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科学认识生活中的核

发布时间:2014-10-30 03:29 原作者:胡其峰、袁于飞   来自: 光明日报

今年是我国第一颗原子弹爆炸成功50周年。原子能技术虽为战争而生,其应用却远远超越了战争,为人类未来发展提供了更多的可能性。经过几十年的发展,“核”在人们生活中已无处不在,被工业、农业、医学、环保等领域广泛应用。但一些公众因为对核科学缺乏了解,往往谈“核”色变。近日,在“中国梦·科技梦——纪念中国第一颗原子弹爆炸成功50周年核科学技术展”展厅现场,出席中国科协主办的“科学家与媒体面对面”活动的中科院院士、中国核学会原理事长王乃彦等多位专家提醒公众——

王乃彦(中科院院士、中国核学会原理事长):辐射、放射性可以造福人民

核科学是跟放射性联系在一起的,很多核技术带有放射性,所以我们应该先正确认识什么是辐射。

辐射有三种,一种是α粒子,一个是β粒子,还有伽马射线,实际上还有一个中子,但很少被应用。一层厚一点的纸就可以把α粒子挡住,所以α粒子对人体没什么影响。第二种是β射线,带负电的电子,它的穿透力一般铝片就可以挡住。而伽马射线,就需要用混凝土的墙才能挡住了。

大家知道,原子是由原子核和电子组成的,原子核是由质子和中子组成的,如果原子核含的质子数不一样,含中子的数目不一样,就是放射性同位素,可以放射出一些射线。辐射的计量单位,我们通常用毫希伏,就是千分之一的Sv。

我们生活在地球上,每天都受到宇宙射线的照射,这是无法避免的,还有人工放射线,比如到医院做胸部的X光透视。辐射是否有害,得看剂量。核电厂周围的老百姓一年受到辐射0.01个毫希,从北京到欧洲乘飞机来回受0.02个毫希,我们吃水果、粮食、蔬菜,每年每人接受0.25个毫希左右,胸部做一次透视,每次有0.3个毫希,每天看两个小时电视,每年有0.01个毫希,每天抽20支香烟,有0.5个毫希。

现代生活中很多地方都离不开辐射,像消毒、保鲜、治疗疾病等。比如肉里面有大肠杆菌,不把它杀死,就会有很多传染病,通过伽马射线照射,可以达到目的。日本用大量辐射照土豆,因为如果土豆发芽,发芽的地方是有毒的,经过照射以后,土豆就不会发芽。很多癌症,如果发现得早,用伽马射线可以把癌细胞杀死。辐射可以育种,由于遗传性变异,可以产生出抗倒伏、抗病虫害的新种子。

日常碰到的辐射很多,我们要增强对辐射的认识,利用辐射造福于人民,要用科学的态度对待辐射,只要注意防护辐射,是完全可以保持安全状态的。

安继刚(中国工程院院士、清华大学教授):核技术的工业应用

核技术对工业生产也有很大帮助。比如核测控、核分析、核无损检测等。

工业中利用射线和物质相互作用,对加工过程进行控制,比如测厚度、测密度、测位置、测流量等。现在的钢品工业,不仅要测一个点厚度,还要测截面。举一个例子,测热轧钢板,1000摄氏度高温,还有400摄氏度横断面,测量钢板的速度是25米/秒,精度到千分之一,这是一个高端的工业测厚度的装备。

核技术还可以质谱分析,即通过测量运动带电粒子在磁场中的偏转而确定其质量,再依据测得的质量谱,分析样品。X荧光分析,通过测量样品被激发产生的特征X射线谱来确定其成分,灵敏度非常高。

核无损检测是现代工业中质量控制的关键。有各种辐射成像方法,能够提供直接观察的影像,来看内部是不是有缺陷或者内部构造。这在反恐、缉私领域都有用途。中国海关有一套集装箱检测系统,像一只眼睛,卡车集装箱过来,通过阵列探测器,利用射线技术给集装箱做CT,原理类似机场、地铁站的安检。汽油、水,密度不一样,性能就不一样,显示图像也就不一样。这种应用在海关部门立过大功。1999年12月,在福建马尾港装了第一套系统,查出一个集装箱的图像,报关时是非金属,但实际是计算机显示器,这个案主,就是赖昌星的远华公司。

田嘉禾(解放军总医院核医学科主任医师、教授):核素标记探针的应用

历史上,有好几位诺贝尔奖得主,都和放射有关系,比如说居里夫人、贝克勒尔、卢瑟福、德哈维赛、劳伦斯等。核医学的应用,现在最成熟的是用核素标记探针。因为放射性标记物有非常明显的高灵敏度,不会对人体产生任何影响,没有什么生理干扰。

