辐照技术及应用

核科学技术学院核辐射技术及应用NuclearRadiationTechnologyandApplication辐照技术：利用等射线照射物质，产生物理化学反应，使其达到预期效果。主要有工业，农业，医疗方面的应用，如用于食品保鲜和贮存，农作物育种和花卉变异，大蒜、柑桔、栗子等农产品和香肠、腊肉的保鲜，医疗用品的灭菌消毒，辐射化工，塑料热缩管的辐照交联等。常用辐照源：钴-60，铯-137,电子加速器，同步辐射。,,,x农业应用辐照技术1.辐射育种基本原理：辐射作用于生物体，导致生物遗传性状的基因发生突变，从而使生物特征特性发生变异，通过人们有目的定向选择，使这种对生产有力的变异得以稳定，从而培育成新品种。特点：具有打断性状间紧密链锁，实现基因重组、突变频率高、突变类型多、变异性状稳定和方法简便等。辐射育种中常用到的辐射源外照射：射线，质子，中子。内照射：磷-32，硫-35，碳-14。关键：辐照剂量的确定。以水稻为例，突变频率高低与辐射能量，水稻品种的辐射敏感性有关。因此必须根据这两条依据确定不同水稻品种的适宜诱变剂量。育种范围：植物的种子、花粉、无性繁殖器官、组织培养物和活体植株；动物材料包括禽蛋、鱼卵以及微生物等。,,X全世界辐射育成品种500多个。中国至1986年已育成突变品种243个，种植面积超过1.4亿亩，如浙江的“原丰早”水稻，黑龙江的“黑龙19号”大豆，宁夏3号等作物品种都已大面积种植。获得了大量具有利用价值的早熟、矮秆、抗病、抗逆、优质及其他特异突变体，为育种工作提供了大量的遗传种质资源。在水产方面用辐射育成了抗寒力强、生长快的“非洲鲫鱼”。我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。“鲁棉一号”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。2.辐射保藏食品工作原理：利用某种电离辐射源（γ射线、X射线或电子束射线）发出的射线来照射食品从而引起食品中的一系列化学或生物化学反应达到抑制发芽、推迟成熟、延长货架期、杀虫、杀菌或灭菌的效果。这种保藏方法也称为辐射保藏，用这种方法处理的食品称为辐射食品。辐照食品的剂量问题辐照剂量(kGy)0.1~0.180.2~0.50.3~1.00.35~2.80.95~95~10辐照效应抑止发芽杀虫抑止成熟及霉烂延长货架寿命巴斯德灭菌（加热菌）去污染辐照食品的卫生安全性辐照食品可以吃吗？辐照食品是否会引起营养损失？长期食用辐照食品会不会影响健康？辐照食品会不会产生新的放射性？辐照食品不具有新的放射性(Eγ5Mev)辐照前后食品中的主要营养成份的变化：蛋白质、氨基酸、脂肪、维生素等的改变和营养成分的利用率与其他保藏方法相差不大。辐射食品的毒理学研究：试验证明辐射食品不影响人和动物的生长、生育能力，正常代谢，也无致畸和突变作用。1980年11月，世界三个国际组织，即联合国粮农组织（FAO），世界卫生组织（WHO）与国际原子能机构（IAEA）的联合专家委员会总结了30多年来辐照食品卫生性研究的结果，得出结论：任何食品的辐照，直到总体平均剂量10kJ／kg，都没有毒理学危害，也不会引起特殊的营养学或微生物学问题。因而这样辐照的食品不必再进行毒理学试验。这一建议和结论在1983年已被联合国食品法规委员会（CAC）批准。这一结论为辐照食品的实用化与民营商业化铺平了道路。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。调味品熟食品据联合国粮农组织（FAO），世界卫生组织（WHO）与国际原子能机构（IAEA）1995年9月25日公布，世界上38个国家已批准的辐照食品有538种，包括我国批准的18种：苹果、生杏仁、稻谷、扒鸡、熟肉制品、果脯、大蒜、荔枝、蜜桔、蘑菇、洋葱、花生、猪肉、马铃薯、中国香肠、薯干酒、番茄、花粉。标明辐照食品的国际符号辐射保藏技术的优越性射穿透能力强适用性广辐射处理是一种冷加工技术节省能量无化学残毒大大延长产品的保质期3.消灭害虫用辐射源照射幼虫，使其失去生育能力，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”。日本曾在久米岛对螺旋蝇运用过这一战术。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。工业应用辐照技术1.聚合物的辐射交联聚合物的辐射交联就是在一定剂量的辐射作用下，聚合物大分子间形成化学键（即横键或交联键），导致分子量增加，并使聚合物的线状分子互相结合，把线状分子结构转变成热固性聚合物那样的网状大分子结构。这样，聚合物原有的性质就会有很大的改变。这个反应过程称为辐射交联反应（如图所示）。辐射交联反应主要有自由基机理和离子机理两种。辐射交联反应聚合物交联后，由于分子结构变成了网状大分子结构，导致物理、机械等性能发生一系列重大变化。