。还有中子射线。其中，射线是一束粒子流，带正电荷，射线就是电子流

4、，带有负电荷。第二，放出的射线由不同原子核本身决定。例如钴60原子核每次发生衰变时，都要放射出三个粒子：一个粒子和两个光子，钴60最终变成了稳定的镍60。第三，具有一定的寿命。人们将开始存在的放射性同位素的原子核数目减少到一半时所需的时间，称为半衰期。例如钴60的半衰期大约是5年。核技术中的同位素和辐射的应用，给许多重要的经济活动和社会生活带来好处。现代核物理学的研究成果，产生了一些观察和测量物理、化学和生物过程的新方法，从而加强了对这些未知过程的了解，这对于人类对自己的认识和生存、发展与进步有重要的意义，与此同时，同位素的分离和鉴别使我们掌握了多方面的技能，带动了电子学、光学和机器制造技术的

5、发展。构成物质的各种元素的同位素都是可以识别的，人们可以根据其质量或放射性对它跟踪，尽管它的化学性质与该元素的其它同位素一样。因此测量这种元素或其化合物的总量并跟踪其运动及反应都是可以做到的。这就给它带来了特别的功能。考虑到可利用的稳定同位素、放射性同位素有数千种（此可参见有关的核素表即同位素表），又有许多其中过程的细节尚待进一步研究的领域，我们仅能比较稳定核素和放射性核素的特点，评述某些特殊技术，介绍一些有趣的和重要的同位素应用。大多数同位素都是稳定同位素，并呈混合物状态出现在元素中。按照同位素质量进行分离的主要方法有电磁法（在大型质谱仪中）和热机械法（气体扩散过程中）。重要的例子是在生物过

6、程中所包含的各种元素的同位素，例如D（氘）和氧-18。稳定同位素的主要优点是在研究用的样品中不存在辐射效应。而可利用的放射性同位素很多，它们具有各种不同的半衰期、辐射类型和能量。放射性同位素使用技术放射性同位素有三个主要来源加速器中带电粒子的产物，反应堆中中子轰击产物和分离出的裂变产物。使用放射性同位素的主要优点是通过测定它们发射的粒子和鉴定其特有的半衰期和辐射性质，故很容易探测它们的存在。下面我们介绍几种使用放射性同位素的技术，并说明其用途。示踪技术示踪方法是引入少量放射性同位素，并随时观察其行踪的方法。例如在肥料中掺入少量的放射性磷-32（半衰期为14.28天，发射1.7兆电子伏的粒子），

7、可以找到给植物施磷肥的最好方法。用探测或照相胶片测量辐射随时间的变化及其在植物中的位置，就能得到磷的摄入率和累积率的准确资料。同样，给人体注射无害的放射性钠-24（半衰期15.03小时）溶液，可以进行人体血液循环的示踪实验。为了医学诊断的目的，希望引入足够的放射性物质以便提供所需要的数据，但是放射性物质不能达到有害于人体的程度。再如，监视掺合了放射性同位素流体的行踪可以确定许多种物质的流速。各种各样的流体，如人体中的血液，输油管中的石油或排入江河中的污水，在概念上都是相同的。中子活化分析活化分析是一种揭示微量杂质的存在及其数量的分析方法。用中子（如反应堆中子）辐照可能含有某种痕量元素的材料样品

8、，产物放射性同位素发射的射线有特有的能量和相对强度，类似于发光气体的光谱线。为了进行比较，要使用标准样品的数据，通过测量和解释射线谱，从而得到有关杂质的含量。活化分析法的原理是这样的：将被测物质放入反应堆中，接受中子的照射。许多原子核具有吞吃中子的性质。就是说，它们一旦碰上慢中子，就会把慢中子吸收掉。新生成的产物就是放射性同位素。比如，原来的原子核如果是钠-23，吸收一个中子就会变成新的放射性同位素钠-24；如果是钙-40，它吸收一个中子就变成钙-41；如果是磷-31；它吸收一个中子就变成磷-32；如果是砷-75，它吸收一个中子就变成砷-76，等等。由于原子核吞吃了一个中子，所以，它不可能保持

9、不变，它会放出射线或射线。也就是说，它自身要发生衰变，即所谓的放射性衰变。衰变时放出的射线，能量各不相同，其能量的高低取决于放射性同位素的种类。而且，放射性衰变的速度也各不相同。比如，钠-24，它会放出两支射线，能量分别为1.4和2.7兆电子伏特；还放出一支射线，能量为1.4兆电子伏特，最后变成镁-24。钠-24的半衰期是15.03小时。如果是磷-32；它会放出1.7兆电子伏特射线，变成磷-32。磷-32的半衰期是14.28天。如果是砷-76，它会放出能量确定的三四种射线和三四种射线，而变成硒，其中主要的射线能量为2.9兆电子伏特，主要的射线能量为0.5电子伏特；砷-76的半衰期是26小时。不

