核技术在生活中的应用

核技术在生活中的应用核技术应用是和平利用原子能得一个重要方向，是当今蓬勃发展的重要的应用科学技术之一。它的特点在于：知识综合密集，技术先进并具有其他技术所无的、独特的优异性能。核技术的应用面很广泛，可为国民经济、人民生活提供很多方面的服务并收到良好的效果。据不完全统计，我国核技术应用产业为386亿人民币(其中核能约86亿，非核能部分约为300亿)。这说明，我国核技术应用，有着一个很大的市场和很好的发展前景。因此，我们应大力发展核技术，加速推动其应用。一、辐射加工作为原子能工业的轻工业在世界各地发展迅速辐射加工在世界各地发展迅速，并形成产业，年产值约为200亿美元，每年以百分之二十左右的速度增长，年总产值占国民经济总产值的千分之一左右，用于辐射加工的电子加速器超过1000台，其总功率为45MW，Co60放射源的辐照装置多于200座，强度已达一亿居里。与辐射加工有关的反应是辐射交联、辐射固化、辐射接枝和辐射裂解。主要是高分子化合物的辐射化学反应过程，由于受辐照时发生化学反应量，在很宽的温度和剂量率范围内正比于吸收剂量，因此较容易做到控制聚合物中发生化学和物理变化的程度。一般来说，高分子化合物的相对质量为105以上，而在每一个高分子化合物中，平均只要有一个化学键发生了交联或解裂，就会对其物理性质产生重要的影响，而所需的辐照剂量并不大。到2002年，我国用于辐照加工方面，有64座装源能力为30万居里以上的辐照装置，分布在20个省市自治区的41个市县中，实际装源量约为1700万居里，比1994年增长百分之183%，有56台功率为5KW的电子束加速器，其中进口33台，总功率为3532KW，有22台用于热缩材料的生产，34台用于辐照电线电缆，功率为5KW以下的工业用加速器8台，主要用于聚乙烯发泡、聚合物接技和涂层固化等生产。国际上，辐照加工业几乎以每三年翻一番的速度在增长，国内也发展迅速，中科院首家股份制企业，长春热缩材料股份有限公司是亚洲热缩材料综合能力最强的企业，是中国热缩材料研究基地，控制着全国的热缩母料，2002年由科技部认定为重点高新技术企业。由中国工程物理研究院主办的久远科技股份有限公司拥有精良的加工设备，专门从事辐射加工产业的应用研究和产品开发，年生产能力超过亿元，在辐射加工领域已形成雄厚的基础。和发达国家相比，我国的辐射加工产业差距较大，主要是产品品种少，产业规模小，许多重要的产业领域尚属空白，不适应市场的需要，因此存在着很大的发展空间。以辐照电线电缆为例，随着城市电网改造的加快，国内每年需要1-10mm2的阻燃电线就达200万公里，航天航空、海上石油开采、通讯、核电等领域需要大量的特种线缆，而且在耐温性、耐环境老化、耐开裂性方面都提出了更高的要求。经辐射交联后，其耐温性，耐化学试剂性显著提高，力学性能和耐开裂性也获得改善，电学性能也有好的变化。200万公里的线缆如果每米按5元计算，总产值约100亿元，其中一部分产值应算做辐射加工的贡献。高分子聚合物的辐射交联的应用尤为广泛，聚乙烯、聚氯乙烯和橡胶经过辐照后，阻热性、防止化学腐蚀性和力学强度方面得到明显改善。下表列举了高分子聚合物的辐射交联的商业产品。交联的阻热性的高分子绝缘线，已广泛地应用于汽车工业、航天航空工业、电讯行业和家用电器，在日本、法国、美国、巴西、韩国、印尼都应用橡胶分子的辐射交联，显著改善汽车轮胎的物理性能。辐射交联后的价格要贵好几倍。二、食品辐射有利于储藏和保鲜1980年，FAO/IAEA/WHO在日内瓦开会宣布“任何食品当其总体平均吸收剂量不超过10KGy时，没有毒理学危险，不再要求做毒理学实验，同时在营养学和微生物学上也是安全的”。目前全世界已有42个国家批准辐照食品200多种，年市场销售总量达30万吨，食品辐照加工已列为国际重点推广项目。食品辐照与其他众多的食品保藏方法相比的优点在于：第一，可以杀菌、消毒，降低食品病原菌的污染。第二，食品的辐照处理是在常温下进行，特别适用于要保持原有风味的食品和含芳香性成分食品的杀菌和消毒。