例如：聚乙烯是在辐射作用下发生交联作用最简单的聚合物，也是迄今研究得最完善的聚合物。聚乙烯经辐照后耐热性能提高，扩张强度增加，耐裂性能得到改善。已实现工业生产的交联聚合物多半是以聚乙烯为核心的交联热塑性聚合物的品种，特别是辐射交联耐热电线、热收缩管和热收缩膜的生产实现工业化较早，被认为是工业应用辐照技术成功应用的几个典型范例。辐射交联电线电缆:已有三、四十年的历史了，利用高能射线、特别是利用高能电子束照射电线和电缆，改善其物理性能，而获得的高质量电线电缆产品。低温阻燃柔软热缩细管：具有低温热收缩、阻燃、柔软的特点，并具有优良的绝缘、防水、防潮、密封等性能。用于电线端部及连接部的绝缘、保护和补强，接线端子、焊点的保护、绝缘，非耐温型电子元件的绝缘保护。热缩管的应用-端子头热缩管的应用-包套热缩管的应用3-电线包敷各种颜色、规格的热缩管材2.聚乙烯泡沫塑料用辐射交联的方法可以制造聚乙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯的泡沫塑料。其中聚乙烯泡沫既可绕曲又有一定的刚性。其生产过程是把聚乙烯、发泡剂、添加剂混合均匀、压片辐照、然后发泡成型。聚乙烯经辐射交联后才有一定强度，能将分解气体包埋住，产品具有独立的微细气孔，表面柔滑美观、加工性能好，并具有优良的耐腐蚀性、消冲击性、绝缘和绝热性能。由于一般使用加速器电子束能量3-5MeV，最大可穿透1.5mm厚的聚乙烯片材，采用片材多次通过辐射场的办法，可加工出具有优良性能的聚乙烯泡沫塑料。泡沫塑料已广泛用于建筑、包装、汽车等座垫，救生及装饰等，可作为保温、绝缘、抗震、隔障等材料。3.核孔膜具有一定能量的重离子能够穿透塑料膜，在塑料膜上造成损伤，留下了痕迹，若将这些痕迹进行化学腐蚀，则可扩大形成直径为微米量级的一致性很好的微孔。这些微孔的直径和密度都可进行控制。若将具有这些微孔的薄膜用于过滤，则是一种很好的过滤材料；若在薄膜上由大量的微孔组成一个图案，在可见光线下，由于微孔的衍射和折射，人眼观察将得到一个视觉效果为白色的图案，非图案区则保持透明状态。由于图案是由微孔组成的，微孔可以透气透水，若用有颜色的液体去涂抹，图案区将被着色，留下一个彩色的图案。上述基本原理是微孔防伪的基础。应用该技术已经研制出了显形、隐形，以及微孔防伪与激光防伪、彩色温变油墨防伪、电话电码防伪等多重防伪技术结合在一起的系列微孔标识。4.辐照去污污水通常是采用“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，正在研究采用铯-137进行照射的方法，以代替价格比较昂贵的钴-60。但是铯-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。5.电子束辐照烟道气净化电子束辐照烟道气时，电子束的能量绝大部分被烟道气中的主要成分氮，氧，水和二氧化碳吸收，形成活性物质如OH,O和H2O,有水时把SO2和NOX分别氧化成H2SO4和HNO3。1972年开始，日本开始广泛的进行电子束辐照脱硫除硝的基础研究和半工业试验。6.化学药品合成使用高能γ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γ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γ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，重要的化学制品聚乙烯也是由钴的γ射线轰击乙烯而产生的。7.木材塑化加工经γ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γ射线。这束γ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。医疗应用辐照技术1.医疗用品辐射灭菌医疗用品辐射灭菌是一项新技术，比蒸汽或环氧乙烷（Eto)灭菌法有许多优点：辐射灭菌可在室温下进行，适用于热敏感的塑料制品、生物体和药物；辐射穿透力强，杀菌均匀彻底，大量采用经辐射灭菌的一次性使用的医疗用品，可避免交叉感染降低发病率；辐射在灭菌物品中无残留毒物；辐射灭菌速度快，操作简便，稳定可靠。据预测，这种消毒灭菌方法将逐步取代常规的化学消毒方法。原因在于化学法所采用的消毒剂环医疗用品消毒灭菌的特点：冷消毒消毒灭菌彻底无污染工艺简便快速节约能源，处理费用较低医药制剂中药原料医疗用品辐照消毒2.辐射抗生素菌种诱变在菌种细胞中含有遗传物质—脱氧核糖核酸（DNA），染色体是一个连续的DNA大分子和结合在它骨架上的许多蛋白质组成的DNA—蛋白质纤丝。基因是包含一定遗传密码、具有特定功能的DNA分子的片段。电离辐射可以在DNA中引起不同类型的损伤，可以使染色体在结构与数量上发生变化，发生断裂和错接所产生的变异，是染色体畸变，还可以使DNA内一对或少数几对碱基发生改变而因引起基因性质的变化，是基因突变。