10、同的放射性同位素具有完全不同的核衰变类型。而各种原子核的衰变类型都已调查清楚，每一种衰变类型代表对应的一种放射性同位素。检测材料的某些物理性质用一般的方法很难搞清楚，但是通过观察辐射和物质的相互作用可以很容易的进行测量。例如，测量放射源放出的粒子透过塑料薄膜或纸张之后的粒子数量就能确定薄膜或纸的厚度。从裂变产物分离出来的同位素锶-90（半衰期28.82年，粒子能量0.546兆电子伏）和铯-137（半衰期30.17年，粒子能量0.512兆电子伏）广泛的用于这样的检测之中。用探测射线通过物质的方法在外部可以测定管道里流动的液体的密度。管道中的液体起辐射“屏蔽”作用，因为衰减与粒子密度有关。没有窥视

11、镜或电接触点也不难测出不透明容器中液体的液位。把一个放射源缚在浮子上，让浮子漂在液面上。探测器在容器外面探测放射源的辐射。通过研究被氢慢化的中子可以估计土壤中的含水量。在中子水分测量仪中，由一个混合的粒子发射体组成的放射源通过（,n）反应产生中子。中子通量可以为测量含水量提供数据。有几种核技术已用于石油工业中。在油井探测中，“测井”过程包括地质特征的研究。有一种方法是测量天然辐射。当把探测器从天然放射性岩石区移到含石油或其他液体区时，信号减少。也可以用中子水分测量仪测量石油的存在，因为石油中含有氢。把中子源和射线探测器放到油井中，可以对化学成分进行中子活化分析。放射性废物的利用生产核能中产生的

12、的各种同位素，是有害的废物，但也是能给人类提供安全保障的有用之物。例如氪-85（半衰期10.7年）的应用，它是核燃料.后处理过程中的一种丰富的副产品。该同位素可作为机场跑道和煤矿照明用的自发光源中的激活成分。这种光源由一个密封的氪-85气体辐照盒构成，氪-85气体和荧光体接触，荧光体被低能电子激发。发光的颜色决定于所用的荧光体，亮度取决于同位素氪-85的总量。这种光源类似于用氪辐照盒代替了灯泡的汽车前灯。其优点是寿命长，不要有能源，与天气条件无关。使用氪-85“束流断路器”可以防止入侵者，增进安全。当人体经过“束流断路器”时，一束细得像铅笔一样的低能射线被遮断，就接通警报器。辐射技术的应用核武

13、器爆炸产生的强辐射对人体是有害的，但是适量的核辐射作为一种物理效应，却有着广泛的应用，可以给人类带来很多奇特的好处。因此，我们现在转向各种辐射源-x射线机、带电粒子加速器、核反应堆和放射性同位素源等的辐射效应对人类有利的一面，贯穿辐射包括电磁辐射、电子或其它带电粒子和中子，它们在工业、医学、农业和空间探测中都有很多应用。下面我们以射线照相法为例：最早和最为人们所熟悉的辐射应用是射线医学诊断上x射线是用电子轰击重金属靶产生的高频电磁辐射。众所周知，x射线贯穿人体组织的程度取决于物质密度，所以骨骼与其它密集的物质的影子会出现在照相胶片上。一般的说，射线照相法包括用x射线、射线或中子对活组织或物体的

14、内部情况的研究。通过中子吸收，由稳定的钴-59可以产生同位素钴-60。对医学和工业方面的应用，同位素钴-60是x射线管的重要替代物。钴-60发射的辐射能量为1.17和l.33兆电子伏，这两种辐射对检查金属中的缺陷特别有作用。用带有钴射线照相设备的扫描装置扫描，可以揭示金属的内部裂缝、焊接缺陷和非金属夹杂物。同位素钴-60源的优点是小型轻便，无需电源。钴的半衰期为5.27年，因此钴源可长期使用而无需更换。另一方面，射线能量是固定的，强度也不会改变，但x射线机上发出的射线能量和强度是可以改变的。如果用射线照相法给薄样品拍照，用铱-192比较方便。它的半衰期是74.2天，光子能量约0.4兆电于伏。有

