核技术应用发展

2019/8/261核技术应用发展及其防护陈志副教授E-mail:[e-mail]电话及传真：0551-6360614215209840358中国科学技术大学核科学技术学院2019/8/2622主要内容核技术发展概述；核技术的物理基础与支撑技术；射线和粒子束技术及其应用；放射性核素技术及其应用；核技术应用过程中的防护；事故案例；补充事项。2019/8/263核技术发展概述核技术大事记；核技术的地位；什么是核技术；核技术的应用领域。2019/8/264核技术大事记1896年贝可勒尔发现铀的放射性质1895年伦琴发现X射线铀矿石世界上第一张X光照片1898年居里夫人发现钋和镭唯一一位在两个不同学科领域、两次获得诺贝尔奖2019/8/2651923年Hevesy首先用天然放射性212Pb研究铅盐在豆科植物内的分布和转移。提出“tracer”的概念。1928Geiger&Muller提出测定电离辐射的方法，盖革、弥勒发明了为电离辐射计数的盖革-弥勒计数器。豆科植物盖革计数器1930年劳伦斯制成的第一台回旋加速器回旋加速器1932Anderson发现positron(正电子)，J.Chadwick发现neutron(中子)。威尔逊云室核技术大事记2019/8/2661942年EnricoFermi在芝加哥大学展示第一个核子反应堆（我国19？？）。1945年原子弹（我国1964）。1934年，约里奥·居里和伊丽芙·居里第一次得到人工放射性物质，EnricoFermi利用中子产生放射性同位素。天然放射性同位素只有40几种，而今人工制造的放射性同位素已达1000多种。1938Hahn等发现235U核裂变。1939PierreCurie和Fermi发现链式核反应。核技术大事记2019/8/2671948Hofstadter开发用于Gamma探测的碘化钠晶体，scintillationcounter诞生。1952氢弹（我国1967）。1955核潜艇（我国1971）1957核电站（美国60MW）,（我国1983秦山一期开工，自主设计）。……………………………2013我们一起学习核技术。……………………………核技术大事记2019/8/268核技术的地位是现代科学技术的重要组成部分；是当代最主要的尖端技术之一；是社会现代化的标志之一。在当代高新技术(6项)中，占有重要份额。电子信息技术、生物技术、新材料、新能源、海洋技术、航天技术。2019/8/2691）电力系统11）高速公路2）汽车12）航天3）飞机13）因特网4）自来水14）成像技术5）电子技术15）家用电器6）无线电和电视16）保健设施7）农业机械化17）石油化工8）计算机18）激光和光纤9）电话10）空调制冷20）高性能材料20世纪最伟大工程技术成就-20项美国工程技术界评出2000/10/1119）核技术2019/8/2610社会经济效益显著。1993年，美国核技术的非动力应用对美国经济的贡献达到2570亿美元，是核电的3.5倍，占美国GDP的3.9％，并创造了370万个就业岗位，是核电的3.5倍。2004年，中国核技朮总产值400亿元人民币。随后5年达到1000亿元人民币，并长期保持在15％以上的增长速度。核技术的地位2019/8/2611什么是核技术？核技术能干什么？2019/8/2612什么是核技术？什么是核技术？核技术是基于原子核科学基础知识、粒子加速与射线产生的原理和方法，利用射线与物质相互作用而产生的物理、化学或生物效应为人类各项事业服务的交叉学科领域。核技术是核科学的技术应用，是当代最新的尖端技术和社会现代化的标志之一。--国家自然科学基金委员会核技术是以核物理、辐射物理、放射化学、辐射化学和核辐射与物质相互作用为基础，以加速器、反应堆、核辐射探测器和核电子学为支撑技术的综合性很强的现代科学技术。---罗顺忠《核技术应用》粒子加速器技术、核探测技术与核电子学、射线与粒子束技术、放射性核素等统称核技术122019/8/2613什么是核技术？广义的核技术具体的核技术历史上的核技术目前的分类研究和应用与“核”有关的技术核武器、核能源、核动力、…..军用核技术、民用核技术核武器——核变(裂变、聚变)及生化效应核能与核动力(核工程)——反应堆、热工核技术(非动力核技术)——同位素与辐射技术2019/8/2614核技术的应用领域军事科学研究考古工业农业核医学环境核技术核技术诊断与辐照治疗辐射育种、辐射不育防治虫害和同位素示踪等。检测与分析,辐射加工通过测定碳-l4的浓度测定文物、化石、煤炭等的年代。环境污染治理和分析检测我国的10MeV直线感应加速器中国第一颗原子弹爆炸烟云核物理和放射化学等基础研究。优化的EDTMP结构2019/8/2615核技术的物理基础与支撑技术射线和粒子束与物质的相互作用；粒子加速器技术；核探测技术；其它支撑技术。2019/8/2616射线和粒子束与物质的相互作用射线和粒子在介质中被散射或吸收阻止、其能量逐步损失；物质在射线和粒子束的作用下产生电离、激发、溅射、次级射线或次级粒子发射等物理效应；这些研究一方面提供了核结构信息,另一方面也为研制核探测器、防护辐射危害、以及开展各种核技术应用工作打下了基础。2019/8/2617粒子加速器技术•自20世纪30年代初开始,倍压加速器、静电加速器、射频超导直线加速器、回旋加速器等陆续发展起来。•加速器技术在多学科研究、国民经济、医学、国防等方面也得到了日益广泛的应用。2019/8/2618核探测技术•核探测技术是高能物理及核物理实验研究的基础,也是核技术的重要支撑技术。