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1、第第5章章 核技术在当今社会的广泛应用核技术在当今社会的广泛应用 核技术在工业领域的应用核技术在工业领域的应用核技术在工业领域的应用核技术在工业领域的应用 核技术在食品卫生领域的应用核技术在食品卫生领域的应用核技术在食品卫生领域的应用核技术在食品卫生领域的应用 核技术在农业领域的应用核技术在农业领域的应用核技术在农业领域的应用核技术在农业领域的应用 核技术在环境保护领域的应用核技术在环境保护领域的应用核技术在环境保护领域的应用核技术在环境保护领域的应用 放射性示踪放射性示踪放射性示踪放射性示踪 核分析、检检测核分析、检检测核分析、检检测核分析、检检测 实用举例实用举例实用举例实用举例1核技术在
2、工业领域的应用核技术在工业领域的应用 辐射加工：辐射加工：辐射加工：辐射加工： 利用电离辐射与物质的相互作用，使物质的品质或性利用电离辐射与物质的相互作用，使物质的品质或性利用电离辐射与物质的相互作用，使物质的品质或性利用电离辐射与物质的相互作用，使物质的品质或性能得以改善或合成新产品的技术。能得以改善或合成新产品的技术。能得以改善或合成新产品的技术。能得以改善或合成新产品的技术。 辐射作用：辐射作用：辐射作用：辐射作用： 物理效应物理效应物理效应物理效应 化学效应化学效应化学效应化学效应 生物效应生物效应生物效应生物效应 广泛应用：广泛应用：广泛应用：广泛应用：辐射改性：聚烯烃材料的辐射交联
3、与降解（分子结构辐射改性：聚烯烃材料的辐射交联与降解（分子结构辐射改性：聚烯烃材料的辐射交联与降解（分子结构辐射改性：聚烯烃材料的辐射交联与降解（分子结构改变）改变）改变）改变） 电线电缆，热收缩材料，泡沫塑料电线电缆，热收缩材料，泡沫塑料电线电缆，热收缩材料，泡沫塑料电线电缆，热收缩材料，泡沫塑料表面涂层固化：液体涂料迅速固化成膜技术表面涂层固化：液体涂料迅速固化成膜技术表面涂层固化：液体涂料迅速固化成膜技术表面涂层固化：液体涂料迅速固化成膜技术2核技术在食品卫生领域的应用核技术在食品卫生领域的应用 食品的消毒保鲜技术食品的消毒保鲜技术食品的消毒保鲜技术食品的消毒保鲜技术 原理：直接作用或间
4、接作用消灭食物中的微生物或原理：直接作用或间接作用消灭食物中的微生物或原理：直接作用或间接作用消灭食物中的微生物或原理：直接作用或间接作用消灭食物中的微生物或病菌，控制代谢，减少腐败。病菌，控制代谢，减少腐败。病菌，控制代谢，减少腐败。病菌，控制代谢，减少腐败。 特点：特点：特点：特点：杀菌种类广泛：以食物为载体的病菌：杀菌种类广泛：以食物为载体的病菌：杀菌种类广泛：以食物为载体的病菌：杀菌种类广泛：以食物为载体的病菌： 沙氏门菌，大肠杆菌，链球菌沙氏门菌，大肠杆菌，链球菌沙氏门菌，大肠杆菌，链球菌沙氏门菌，大肠杆菌，链球菌易于规模化生产易于规模化生产易于规模化生产易于规模化生产不改变外观和口
5、感，不含添加剂不改变外观和口感，不含添加剂不改变外观和口感，不含添加剂不改变外观和口感，不含添加剂3安全性问题：安全性问题： 国际原子能机构国际原子能机构(IAEA),联合国粮农组织联合国粮农组织(FAO),世世界卫生组织界卫生组织(WHO)1980年公报：年公报： 平均吸收剂量在平均吸收剂量在10kGy以下的辐照食品，无毒性，以下的辐照食品，无毒性，也不会引起营养学和微生物上的任何问题。也不会引起营养学和微生物上的任何问题。前景：前景： 主要障碍来自消费者心理主要障碍来自消费者心理核技术在食品卫生领域的应用核技术在食品卫生领域的应用4核技术在食品卫生领域的应用核技术在食品卫生领域的应用 医疗
6、卫生用品器具的辐照消毒医疗卫生用品器具的辐照消毒医疗卫生用品器具的辐照消毒医疗卫生用品器具的辐照消毒传统的消毒方法：传统的消毒方法：传统的消毒方法：传统的消毒方法： 加热消毒法：耗能高，消毒不彻底加热消毒法：耗能高，消毒不彻底加热消毒法：耗能高，消毒不彻底加热消毒法：耗能高，消毒不彻底 一次性使用医疗用品：塑料，乳胶等热敏材料，一次性使用医疗用品：塑料，乳胶等热敏材料，一次性使用医疗用品：塑料，乳胶等热敏材料，一次性使用医疗用品：塑料，乳胶等热敏材料，使用环氧乙烷气体的化学消毒法使用环氧乙烷气体的化学消毒法使用环氧乙烷气体的化学消毒法使用环氧乙烷气体的化学消毒法辐照消毒：辐照消毒：辐照消毒：辐