15、些物质对光子不敏感，但这些物质中富有氢，如塑料和橡胶，这时中子射线照相法就弥补了射线照相法的不足。典型的中子源是锑铍源。在这种源中锑-124的射线（半衰期为60.4天）在铍中引起（，n）反应。一种有希望的新放射源是锎-252，它是反应堆中经中子连续轰击钚而产生的人造同位素（原子序数 98）。虽然锎-252大部分时间（96.908）通过发射粒子而衰变，但其余时间(3.092)是自发裂变。这两个过程相应的半衰期分别是2.730年和85.57年。平均每次裂变放出约3.5个中子。因此极少量的同位素锎-252就可以用作丰富的快中子源。改进材料性能改进纤维电子或射线辐照可以改变聚合物如聚乙烯的各种性质。原

16、来的材料是由很长的平行分子链构成的，辐射使这些链连起来。这种过程叫做交联。辐照过的聚乙烯具有较好的抗热性，是很好的电线绝缘包皮材料。经过辐射可以把适宜的聚合物结合到纤维基底上。用这种方法可以制造各种不吸尘土的织物。化学药品合成使用高能辐射可以引发某些化学反应。在实验室里可以进行很多这样的反应，但相对来讲多数反应是不经济的。然而有一个例外，这就是溴乙烷的生产。此为挥发性的有机液体，在有机材料的合成中用作中间化合物。Co-60源的辐射在溴化氢和乙烯的化合中起催化剂作用。人们发现作为催化剂的射线比化学催化剂、紫外线光电子轰击都好。通过这种独特的方法每年生产数量不少的溴乙烷。另外，在商业上，重要的化学

17、制品聚乙烯也是由钴的射线轰击乙烯而产生的。木材塑化加工经辐照生产的新型木质地板市场需求量很大。木材用塑胶浸泡，并通过一束射线。这束射线改变了塑胶的分子结构，使木材表面光滑并能防火。产品的外观没有什么变化，但材料都变得非常坚硬，在公共场所使用这种木材是合适的。此外，还可用类似的辐照技术制作经久耐用的建筑用材，如花砖。引发种子的变异放射性同位素在农业上的应用是极为广泛的。核农学就是核技术与农学相结合的一门新学科。谈到选育良种，不能不涉及作物的一个基本特性遗传和变异。俗话说：“种瓜得瓜，种豆得豆。”在自然界里所有的生物，它们的子代都有与其亲本相似的特性，这就叫做遗传性。一个优良品种所以能增产，就是因

18、为它具有可遗传的优良特性。另一方面，一个优良品种也不是一成不变的。它随着环境条件的变化和内在的原因而不断发生变化，这就叫做变异性。遗传性和变异性是对立的统一。如果没有遗传性，则自然界现有的各种生物将不复存在。而如果没有变异性，也就没有生物的进化。当前我们看到的成千上万种农作物品种都是在历史的长河中，由于植物本身的遗传和变异，再经过长期的自然选择和人工选择而形成的。近代因为科学技术的发展，人们已不再等待自然的恩赐，单纯地利用植物本身自然产生的变异，而能够应用现代科学的成就来人工创造新的变异类型，这种方法叫“人工引变”。人们已经弄清楚：生物性状的遗传是受一种叫“基因”的遗传物质控制的，它存在于生物

19、细胞内的染色体中。这种传递遗传信息的遗传物质，已经在电子显微镜下可以看到它的分子结构。如果这种物质的原有结构发生改变，就能引起生物性状的变异。应用原子反应堆产生的热中子或加速器产生的快中子，以及放射性同位素放出的射线都可以使生物细胞内遗传物质的结构发生改变，因而引起生物形形色色的性状突变。大体说来，应用人工引变诱发的有利突变可以有千分之一的机率，而自然产生的突变只有百万分之一的机率，人工引变可以提高突变率一千倍。当然这不能像神话故事里的孙悟空一样，拔一根猴毛一吹就变出一个小孙猴子。我们也不能指望用射线一照就变出一个良种来。这是因为到目前为止，人们还不能控制变异的方向。我们必须在各种变异的后代中

20、，进行认真仔细的选择，才能育成符合我们所期望的良种。这种应用射线引变选育良种的方法叫做“辐射育种”。它是继“系统选种”，“杂交育种”之后而兴起的一种新的育种方法。这一新技术随着我国原子核科学技术的发展已在全国广泛开展起来，并已取得显著效果。棉花育种“鲁棉一号”就是山东省棉花研究所的科技人员应用放射性同位素钴-60放出的伽玛射线处理棉花杂交的后代育成的。起初，为了育成适合生态条件并且高产优质的棉花良种，他们于1961年用杂交育种的方法，选配一些组合。但是经过多年的分离选择，并没有获得符合理想的后代。其中有一个杂交组合，母本是中棉所2号，父本是“1195”（选育的一个品系），这就是“鲁棉一号”的“