一般是用低剂量做诊断,高剂量做治疗。举个例子,乳腺癌分成三类,分别是ER+、HER2+、阴性。我们用雌激素标记方法,尽管治疗只有几周,就可以看出有效无效。用核素的方法,能起到预后作用。在临床上就可以预先告诉你,哪个病人有转移,哪个病人没有转移,现在做得越来越细,用核医学方法,两周就可以告诉你,治疗是有效的还是无效的。

我们用核医学标记的探针,来显示疾病特定的分子,来提示临床进行正确治疗,改善病人的临床症状,这个价值已经被证实,还将继续被证实。

张锦荣(中国同位素与辐射行业协会副理事长):国内外核技术应用比较

国际上核技术应用产业处于快速发展阶段,全世界核技术产业化规模近万亿美元。美国核技术产业占到GDP的4%,日本和欧洲所占的比例是2%~3%。我国核技术应用产业规模1000亿元,核农业、辐射化工、辐射加工、医学、离子注入、射线装置以及同位素仪器仪表,跟我国的GDP相比,所占比例还非常低。

我国钴-60的装置,2014年6月统计数字是123座,实际装源约5800万居里,和美国相比1/3还不到。平均每个装置钴源装源量大概在30万居里左右,而美国这些发达国家都有几百万居里的装源量。

目前,我国的同位素绝大部分都依赖进口,包括辐射源、医学用的同位素。核医学的影像学非常重要,早期的γ相机,现在的PETCT,都是很高端的设备,我国的数量大概是美国的1/10。我国使用同位素的总量,还赶不上日本,发展空间非常大,不过我国发展的速度非常快,正以每年25%~30%的速度在发展。

可以预见,在今后十年或者更长时间内,我国核技术应用仍将快速发展,特别是在医学、新材料、食品安全、消毒灭菌、环保等领域,核技术将发挥更为突出的作用。

鲍矛(北京市射线应用研究中心主任、研究员):辐射在加工领域的应用

辐射加工,就是通过电离辐射,作用在被辐照的物质上,达到物理、化学或生物效应,起到保险、保藏、消毒灭菌或者材料改性的一种加工方法。根据辐射源的不同,主要包括三类。一类是γ射线,穿透能力非常强,另外是电子束,还有X射线。

辐射加工有几个优点,一是常温下进行加工,应用领域非常广泛。二是不破坏产品的外包装,因为是利用射线的穿透能力,不会造成二次污染,而且也会节约成本。三是不需要添加任何化学药物,无污染、无残留,是一种清洁加工的过程。四是自动化程度高、加工效率高,消毒灭菌彻底,是流水线式的连续加工,处理能力非常强。最后是工艺相对简单,容易控制。

辐射加工的应用现在比较多,一个是医疗用品、卫生用品,像一次性的口罩、帽子、注射器、采血器、输液器。另外是食品,现在食品辐照的量越来越大,增长比较快,目前我国关于食品辐射消毒、辐射灭菌有八个国家标准。国内的基本情况是,钴源装置有123座,加速器有380台(其中301台是国产的,进口有79台),总功率24000多千瓦,大部分用于材料改进,其中只有10余台用于食品辐射加工。

辐射食品没有安全性问题,多高的辐射都不会引起毒理学、营养学和卫生等问题。其实我们航天员吃的航天食品,就是超剂量的辐照食品,很安全。世界卫生组织作出结论,辐射食品就像用巴氏杀菌法消毒的食物一样安全,而且有益健康。

另外的应用就是药品、高分子改性材料等。目前发达国家大部分的医疗用品都是采用辐射消毒,这是目前对于医疗用品最先进、最好、最彻底的消毒方法,包括人工关节、骨骼、牙科材料、手术创口缝合等用品。

辐照灭菌的食品还可为宇航员和免疫缺陷症患者服务。宇航员食用无菌食品是为了避免污染外太空。免疫缺陷症患者食用无菌产品是为了不因食品引起感染。 

辐照技术还用于处理饲料,无菌饲料喂养医学实验的无菌动物;消毒饲料减少饲料中添加的抗生素以提高畜禽肉的质量。 

杀虫及抑制农作物发芽、延长保存期 
    中国是农业大国,农副产品在储藏中的损失巨大,被虫吃掉、霉变和发酵是主要原因。据《中国粮食储藏大全》记载,我国的储粮害虫有128种。辐照杀虫是很 成熟的技术,除此之外,辐照雄性昆虫,导致不育后,放归自然,与雌虫产生不能发育的卵,造成昆虫灭绝,此技术曾经在墨西哥、美国、智利等国家成功的用于杀 灭和控制地中海蝇。我国也曾用此技术以控制棉铃虫。

