核技术应用

核技术应用主要内容1.核技术应用概述2.工业上的应用3.农业中的应用4.其它方面的应用1核技术应用概述当前，核技术应用已在国防现代化建设、工业、农业(含粮食)、生命科学、材料科学、信息科学、环境保护和人民健康等方面发挥着重要作用。据统计，美国和日本的国民经济总产值中，核技术的贡献约占3-4%。美国核技术产生的年产值约为4500亿美元(其中核能部分约占20%，非核能部分约占80%)，日本约为1500亿美元(核能和非核能各占一半)。如果我国也按3-4%的比值测算，核技术应用的年产值应达到14000-18000亿人民币。这与我国当前核技术应用的产值相比，差约一个数量级。据不完全统计，我国核技术应用产业约为1200亿人民币左右。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。1.1核技术在基础研究中的应用•各种射线和粒子束与物质相互作用会使入射的初级射线和粒子的状态或参数发生变化，在有些情况下还会产生次级射线和次级粒子。这些变化和次级发射在很大程度上取决于靶物质本身的组成、结构和特性。因此，对于物理、化学、生物、地质、考古等学科所研究的各种实体与物质，射线与粒子束技术亦是有力的分析手段。通常我们将这类技术统称为核分析技术。核分析技术主要包括活化分析技术、离子束分析技术和超精细相互作用核分析技术三大类。1.1核技术在基础研究中的应用•除了核分析技术，40年代末在电子同步加速器上观察到的同步辐射，具有波长范围宽且可调、亮度高、准直性好、偏振性好、时间分辨好等优点，是形貌分析、微区分析、表面分析、动态分析的有力工具，成为加速器技术的重要应用之一。此外，离子注入、离子辐照损伤、离子束惯性约束聚变等技术也已成为材料科学、生命科学、能源科学的重要研究手段。1.2核技术在工业中的应用•核技术的工业应用始于20世纪50年代兴起的辐射加工。辐射加工利用60Co源产生的γ射线或电子加速器产生的电子束照射物料，可引起高分子材料的聚合、交联和降解，并可引起生物体的辐射损伤和遗传变异。辐射加工已被广泛用于制备优质电线电缆、热收缩材料、发泡材料、超细粉末、人造皮肤、高效电池隔膜、隐形眼镜等，以及木材与磁带磁盘的涂层固化、橡胶硫化、纺织品改性等领域。近年来食品辐射保鲜灭菌和医疗器具辐射灭菌也得到迅速发展。此外，随着同步辐射技术的发展，又出现了同步辐射光刻机和同步辐射精密加工技术，可以制造微型齿轮等微型零件。1.2核技术在工业中的应用•在无损检测技术中核技术占了很大比例并有显著优势。早期的射线探伤是用加速器产生的电子束打靶产生的X射线照射工件形成平面图像。70年代医用X-CT诞生后，80年代即出现了工业CT，并很快应用到热轧无缝钢管的在线测试、发动机检测、以至大型火箭的整体测试中。无损检测的一个成功例子是集装箱检查。我国已成功地研制出了基于加速器的和基于60Co源的集装箱检测系统，为海关缉私提供了强有力的工具。另一种重要的无损检测是中子照相，用其检测火药、继电器、发动机叶片等有很高的灵敏度和分辨率，在航天与航空工业和国防上有重要应用。1.2核技术在工业中的应用•此外，工业核仪表如厚度计、密度计、料位计、核子秤、火灾报警器等可在高温、高压、酸碱腐蚀等环境中工作，可以不接触、不破坏被测对象，这是其它仪表所不及的。世界上石油勘探中有三分之一是核测井完成的。1.3核技术在医学中的应用•核技术在医学中的应用，主要可分为两个方面：一个是放射诊断，另一个是放射治疗。•（此处不作详述，专章见后）1.4核技术在农业中的应用•辐射诱变育种技术是核技术农业应用的主要领域，业已取得了巨大的经济效益。据2000年统计，全世界育成新品种已超过2000个。自20世纪80年代以来，传统的γ射线辐照育种已逐渐被中子和离子束辐射育种所取代。•辐射加工技术可用于农产品的保存，如谷物杀虫和抑制发芽等。