21、始祖”。它虽然结合性较好，但到了第九代仍然性状不稳定，而且株型高大松散。这时，他们决定应用辐射育种新技术，希望将它的性状引向好的方面发展，并且稳定下来。1971年，他们将中棉所2号与1195杂交第九代种子用钴-60辐照40000伦琴（辐照量的单位），根据辐射育种的规律，照射第一代因受射线损伤的作用，生长很不好，有的还出现畸形。但这些都不能遗传给后代。一般从第二代开始，突变的性状才能逐渐显现出来。他们把第一代中生长正常的棉株混收留种，第二年把这些种子单独播种在一块地里，并在收获时进行单株选择。入选的单株单收单脱粒，成为一个株系。第三年将这些株系，按系播种，每系种一行，这叫株行圃。在生长期间，直至

22、收获之时，都对每一个株系进行比较，然后选出一批株系。其中以第99号株系表现最为突出，不仅株形紧凑，生长稳健，而且结合性强，吐絮集中，同时性状也不再分离。收获时将这些入选的株系，全都收在一起，并分别脱粒留种，准备进入鉴定试验。这好像小学生参加了升学考试，成绩优秀的可以升入中学。经过几年试验，1975年育成，1976年定名为“鲁棉一号”。开始全省区域试验时，他们采用育苗移栽，点播分墩等方法高倍繁殖种子，并进行多点试验示范，将该品种迅速传播到全省棉区。河南、河北等省区也进行了引种。辐射引变从以上“鲁棉一号”选育的过程来看，可以明显看出，核辐射的应用在其中起了关键性的作用。第一，“鲁棉一号”从开始选育

23、到定名，整整经历了15年的时间。但前九年应用杂交育种的方法，始终未能选出性状优良的稳定株系。到1971年开始用射线处理，结果在第三代就出现了理想的稳定株系-99系。由此证明辐射引变可以加速性状的稳定，并使性状向好的方向发展。第二，“鲁棉一号”所具有的株型紧凑，叶片向光性强，以及结合性强，吐絮集中等优良特性，这是它能获得高产的基础。但这些优良特性是原来品种祖先的母本所没有的，是通过辐射引变产生的。在其它作物的辐射育种中也经常可以诱导出株型优良产量增加的后代。如育成的“鲁原单4号”玉米杂交种便具有植株较矮，株型优良，适应性广等特点。第三，“鲁棉一号”的早熟性和其它抗逆性能是它能够适应我国华北棉区的

24、生态条件，并保持稳产的根本原因。这些特性也是通过辐射处理才诱发出来的。过去用其它育种方法也能选育出早熟品种，但往往成熟期提早了，而其它性状不理想，结果在生产上不能实际推广。应用辐射育种方法育成的“鲁棉一号”则较好地解决了这个问题。这在其它作物上也有例证。如浙江省农科院原子能农业应用研究所育成的水稻良种“原丰早”比原品种“科字六号”早熟45天，而其它丰产性状仍保持原来的特点。我国应用放射性同位素技术，已培育出许多粮食、蔬菜、果树、花卉等植物新品种，占世界各国辐射育成品种总数的13，辐射育成的水稻、棉花、大豆、小麦、玉米等作物新品种在中国推广种植面积达 千万公顷。除“鲁棉一号”外，“原丰早”水稻，

25、“铁丰18号”大豆，都获大面积增产。此外，中国科研人员还利用辐射技术刺激柞蚕和家蚕，使蚕茧产量提高20，并提高了蚕丝的质量。根茎叶的侦察兵农民是很重视给农作物施肥的，但是，给作物施肥以后，作物是否吸收了这些肥料呢？如果肥料被吸收了，那么，它们到达了作物身体的哪一部分，发挥什么作用呢？对这个问题，过去，人们只能从作物的生长情况，作个大概的分析估计。当然，也有人想，要是能在肥料里派几个侦察兵，让它们和肥料一同进入作物的身体内部，再把它们在作物身体内部的情况不断报告出来，那就再好不过了。自从发现放射性同位素以后，农学家们就找到肥料中的侦察兵了-派放射性同位素去做这项工作。氮、磷、钾被称为植物营养的三

26、大要素，但是，它们进入植物身体以后；究竟参加了什么工作呢？比如说，人们想知道磷肥进入植物身体后的情况，就在植物的肥料里加进一点放射性同位素磷-32，让它们和普通的磷-31混在一起，它们就成了肥料在植物体内的示踪剂。因为，这对植物来说，并不能区别出这两种磷有什么不同。在施过肥料以后，植物对这两种磷一样看待，将它们加以吸收并转化成营养物。带有放射性标志的磷与肥料中的普通磷混杂在一起，被植物的根部吸收，通过茎再被送到叶片和果实部分。这些放射性同位素磷-32，就是送入植物体内的肥料侦察兵，它们就这样稳稳当当地打入植物内部，同时，不断地发出放射性的信号，它们就是肥料的示踪剂。科学家在给植物施过加有磷-3