第三，能耗低，无毒物残留，无污染。第四，辐照鲜活食品可以促进早熟，抑制发芽，减少农产食品腐烂和损失。辐照相对于二溴乙烯化学保鲜方法有很大的优点，因为二溴乙烯会破坏臭氧层，在不久的将来将要被禁止使用。我国食品辐照于1958年开始，先后批准了18种辐照食品管理方法，制定了17种产品的辐射加工工艺标准。据不完全统计，我国累计辐照食品数量已近60万吨，年辐照的产品达10万吨左右，并且发展迅速，辐照食品已进入了商业化应用阶段。板栗是中国出口量很大的一种农产品，但是每年发霉、生虫造成的损失达50%，用加速器对板栗进行辐照，可使板栗不再发霉、生虫，在板栗产区建立辐照中心，一个辐照中心就可使板栗每年增收260万元，而投资只要280万元。我国有600个种植板栗的乡镇，市场需求很大。比板栗产量大得多的红枣、核桃等农产品同样有霉变、虫害的问题，在农业方面辐照加速器有着很大的市场。据估计，它的发展空间相当于我国汽车工业产值总和。三、核医学发展极为迅速辐射灭菌消毒的医疗用品种类很多，包括金属制品、塑料制品以及一次性使用的高分子材料医疗用品等共计上千种，中西药与化妆品也都可以采用辐射消毒灭菌，辐射消毒灭菌将取代常规的化学消毒方法，因为化学方法所采用的消毒剂环氧乙烷具有强的致癌效应，而要去掉这些残留物将大大提高成本，从而丧失市场竞争能力。美国从2000年开始停止使用化学消毒法，欧共体及其贸易伙伴自1991年起就明文禁止在医疗保健行业采用环氧乙烷、溴甲烷熏蒸法进行灭菌处理。我国也是1989年保护环境的“蒙特利尔议定书”的签约国。随着我国加入WTO，用辐射消毒彻底取代化学消毒灭菌法要在2005年完成，辐射消毒灭菌将成为主流，全世界医疗器械消毒年产值约为1200亿美元，其中美国占500亿美元，在发达国家中，医疗卫生用品的辐射消毒约占钴源装量的80%，而中国不足10%。2001年美国邮政部购买8台电子束加速器，每台价值500万美元，对每天通向政府重要机关的文件进行“杀毒”。俄罗斯、印度等国家，在“非典”发生期间，用紫外光和X射线来杀死SARS病毒已得到应用，美国已有单位研制出低能电子束加速器，它是可移动式，成本为几万美元，估计将来可降低为几千美元一台。核医学产业可以分为两个方面：第一，放射性药物，包括体内和体外的诊断药物和治疗药物。第二，放射性治疗和诊断装置，包括加速器、钴源装置、CT、NMR、PET等，诊断药剂约有100多种，其中最常用的是同位素Tc-99m，1996年在美国市场销售额为5.31亿美元，2000年为7亿美元，估计2020年可达160亿美元，核治疗药剂在美国1996年为0.48亿美元，2000年为0.62亿美元，预计2020年可达60亿美元。根据国内主要几家放射性药物生产单位所提供的数据统计，我国1998年核诊断药物的产值为1.5亿元，治疗药物约为3000万元，这两项与美国相差30倍以上。1995年全国正式注册生产和销售同位素的厂家有43家，生产70多种核素的800多个品种(主要是放射性药品，放射免疫试剂盒，放射性示踪剂和放射源)。2002年产值为4亿元，其中放射免疫盒为2亿元。在放射免疫药盒市场中面临着国外企业的很大的竞争对手。例如美国DPC公司在天津的德普公司，专门从事免疫药盒的分装，年产值7000万元，占领了三分之一的国内市场，预计2003年该公司的产值将达到1亿元。装源机(Brachytherapy)发展极为迅速，用于治疗癌症，将高比活度、小尺度的放射源(Ir-192，直径1mm)嵌入癌组织处，可以使治疗的时间从10-20小时减短为10-20分钟，并减少对其他正常组织的破坏。核医疗器械和装置在发达国家中也在不断完善、增加和更新。用于癌症放射治疗的装置，在发达国家中大约为100万人平均有一到两台，全世界约有2000台Co-60装置和6000台加速器，用于治疗处于人体内部深部位的癌组织，用直线加速器产生大于20Mev的电子和X射线杀伤癌组织。