•昆虫辐射不育防治技术是现代生物防治害虫方法中唯一有可能灭绝害虫的有效手段，在防治农作物病虫害方面已开始发挥作用。1.4核技术在农业中的应用•食品辐照与其他众多的食品保藏方法相比，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。•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。•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。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。1.5核技术在环境治理中的应用•在环境保护方面，辐照技术是三废处理的有力手段。发电厂和供热锅炉排入大气的SO2和NOx是环境污染的主要原因之一。在待排放的烟道气中喷入氨水并进行电子束辐照，脱SO2率可达95%，脱NOx率可达80%，且其副产品可做化肥。进一步的研究表明，电子束辐照烟气还可以达到减排CO2的效果。对污水进行辐照处理不但可以消毒，还可以同时清除聚合物杂质，降低有机氯含量。辐射技术还可用于处理活性污泥和医院废物。此外，核分析技术在环境检测评价中也有重要应用。2.1工业应用—核子密度计•用途：各种料液浓度的在线检测和控制。也可通过密度而间接测定出料液中某种成分的含量、以及两种物料的本比等。例如：选矿工艺中矿浆和浮选液浓度的在线检测和控制；油田和石油化工过程中油品含水率的测定；选煤厂选煤液密度的检测和控制；化工厂酸、碱、盐的浓度以及各种成分配比的在线检测；造纸厂纸浆浓度的测定和控制；江河中水流含沙量的测定。核子密度计工作原理•核辐射密度计采用放射密封源作为低能γ射线源，放射源安装在被测管道的一侧，探测器安装在被测管道的另一侧（对边），放射源发出的射线穿过被测容器的壁及介质到达探测器，射线的强度随所穿通的物体的密度而变化，密度越大，γ射线被衰减的程度越大，而穿过待测物体的γ射线被探测器接收，探头将接受到的γ射线转换成一定幅度的电脉冲信号送到主机，从而利用射线强度和吸收物体密度之间的关系测量和控制生产过程。2.2工业应用—核子(皮带)秤•原理：利用物料对γ射线的吸收原理。放射源发出的γ射线穿过穿透输送机上的物料后，强度减弱，物料越多，减弱的程度越大，探测器接受的射线强度也减少，根据探测器输出脉冲数变化，就可以测出输送机上物料的多少。如果同时测出输送速度，则物料对速度之积分就是单位时间传送物料的重量。2.2工业应用—核子(皮带)秤•原理：朗伯-贝尔定律：F=K×Ln(Ui/Uo)。式中：K-物料标定系数；F-皮带上物料负荷(kg/m)；Uo-没有物料时，γ射线探测器的输出电压；Ui-有物料时，γ射线探测器的输出电压；用测速传感器可测出皮带输送机的速度Vi；物料瞬间流量：P=F×Vi；物料累计量：W=∑P=∑(F×Vi)秤组成：1——源部件：产生射线的装置，包括射线源和防护铅罐2——支架3——传感器：由电离室、前置放大器和恒温装置组成4——测速装置5——主机：计算、显示、打印和输出控制信号基本测量原理•放射源稳定的放出射线。在支架构成的范围内呈扇形，照射到输送机上，输送机上的物料吸收一部分射线，其余的照射到探测器上，因放射源发出的射线为常数，因此探测器探测的射线的多少，可反映输送机上物料的多少。2.3工业应用—料位计原理：检测γ射线穿透料仓或管道中物料后的强度，根据射线强度的变化来计算、判断物料的料面水平，控制物料的输送。放射源安装在料仓或管道的一侧，探测器安装在另一侧。几种安装方式2.3工业应用—料位计•用途：用于工业过程中对料位和液位进行定点检测和报警控制，适合于各种恶劣环境下长期使用。也可用于对运动状态的设备和工件进行定位检测或定位控制。更可推广应用到对运动物体的速度和长度、宽度进行非接触式检测。