27、2的肥料之后，隔两天、五天、九天或若干天，摘取植物的叶片或者茎、根部分，与照相底片贴紧并放置一段时间，由于这些部分含有放射性同位素磷-32，放出的射线会使照相底片感光、显影，从而可以了解这些放射性同位素，钻进植物内部以后的行迹。也就是说，肥料成分被吸收的情况，移动的速度，在植物体内的分布等等，这一切都可以清清楚楚地显示在照相底片上。像这样，把示踪剂和射线照相技术结合起来，就形成了所谓的自射线照相术（又叫做放射自显影）。当然，要了解放射性的分布情况，不限于使用自射线照相术，也可以采用灵敏度非常高的各种射线探测器进行跟踪测量。此外，用作示踪剂的放射性同位素也可以是多种多样的。除了磷-32以外，还有

28、钾、镁、铜、钼、氟、溴等等，人们可以需要加以适当选选。用示踪法观察作物生长这样，利用示踪的方法就可以跟踪、观察植物或农作物的生长发育等各种动态。例如，植物的营养和代谢作用之间究竟有着什么关系？植物生长，最需要的是什么？植物是怎么样吸收自身所必需的物质的？植物通过根或叶吸收些什么？水或其它化合物是如何转变成糖类或蛋白质的？等等。比如，有人研究过：给植物施肥时，应该施在什么部位？就是说，肥料施在种子的上面好呢还是施在种子的下面好？或者是施在种子的侧面，效果又怎么样呢？这三种情况下，肥料离种子相距多远时效果最好？按照传统的方法，为了弄清这些问题需要分别进行培育试验，再比较其结果。很显然，这种方法要花

29、费很多劳力和时间，实验周期确实太长了。但是，如果在肥料里加进一些放射性同位素，就好比在肥料里派进了许多侦察兵，然后再用射线探测器对这些侦察兵进行跟踪观察，一次就能弄清很多问题。例如，在任意一个时刻，哪个位置的肥料被植物吸收了？它是怎么样被植物吸收的？被吸收的养分又是以什么样的速度移动的？怎么样移动的？等等。弄清这些问题之后；就可以改进施肥的方法。有的营养成分也可以通过叶子直接被植物吸收。这种现象也是通过利用放射性同位素进行研究才弄清楚的。此外，还搞清了一些其它问题。例如，某些植物的根对于特定的元素并没有选择吸收的能力，特别是铯、铷等元素，它们的性质与植物大量需要 的钾元素非常相似，可是，植物的

30、根对它们没有选择吸收的能力。由于使用了放射性同位素示踪剂技术，得以在研究中不断取得新的成果。通过这些研究还改进了施肥的方法以及土壤管理的技术，为农作物的稳定高产开创了新的方法。监测农药无公害示踪剂技术对于开发无公害农药也是最有力的武器。如果没有示踪剂技术，要进行这方面的研究是不可能的。从60年代开始，由于化学物质造成的环境污染已经相当严重。例如，滴滴涕和六氯苯等一些农药的残留问题，曾经引起人们的极大关注。农药滴滴涕，难溶于水，即使在生物体内也很难分解，容易积聚在生物体的脂肪组织内。要是在自然界里撒布了这样的农药，微生物就会摄取它，而这些微生物又会被更大的动物所食取这样，农药的含量逐渐浓缩，最后

31、进到人类的食物。这种食物连锁，形成了不断浓缩的作用。拿滴滴涕来说，经过10年、20年的时间，最后到达人体的滴滴涕浓度，据说可以浓缩到60万倍以上。像这样的长时间内进行的浓缩现象，用普通的方法是不可能观察出来的。由于这个原因，过去曾经发生过这样的情况，当有人受到污染的危害而引起人们注意的时候，已经有好几千吨的滴滴涕散布出去了。正是在这样的背景下，有人研究出一种使用放射性同位素示踪剂预测污染的方法。这个方法大体上是这样的：在热带鱼水槽中，用石英砂垫底建造一个水池，种上高梁，并在这池子里饲养生物这样就组成了一个小规模的自然环境模型。待高梁生长起来以后，将带有放射性标记的农药喷撒在高梁叶子上，并投放一