最新的治癌方法是采用质子和重离子，它的优点是可以更有效地破坏癌组织和减少副作用。如，用C-14离子束治癌已取得很好的效果，日本放射科学国立研究所对1100个骨、肝、肾癌的病例进行治疗，都获得了很好的治疗效果。据1990年统计，美国采用放射性药物的医院已有7000多个，共有γ相机和单光子断层扫描11000多台，每年接收放射性药物诊断和治疗的病人为2000万人次。日本采用放射性药物的医院有1100多个，共有γ相机和单光子断层扫描1700多台，每年约150万人次使用放射性药物。我国使用放射性药物的单位约为1000个，共有γ相机和单光子断层扫描约120台，每年病人约有100万人次左右。在全世界每年耗用的放射性药物中，美国约占1/3、日本1/25、中国1/200。医用电子直线加速器在全世界已接近1万台，美国有900多台，每年创造产值180亿美元；日本有2000多台；我国目前大约有400万癌症患者，拥有医用直线电子加速器尚不到100台；医学专家估计，我国至少需500台。核医疗器械至今还在继续发展，γ刀用于肿瘤的切除，手术精度可达到0.1mm。核医疗器械的国内市场绝大部分被国外产品占领，如不采取有力措施，情况会更为严重四、核技术在农业中的应用辐射育种:即利用γ、X、β射线或中子流等高能量的电离辐射处理植物的器官，使细胞内产生不同类型的电离作用,进而诱发产生可遗传的突变,从中选择和培育符合生产需要的新品种。辐射育种与常规育种比较，其主要特点为：①变异率高。一般可达1/30，比自然突变高100倍以上,甚至可达1000倍。②变异范围广。诱变产生的变异类型常超出一般，甚至会产生自然界中未曾出现的或罕见的新类型。其中有的具有利用价值，已为作物提早成熟、植株矮化、增强抗病性、提高蛋白质、糖分、淀粉的含量等创造了丰富的育种原始材料和基因资源。③变异稳定快。由辐射处理产生的变异,一般经3代即可基本稳定,而有性杂交大多要经4～6代才能稳定。辐射处理的方法分外照射和内照射两种。外照射是指被照射的种子或植株所受的辐射来自外部某一辐射源；方法简便、安全，可以大量处理。内照射是将辐射源引入被照射种子或植物某器官内部，常见的有放射性同位素浸种、放射性同位素注射（在茎、枝条、芽或子房部位施用放射性同位素肥料供植物吸收）以及向植物供给14CO2、使之通过光合作用同化到代谢产物中去诱发突变等。辐射处理的材料包括种子、花粉、子房、营养器官和整体植株。此外，还可照射愈伤组织，用于辐射诱变与组织培养相结合的研究领域（见诱变育种）。辐射不育治虫:原理是通过对防治对象(雄虫)某个虫态的辐照处理，使其生殖细胞的染色体发生断裂、易位，造成不对称组合，导致显性致死；而受照射的体细胞基本上不受损伤。由于辐照后的昆虫仍能保持正常的生命活动和寻找配偶，将经过辐照处理的不育昆虫在虫害地区连续大量释放，就可使其同正常昆虫进行交配而不产生后代。经过几代之后，自然种群因不育而数量减少，以致有可能完全消灭这一地区的虫种。此法不会造成环境污染，对人、畜和天敌无害，防效持久，专一性强，对消灭螟虫、棉铃虫等钻进植物体内隐蔽、药剂和天敌很难触及的害虫效果尤佳。γ射线、X射线、β射线及中子束都可用于照射，而以60Co放射源的γ射线最简便有效。但用高剂量辐照造成的不育昆虫因无法和自然种群争夺配偶，因而影响灭虫效果。近年来，改用亚不育或半不育剂量处理的害虫，可提高受照射昆虫竞争配偶的能力，通过遗传将辐射导致的细胞染色体易位变化传递给下一代，使95％以上的下一代害虫丧失生育力。如玉米螟雄虫经过这样的处理后，其子代可比亲代更为不育。此法虽不能在当代根除害虫，但可减少不育虫的释放量，使防治成本降低。因而在成虫期不危害作物的条件下释放半不育（其子代完全不育）雄虫，一般可比释放完全不育的雄虫取得更好的效果。世界上约有1/3的国家对上百种昆虫从事辐射不育的研究，已知有30多种害虫进入了中间试验或应用阶段。螺旋蝇、地中海果蝇、红铃虫等一些重要害虫用不育方法防治，都取得了重大成果。核农业技术的发展会成为