7、照消毒： 优点：消毒灭菌彻底，操作简便安全优点：消毒灭菌彻底，操作简便安全优点：消毒灭菌彻底，操作简便安全优点：消毒灭菌彻底，操作简便安全 现状：国外产值现状：国外产值现状：国外产值现状：国外产值250250亿美元；亿美元；亿美元；亿美元； 市场占有率市场占有率市场占有率市场占有率30305辐照源与辐照装置辐照源与辐照装置 放射性核素源：放射性核素源：放射性核素源：放射性核素源： 6060CoCo：T T1/21/2：5.275.27年；年；年；年； E E :1.17MeV; 1.33MeV:1.17MeV; 1.33MeV 137137Cs: TCs: T1/21/2：30.230.2年；
8、年；年；年； E E : 0.6 : 0.6 MeVMeV; ; 以以以以CsClCsCl的形式存在，自吸收的形式存在，自吸收的形式存在，自吸收的形式存在，自吸收严严重重重重 电电子加速器：子加速器：子加速器：子加速器： 10 10MeVMeV以下的以下的以下的以下的电电子束子束子束子束6核技术在农业领域的应用核技术在农业领域的应用 辐射育种：辐射育种：辐射育种：辐射育种： 利用电离辐射处理作物种子，花粉或植株等材料，诱使遗传利用电离辐射处理作物种子，花粉或植株等材料，诱使遗传利用电离辐射处理作物种子，花粉或植株等材料，诱使遗传利用电离辐射处理作物种子，花粉或植株等材料，诱使遗传物质发生改变，
9、导致有关形状的变异，然后通过选择和培育物质发生改变，导致有关形状的变异，然后通过选择和培育物质发生改变，导致有关形状的变异，然后通过选择和培育物质发生改变，导致有关形状的变异，然后通过选择和培育使有益的变异遗传下去，达到改良和创新品种的目的。使有益的变异遗传下去，达到改良和创新品种的目的。使有益的变异遗传下去，达到改良和创新品种的目的。使有益的变异遗传下去，达到改良和创新品种的目的。 防止和根除害虫防止和根除害虫防止和根除害虫防止和根除害虫 化学杀虫剂的有限性：土壤污染；害虫耐药化学杀虫剂的有限性：土壤污染；害虫耐药化学杀虫剂的有限性：土壤污染；害虫耐药化学杀虫剂的有限性：土壤污染；害虫耐药
10、原理：原理：原理：原理： 辐射不育法导致辐射不育法导致辐射不育法导致辐射不育法导致“ “以虫灭虫以虫灭虫以虫灭虫以虫灭虫” ”的生物防治的生物防治的生物防治的生物防治7核技术在环境保护领域的应用核技术在环境保护领域的应用烟道气体除硫净化：烟道气体除硫净化： 电子束技术处理烟道脱硫脱氮电子束技术处理烟道脱硫脱氮 烟道废气主要成分：烟道废气主要成分：SO2和和NOX ， 在高能电子束作用下，净化，在高能电子束作用下，净化， 生成硫酸铵和硝酸铵（农业化肥）生成硫酸铵和硝酸铵（农业化肥） 100MW媒电厂，副产品化肥的产量：媒电厂，副产品化肥的产量：2470kg/h8 放射性核素的示踪放射性核素的示踪
11、示踪剂示踪剂(TRACER): 一种带有特殊标记的物质，当一种带有特殊标记的物质，当它加入到被研究对象中后，人们可根它加入到被研究对象中后，人们可根据据其其运动和变化来洞悉原来不易或不运动和变化来洞悉原来不易或不能辨认的被研究对象的运动和变化规能辨认的被研究对象的运动和变化规律律。9放射性示踪放射性示踪定义：定义： 将可探测的放射性核素添入化学、将可探测的放射性核素添入化学、生物或物理系统中，标记研究材料，生物或物理系统中，标记研究材料，以便追踪发生的过程、运行状况或研以便追踪发生的过程、运行状况或研究物质结构等的科学手段。究物质结构等的科学手段。10放射性示踪法的特点放射性示踪法的特点 灵敏
12、度高灵敏度高灵敏度高灵敏度高FF可探测可探测可探测可探测1 1 nCinCi, 10, 10-14-14 1010-13 -13 g gFF化学分析只能达到化学分析只能达到化学分析只能达到化学分析只能达到1010-9 -9 g g 测量简便、易分辨测量简便、易分辨测量简便、易分辨测量简便、易分辨FF不受非放杂质干扰，不受非放杂质干扰，不受非放杂质干扰，不受非放杂质干扰，活体研究，体外测量活体研究，体外测量活体研究，体外测量活体研究，体外测量 提供原子、分子水平的研究手段提供原子、分子水平的研究手段提供原子、分子水平的研究手段提供原子、分子水平的研究手段FF微观作用机理、微观作用机理、微观作用机