32、些毛虫之类的害虫，让它们食取喷有农药的高梁。另一方面，在水中投放并饲养水蚤、水螺（呈螺旋形的一种贝壳）、藻类等生物。投放在这里的害虫吃了高梁以后拉出的粪便撒落在水中，又被水蚤、水螺、藻类摄取。隔一段时间后，再投放孑孓（蚊子的幼虫），再隔一段时间后再投放一些像青锵鱼这样的小鱼。这样一来，在一个小小的生态体系中，就可以研究农药所发生的一些变化及其运动的规律。整个实验有一个多月时间就可以结束。实验的最后阶段，要对各种生物体进行分析，并对在生物体内已经分解的部分和没有分解仍然以原来的农药形式残留的部分，分别进行放射性测定。农药的用途是要消灭害虫。但是，用作农药的化学物质最好能在生物体中分解，转化成无害

33、的物质，使其不再进行连锁式的浓缩。人类要探索、研制这样的农药。但是，生态中的这种复杂反应体系的变化是非常细致的，要了解并掌握这种变化，目前采用示踪剂技术才能做到。现在，想要确定某种新的化学物质是否能用作农药的时候，必须使用对应的放射性标记化合物进行研究，这已经成为农药学界的常识。揭开光合作用的奥秘淀粉、蛋白质、脂肪等是人类生存所必需的食粮，而植物正是制造这些食粮的天然工厂。大家都知道：所谓光合作用，就是依靠太阳提供给地球的能量，通过植物的叶绿素使空气中的二氧化碳气体和植物根部吸收的水分、无机盐等进行合成，从而为人类提供了巨大的粮食资源。它是在低温条件下进行的，这在试管里是无论如何不能做到的。这

34、个自然之谜，真是自然界中不可思议的问题之一！而放射性标记化合物放射性同位素示踪剂技术的利用，对于揭开这个自然之谜起着极为重要的作用。在光合作用的过程中，最初形成的基本化合物的最小单位是一由三个碳原子组成的，叫做C3植物。后来，又发现了基本单位是四个碳的植物，叫做C4植物，以区别于C3植物。应该说，C3、C4植物是光合作用的最基本的产物。有关这些基本产物的知识，是在利用二氧化碳-14（14CO2）作为示踪剂之后才被人们所了解的。二氧化碳-14中的碳-14是碳的一个放射性同位素。此外，有些植物具有非常巧妙的机能-在夜间，不断地吸收二氧化碳，到了白昼，就在叶子中进行光合作用。这一现象也是利用二氧化碳

35、-14进行研究后才发现的。利用示踪剂二氧化碳-14还可以研究有关植物呼吸的详细情况。例如，由于昼夜之间的差别，植物的呼吸情况有什么不同？呼吸对光合作用有什么影响？不同植物之间，呼吸有什么差异等等。此外，由光合作用产生的淀粉、蛋白质、脂肪等各种物质，在植物体内是怎么样运动、转移的？又是怎么样积累并贮存到各种不同的“仓库”里去的？这些“仓库”包括果实（像稻米、小麦）、 茎（像土豆）、根块（像甘薯）等。所有这些自然界的巧妙安排和行为，也都是在利用示踪剂-二氧化碳-14进行研究之后才得以解释清楚。目前，除了碳-14以外，还可配合使用其它的放射性同位素，如磷-32、氢-3等作示踪剂，从而使一些研究工作能

36、够做得更加细致周密。还有一些工作，如除草剂的研究、家畜或鸡饲料中养分的传送方式的研究以及各种昆虫的生态方面的研究等等，都离不开使用示踪剂的方法。正是因为有了示踪剂技术，才为各种精密的研究开辟了新的道路，促进了各方面研究工作的开展。食品保鲜辐照处理食品是一项发展极快的食品保藏新技术。就是利用放射性同位素或低能加速器放出的射线对食品进行辐射处理，达到长期保藏食品的目的。放射线有一些特殊的本领。它具有较高的能量，穿透物质的能力强。一定剂量的照射，能杀死寄生在食品表面及内部的微生物和害虫。适当剂量的照射，能抑制农畜产品的生命活动。这就从根本上消除了食品霉烂变质的根源。比如，大家爱吃的鲜鱼。由于它本身带

37、有的及大气中降落在鱼身上的微生物，当鱼的生命一停止，这些微生物就开始在湿润而且富有营养的鱼身上大量繁殖，鱼便开始腐烂变质。土豆、谷物、水果及鸡蛋等农畜产品，在储藏时，生命并未终止，它们继续呼吸和生长，有的还发芽抽芯。这些生命活动大量消耗了食品的营养成份，陈粮不如新粮好吃就是这个道理。传统的晒干、烟薰、糖渍、盐腌、腊制及现代的冷冻、化学防霉、防腐、气调等保藏食品的方法，都是为了消除使食品霉烂变质的根本因素。而辐照处理可以在不改变食品本身的温度、湿度、外形、色香味的前题下，在很短的时间内消除使食品霉烂变质的根本原因。同时，不添加化学药剂，食品不受污染；利用的是原子能，节电节热节水，减少环境污染；方