如可用于矿山、煤炭、电力、钢铁、冶金、水泥、化肥、化工等系统进行料位上下限的检测和报警控制；可用于矿车、料斗油罐等的灌装控制，运输车、斗的遥控定位。高温、高压、腐蚀性液体的液位控制。食品、饮料自动生产线的罐装自动控制等。2.4工业应用—测厚仪•原理：依据被测物质对放射性同位素放出的γ或β射线的吸收强度与物质质量厚度成线性关系的规律，通过测量透过物质的γ或β射线强度来测定被测物的厚度。公式•I=I0exp(-µmρd)•I0——穿过被测物前的辐射强度；•I——穿过被测物后的辐射强度；•µm——质量吸收系数（cm2/g）；•ρ——被测物的密度（g/cm3）；•d——被测物的厚度（cm）。测厚仪的特点•同位素测厚仪能在线、非接触式的测量导体非导体的厚度，测量精度高而且量程大。•具有较强的扩展性和高精度的模拟数字转换电路。•可以进行计算机远程控制，可视化界面操作，以及相应的数据处理。测厚仪的应用•同位素测厚仪常用于钢带、有色金属带材、造纸、塑料薄膜等的生产线自动控制。•同位素测厚仪使用的放射源常为β射线源和γ射线源，如147Pm、85Kr、90Sr、241Am、137Cs，一般为Ⅳ或Ⅴ类源。轧制铜带造纸2.5工业应用—在线自动检测系统•X射线检测设备是利用低能X射线与被测物质相互作用后，射线强度随检测物料变化而变化的原理，以控制检测灌装液体和固体物料容量等情况。由于它的非接触测量方式，从根本上解决了常规方法无法测量生产流水线上灌装液体、固体物料容量的难题。故广泛应用于食品、医药、化工、烟草、武器弹药等包装物料流水线的在线自动控制。对保证产品质量，提高经济效益具有重要意义。液位漏气缺标检测仪满箱检测仪百事可乐灌装线可口可乐灌装线卷烟重量控制系统烟箱缺条检测仪2.6工业应用—水分仪是一种新型的非接触式的物料水分在线检测设备，与红外线、电容和微波技术产品相比，具有高度的适应性和明显的抗干扰能力，提高了测量精度和可靠性。采用先进的核分析技术，使水分测量不受物料成分、形状、粒度、颜色、松散度、渗透水率、导电性等各种参数的影像。2.6工业应用—水分仪•中子水分测量仪原理由中子源（241镅—铍）发射出5-10Mev的高能快中子，与物质（土壤、煤炭、木材等）中的水分发生慢化作用，产生热中子。He3计数管对热中子进行探测计数。水分越大产生的热中子越多，即水分值与探测到的热中子成正比。2.6工业应用—水分仪•用途：用于工业生产过程中各种物料水分含量的在线连续检测。可用于钢铁、建材、水泥、铸造、玻璃、陶瓷、煤炭等行业对料斗、料仓中或各种输送机输送过程中的物料水分进行在线式连续检测，并能输出控制信号实现生产过程的闭环自动控制。2.7工业应用—核测井核测井技术是随着当代核技术的发展和石油、煤炭、地质矿产等对核测井技术发展的需要而迅速发展起来的尖端测井技术之一。随着人工放射源技术、传感器技术、测量技术、信息处理技术与计算机技术的发展，核测井技术目前仍处在飞速发展之中。2.7工业应用—核测井核测井的优点：核测井揭示的是岩石的核物理性质，即岩石中各种核素微观特性的宏观表现，它深刻地反映着岩石的本质；对测量条件有广泛的适应性，能在含有各种井内流体的裸眼井、套管井中对各种不同类型的储层进行有效测量；能提供大量具有不同物理实质的参数，且大部分参数不可能用其他方法获得，即具有不可代替性。2.7工业应用—核测井核测井的发展1896年贝克勒尔发现了自然放射性，随后发展了γ射线探测仪器和探测技术，到1935~1939年自然γ测井得到市场的确认，成为当时唯一的核测井方法；1932年查德维克发现中子，随后科学界研究了中子与物质的相互作用和中子探测技术，1941年以后中子测井成为代表核测井技术的测井方法；1945年发现了核磁共振现象，1949年出现核磁测井技术，1988年研制出第一套MRIL样机，1990~1995年核磁测井得到市场的普遍确认。散射γ能谱测井示意图散射γ能谱测井利用源发出的射线与物质的相互作用引起的射线强度的变化和诱发的特征能谱加以确定物质的