•通常的核探测器主要包括气体探测器(利用射线或粒子束在气体介质中的电离效应探测辐射)、闪烁体探测器(利用射线或粒子束在闪烁体中的发光效应进行探测)及半导体探测器(利用射线或粒子束在半导体介质中产生的电子空穴对在电场中的漂移来探测辐射)。•诺贝尔物理奖获得者丁肇中领导研制的α磁谱仪，使命是寻找宇宙中的反物质和暗物质,并对宇宙中各种同位素的相对丰度和高能量光子进行精确的测量。2019/8/2619其他支撑技术核电子学；辐射源与放射性核素制备技术；辐射剂量学和辐射防护技术。2019/8/2620射线和粒子束技术及其应用在基础研究中的应用；在工业中的应用；在医学中的应用；在农业和环境保护中的应用。2019/8/2621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。2019/8/2622核分析技术X射线荧光分析(ED、WD、TR)粒子诱发荧光分析（P、e）微束（微区）分析中子活化分析粒子束分析背散射分析2019/8/2623核分析技术——X射线荧光分析2019/8/2624核分析技术——中子活化分析把极少量的待分析样品经中子源照射后，不同的核素变成其对应的放射性同位素，这些放射性核素一般发生β衰变或轨道电子俘获（E.C）.放出一定能量的强度的射线。通过测量这些射线的能量和强度，从而就可确定出待测元素的种类和含量。。2019/8/2625核分析技术——离子束分析背散射KEEMMMMM1022122112212[(sin)cos]1965年出土，该剑长期埋于地下,仍光彩夺目,非常锋利。说明在2500多年前,我国的冶炼业已经相当发达。复旦大学曾在80年代利用PIXE（质子X荧光分析）方法测试了越王勾践的佩剑成分，表明其主要成分为铜和锡，并有少量的铁和铅。核分析技术—离子束分析（越王勾践剑）黄花纹黑花纹核分析技术—越王勾践剑2019/8/2628核分析技术——离子束分析含砷头发大气污染2019/8/2629核分析技术——离子束分析核反应分析利用特定的核反应，测定反应产物；2019/8/2630矿泉水2019/8/2631在工业中的应用辐射加工；无损检测；工业核仪表。2019/8/2632辐射加工技术的定义是用于工业、农业等部门的实用技术。它基于辐射作用下物质的物理性质、化学性质或生物性质发生暂时性或永久性的变化。322019/8/2633辐射工艺(辐射加工)食品保鲜：g辐照灭菌辐射消毒：g辐照灭菌辐射育种：g辐照导致遗传基因变异。重离子辐照辐照治疗：放射性治疗辐照交联：辐照活化辐照降解：辐照活化电子脱硫、脱硝辐射加固342019/8/26辐射交联聚乙烯热收缩缠绕带辐射交联聚乙烯防水帽2019/8/2635γ射线辐照装置采用的最多的是：60Co或137Cs；具有以下特性：较强的穿透能力；较长的半衰期；较高的比活度；生产和运输费用低。电子束辐照装置能量小于或等于10MeV的电子加速器的任何设备都没有感生放射性，各种加速器的主要不同在于电子束的加速方式和所需高压的产生方式。辐照器的类型2019/8/2636辐照加工应用技术的优点节能和环境保护；可在常温，甚致低温下进行加工；反应速率与产量易于控制，产品性能优异；产品纯净，无添加剂和残留物，这对生物医学产品尤为重要；可引发固态反应，补充常规方法之不足；可用快速度加工，提高产量。362019/8/2637辐照加工应用技术的缺点一次性投资较高，如工业电子加速器少则1—2百万元，多则上千万元不是一般企业能承受的；与常规方法竞争激烈，常规方法能胜任的加工工业，辐照法很难发展；多数人在心理上对放射性有排斥性，这在目前或多或少妨碍了核技术的顺利发展。372019/8/2638工业CT的应用无损检测质量控制、物件的组成、结构、材料等精密器件的内部探伤安全检测集装箱安全检测航空箱检测打击走私2019/8/2639集装箱CT2019/8/2640福来尔轿车透视图上图：水平透视图；下图：垂直透视图汽车内部结构扫描2019/8/2641CT截面扫描图左图：前轮部位；右图：后轮部位从中可以清晰看出前轮部位减震器弹簧、轮胎等的结构截面，后轮部位的备胎、车厢等截面也很清晰。2019/8/2642卡车扫描图象2019/8/2643集装箱检测2019/8/2644集装箱和车辆检测系统FixedPositionTruckScannerMobileTruckandCargoScanner2019/8/2645安全检测物性判别：汽油、炸弹等危险物品例如，同是液体的水和汽油的密度分别是1.0和0.7，很容易区分。航空箱的断层图像箱中有3个塑料瓶子,里面灌满了汽油(左瓶)、水(中瓶)或是一半汽油一半水(右瓶)。从图中可以清晰看到瓶中不同性质液体的灰度明显不同。此外,在一盒黄油脂内埋藏一块肥皂,利用断层图像也能轻易分辨出来。图中两个灰度不同的圆分别显示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的截面。此图像充分表明CT检测系确实具备了物性判别的功能。2019/8/2646安全控制质量控制小型X射线检测系统2019/8/2647XCT2019/8/2648X射线行李包检查系统482019/8/2649X射线行李包检查系统工作原理：一束经经过准直器的非常薄的x射线束穿过输送带上的被检物品，X射线被被检物品吸收，最后轰击安装在通道内的探测器。探测器把X射线转变为电信号，这些很弱的电流信号被放大，并送到信号处理机箱作进一步处理。当被检物检查时，非常薄的扇形x射线束一线一线地扫过被检物，相当于对被检物进行切片。图象采集系统收集并存储每一扫描线的图象信息，而得到了被检物的整个图像信息。49502019/8/26核技术应用与辐射防护γ射线探伤内部缺陷对于金属材料与工件，特别是承受高压、高温、高速运转及易爆