38、法简单易行，省时又省力，近年来得到迅速的发展。新屠宰的鲜猪肉，根据需要，分割成块，装入塑料口袋内抽空密封。用钴-60辐照杀菌灭虫，猪肉上原有的细菌和寄生虫全被杀死。密闭的塑料袋又使空气中的细菌不能再对鲜肉污染，所以存放了近一个月，肉一点也不坏。吃的时候，只要把肉从塑料口袋中取出，就可煎炒烹炸了。但开封后，一定要尽快吃空，不然又会再次污染而变质。据估算，辐射保藏猪肉比用冷冻法还经济。辐照食品可以食用。请放心食用辐照食品目前，全世界已有许多台电子束装置的大型钴源（最大的放射强度为400万居里）用于辐照加工，每年加工产值超过20亿美元，近几年加工产值以20的速率在递增。美国原子能委员会已研制出活动钴

39、源照射器，可在产地直接照射加工。俄罗斯也已利用1兆电子伏的加速器辐照谷物，每小时可照射150吨，害虫杀死率达100。我国早在50年代末就开始了辐射保藏研究，70年代后期在四川等地已开始小规模中试，1984年批准了马铃薯、洋葱、大蒜等七种食品辐射保藏的试行卫生标准。后来又有多种辐照食品通过技术鉴定。四川等地辐照过的小麦存放三年仍然完好，而未经照射的虫蛀严重。用塑料袋封装的新鲜猪肉辐照后，在盛夏季节可存放在常温中两个月不变质。河南等地辐射保藏马铃薯、洋葱、大蒜等，常温下可保藏8个多月。新疆利用辐射保藏哈密瓜，可贮藏五个月，好果率达8588，比未辐射的提高3255，其色、香、味基本保持原样。北京等地

40、利用辐射保藏的红香蕉苹果，贮存8个月后好果率在 8595，未辐射的只有40。辐射处理对苹果的糖分、有机酸、维生素C含量均无影响。人们最关心的是辐射保藏的农副产品是否有放射性，是否会产生有毒物质，照射过的食品营养价值是否受影响。对这些问题，世界各国的科学家进行了40多年的广泛深入的研究，经过长期的动物试验和人体试验的证明，在一定剂量照射下的农副产品及其加工品不产生放射性，不产生有毒物质，对营养价值没有影响。吃了辐照食品的动物，它们的生长、发育和遗传完全正常，没有产生任何癌肿、畸形突变等现象。1980年底，联合国粮农组织、世界卫生组织和国际原子能机构等国际组织宣布：在100万拉德以内的剂量，照射任

41、何食品都不会引起危害，可以免于检验。我国上海医科大学放射医学研究所和中国科学院上海原子核研究所从1984年开始采用30多种辐照食品（大米、香肠、红枣、蔬菜等）进行人体试验，供70人食用3个月，选用了临床、血象、尿常规、肝肾功能、内分泌等多种指标，结果表明对人体没有任何不良影响。再次证明辐照食品可以供人食用，安全可靠。辐照灭菌前苏联早在1958年就第一个批准了土豆、谷物等食品，经辐照处理后可在市场上出售，收获后的土豆，不需任何包装，经辐照处理后，放在地窖中藏至夏天，仍像刚收获时一样新鲜。目前有许多国家批准几十种食品可用辐照保藏技术。如鱼及鱼制品，小麦及其制品，还有大米、鸡肉、热带水果、火腿和豆类

42、等等。事实上，95的食品，辐照保藏所需剂量远低于100万拉德。过去由于保藏技术问题，百万吨计的食物在腐烂变质，变成垃圾，污染环境。仅猪肉一项，我国每年损失就达28亿元。若解决好保藏问题，就能为我们增加20以上的食品，这是多么了不起啊！收获后的马铃薯或洋葱，经过一定的休眠期，就会一齐发芽。这是日常生活中常见的现象。如果在其休眠期间，利用钴-60的伽玛射线进行照射，就可以破坏其发芽组织，保证在半年以上不发芽，而食品的味道和成分决不会因此发生任何变化。另外，辐射的杀伤力可加以利用。污水通常是采用“活性污泥法”进行处理的。由此产生的沉积物、淤渣泥浆也是十分讨厌的，需要进一步处理。日本用的处理办法是把污