中国每年进口粮食2000多万吨,还有其他农副产品,IAEA鼓励各国家在进口检疫中使用辐照技术,我国在杜绝进口小麦中的矮星黑穗病中使用了辐照技术。今后,辐照技术在避免病虫害进口和处理进口农副产品中会大有作为。

实验证明,辐照能够明显降低种子的呼吸强度,从而推迟成熟期的到来,达到延长贮存期的目的;辐照还可以干扰农作物体中ATP的合成,使细胞核酸减少,从 而抑制生物体发芽。因此,抑制发芽和延长贮存期是辐射技术在农业上的应用。辐照土豆、大蒜,抑制发芽,在土豆大蒜的产区已被普遍应用。 
  此外,辐照酒以缩短醇化的时间是辐照技术的另一个应用,我国曾经做过大量的酒辐照的研究和商业化尝试。 

辐射化工 
  辐射化工是利用电离辐射作用于物质产生的化学变化达到材料改性目的的加工方法。这种方法的优点是:不需要催化剂,反应可以在常温下进行,而且,核能无污染、高效、节能。辐射化工产品涉及到电子通讯、电力交通、石油化工、航空航天和三废污染治理等诸多方面。 
   辐射材料改性依发生反应的种类不同而分为辐射交联、辐射聚合、辐射固化、辐射降解。辐射交联已产业化,其产品有电线电缆、热收缩产品、轮胎、聚烯烃发泡 材料、表面涂层固化、高分子PTC元件等。这些产品的产值占辐射化工年总产值的95%以上。辐射聚合的主产品是水性乳胶和离子交换膜,作为家具、木地板的 环保涂料有很好的产业化前景。辐射固化主要用于表面涂层加工,在一些国家已形成产业规模。辐射降解主要用于天然高聚物、废塑料、橡胶的再利用,由于成本较 高,尚未产业化。 
  在美国,辐射化工产品在军工中使用最早且用量最大,之后,逐渐发展到民用的通讯、电力、能源等市场。1998年北 美辐射硫化轮胎的产值达到135亿美元。在日本,辐射硫化的轮胎对日本的汽车工业有着极大的贡献。在亚洲地区,耐热线缆、热缩材料、轮胎也已形成了产业规 模。 
  我国辐射化工产业自80年代起步至今已有20余年了,目前,从事辐射化工生产和研究的机构有60多家,到2002年底,我国辐 射化工产品的产值已接近27亿,其中交联电信电缆和热收缩材料占辐射化工总产值的80%。与国外发达国家比,我国的辐射化工产业的规模小、产品种类少。在 我国经济迅速发展的背景下,辐射化工业存在着极大的市场空间,如:辐射交联电线电缆面对着新型建筑用线、汽车用线、船用线、电力电缆、核电站高性能电缆等 市场,热缩材料面对着信息化向农村的推进、国防事业的进步,医疗制度的改革、西气东输及国际石油管道的建设等市场,环保涂料每年有100万吨的需求。 
  除此之外,将辐射技术用于制造纳米材料是辐射技术的新应用,制造出的纳米金属等产品广泛应用于电子、医药、化工、军事、航天航空及生物医学中。 

三废处理 
   辐射火力发电厂烟道气脱硫脱硝,辐射能被烟道气中的水份、氧及氮吸收,生成的自由基可加速氧化反应,从而有效地消除烟道气中的污染物。辐射废水去除有机 氯和重金属,在很多国家都有这种示范工厂。德国、美国、日本、印度及阿根廷都建有钴-60污泥处理厂。韩国大丘印染联合业1998建立了辐射污水处理厂。 
  我国有2000多座火力发电厂可做辐射处理废气,有3000亿元的市场规模。此外医疗垃圾的辐射无害化处理也是三废处理的一个新的方向。 

毛皮、烟草、文物等的保存 
  使用辐射技术处理毛皮、烟草及文物,以达到延长保存期的目的。辐射烟草的目的主要是除霉菌,也有报道称,辐射处理过的烟草焦油量降低。毛皮及文物的辐射主要是杀灭各种微生物以阻止微生物对毛皮和文物的侵蚀。 
  总之,辐射加工是一种环保的、使用新型能源的、可广泛应用于各行业的技术,全面落实以人为本、全面协调可持续发展的科学发展观,必将为其开拓广泛的发展前景。 

原标题:科学认识生活中的核


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