43、泥放到焚烧炉中焚烧。而德国则采用钴-60的伽玛射线进行处理，为此，在慕尼黑附近建造了一个专用的试验场。该试验场目前一直在工作，每天处理的污泥浆可达100立方米左右。这就是利用辐射杀伤力的一个实例。污泥浆本身含有很多磷、氮等优质肥料。但是另一方面，人们也担心在污泥中隐藏了各种各样的细菌。因此，先要用钴-60的伽玛射线进行辐照灭菌，然后才能用作肥料。在日本，正在研究采用艳-137进行照射的方法，以代替价格比较昂贵的钴-60。铯-137夹杂在核电站运行时产生的放射性废物中，处理起来是很麻烦的。如果能将铯-137分离出来，用以处理污泥浆可谓是一件一箭双雕，甚至是一箭三雕的大好事。所以，这项研究受到很大

44、的关注。使害虫断子绝孙有一种以松树为食的虫子，非常猖獗，对松树的危害性极大。在山上，被这种食松虫咬死的一棵棵枯萎的松树特别引人注目。据说，1973年日本发生过一次特别严重的虫灾。在一年的时间里，被这种害虫咬死的松树很多很多，所造成的经济损失相当于30万人口的城市居民全部破产。但是，如果从空中撒布大量农药，会破坏自然生态体系。所以，这一建议遭到强烈反对，一直未能付诸实施。因此；目前正在研究采用辐照的办法，从根本上消灭这种食松虫。尽管如此，这种办法并不是说要利用射线把这些食松虫烧死。在美国的南部和西南部，有一种可怕的蝇叫螺旋蝇。它们专门在家畜的伤口上产卵，而后在伤口上孵化出来的幼蝇能造成家畜的死亡

45、。这种螺旋蝇造成的损失每年达数百万美元。为了消灭这种螺旋蝇，有人在一个岛屿上建立了大规模的繁殖设备，培育大量的螺旋蝇幼虫。在它们还是虫蛹的时期，给予大剂量的照射。这样的照射剂量差不多是人体致死剂量的10倍，但是对昆虫来说，并不会致死。不过，这样大的照射剂量足以使这些螺旋蝇幼虫失去生育能力。然后，把5000万只绝育的螺旋蝇放到附近各个岛屿上。在南方的温暖阳光下，这些螺旋蝇到处进行交配。但是，由于这些螺旋蝇已做过绝育手术，交配后的螺旋蝇再也不会产卵繁殖了。这样，经过大约一年半的时间，就可以使这种蝇灭绝。这种消灭害虫的作战方法叫做“辐射绝育法”，也叫“雄性不育法”。日本也曾在久米岛对这种螺旋蝇运用过

46、这一战术。从1975年2月开始，每周放出400万只绝育的螺旋蝇。结果，该岛上的这种蝇全部被消灭了。在冲绳县农业试验场，还在进一步研究大量饲养螺旋蝇的新技术，准备每周饲养螺旋蝇（绝育的）1亿只，以消灭全县的螺旋蝇。在非洲，还有一种萃萃蝇，它们携带着一种能使人得昏睡病的微生物。由于这种蝇的蔓延，造成非洲数百万英亩的土地无人耕种，荒无人烟。人们现正打算采用这种“辐射绝育法”来使非洲的萃萃蝇断子绝孙。核医学当代国际医学科学界将原子能、电脑、光纤技术等最新科技应用于医疗事业，建立了生物医学工程，并由此产生了一门崭新的现代化医学新学科-核医学。首先是显像技术，尽管近年来出现了超声、电子显像技术，但是核素（

47、又称同位素）显像仪仍有其独特优点，对一些重要疾病的诊断有着重要的作用，例如放射计算机体层照相机，它能综合核素追踪和电子显像的优点，不仅对各种内脏器管及其病变进行立体显像，而且可以观察各种功能和代谢的动态变化。其次是体外放射分析技术的革新，该种革新虽然开始不久，但它已从基础理论研究转向综合临床研究，对乳腺癌、糖尿病的诊断和治疗，都有重要指导作用。后来，核医学的应用又得到了进一步发展，将显像与功能代谢结合起来，如：将射线成像技术、电脑图像分析与血液动力学、心肌代谢、放射性追踪等结合起来，已形成了完整的心脏核医学，可对心脏的泵功能，心肌血流灌注、血液通路、心肌代谢、心室壁运动等进行全面观察。它已成为现代对心脏病研究及诊断中不可缺少的一个重要步骤。此外，利用放射性核素放出射线的能量来产生电能的“核电池”，为心脏起搏器提供动力。至今，世界上已有许多人使用了核电池心脏起搏器。临床心脏病学的诊断手段不断增多，除传统的听诊器、心电图和X射线胸片外，现代心脏病学还离不开心导管及X射线心血管造影。但是创伤性心导管检查给病人带来一定的痛苦，并有一定的危险性，不宜重复检查，亦不适合于重症患者。近年来，非创伤性检查技术，如超声心动图及放射性同位素检查法，获得快速发展。后者十余年来已