13、理、微观作用机理、动态变化过程动态变化过程动态变化过程动态变化过程 合乎生理条件合乎生理条件合乎生理条件合乎生理条件FF不扰乱体内生理过程的平衡状态不扰乱体内生理过程的平衡状态不扰乱体内生理过程的平衡状态不扰乱体内生理过程的平衡状态 能能能能定量定位：组织器官、细胞、亚细胞水平定量定位：组织器官、细胞、亚细胞水平定量定位：组织器官、细胞、亚细胞水平定量定位：组织器官、细胞、亚细胞水平11放射性示踪剂的特性放射性示踪剂的特性化学性质完全相同化学性质完全相同 同位素化学性质相同，可正确反映研究对象在同位素化学性质相同，可正确反映研究对象在物理、化学和生物过程中的性质和行为物理、化学和生物过程中的性
14、质和行为核素的放射特性不改变物质的物理和化学性核素的放射特性不改变物质的物理和化学性质质12放射性示踪法在生物化学研究的应用放射性示踪法在生物化学研究的应用T T1/21/2=14.3=14.3天天 电子能量电子能量1.7 1.7 MeVMeV 举例：研究植物对磷肥的吸收过程举例：研究植物对磷肥的吸收过程 31P （稳定）稳定） 13核分析与核检测技术核分析与核检测技术 定义：定义：定义：定义： 核分析方法是利用中子，光子和带电粒子与物质的核分析方法是利用中子，光子和带电粒子与物质的核分析方法是利用中子，光子和带电粒子与物质的核分析方法是利用中子，光子和带电粒子与物质的原子或原子核相互作用，采
15、用核物理实验技术，探测和原子或原子核相互作用，采用核物理实验技术，探测和原子或原子核相互作用，采用核物理实验技术，探测和原子或原子核相互作用，采用核物理实验技术，探测和研究物质的成分和结构的方法。研究物质的成分和结构的方法。研究物质的成分和结构的方法。研究物质的成分和结构的方法。 分类：分类：分类：分类： 活化分析活化分析活化分析活化分析( (Activation Analysis)Activation Analysis) 离子束分析离子束分析离子束分析离子束分析( (Ion Beam Analysis)Ion Beam Analysis) 核效应分析核效应分析核效应分析核效应分析( (Nuc
16、lear Effect Analysis)Nuclear Effect Analysis)14核分析与核检测技术核分析与核检测技术核分析技术的优点和特点：核分析技术的优点和特点：p灵敏度高灵敏度高p准确度好，误差小，不破坏样品的宏观结构准确度好，误差小，不破坏样品的宏观结构p可多元素同时分析可多元素同时分析p易于自动化和原距离控制易于自动化和原距离控制151 1 1 1 核分析特点核分析特点核分析特点核分析特点 在近代科学的发展中，人们十分重视材料的研究和发展。在近代科学的发展中，人们十分重视材料的研究和发展。在近代科学的发展中，人们十分重视材料的研究和发展。在近代科学的发展中，人们十分重视材
17、料的研究和发展。许多材料的重要的物理性能和化学性能与材料中的许多材料的重要的物理性能和化学性能与材料中的许多材料的重要的物理性能和化学性能与材料中的许多材料的重要的物理性能和化学性能与材料中的痕量杂痕量杂痕量杂痕量杂质元素质元素质元素质元素、晶体的缺陷晶体的缺陷晶体的缺陷晶体的缺陷和和和和微观结构微观结构微观结构微观结构有关。人们发展了许多物有关。人们发展了许多物有关。人们发展了许多物有关。人们发展了许多物理的和化学的分析方法，对元素成分、物质结构以及杂质理的和化学的分析方法，对元素成分、物质结构以及杂质理的和化学的分析方法，对元素成分、物质结构以及杂质理的和化学的分析方法，对元素成分、物质结
18、构以及杂质浓度体分布和表面层的形貌特征等进行测量和表征。这些浓度体分布和表面层的形貌特征等进行测量和表征。这些浓度体分布和表面层的形貌特征等进行测量和表征。这些浓度体分布和表面层的形貌特征等进行测量和表征。这些分析方法同样也适用其它领域。分析方法同样也适用其它领域。分析方法同样也适用其它领域。分析方法同样也适用其它领域。 核分析方法是其中的一种，它的出现和广泛的应用对传统核分析方法是其中的一种，它的出现和广泛的应用对传统核分析方法是其中的一种，它的出现和广泛的应用对传统核分析方法是其中的一种，它的出现和广泛的应用对传统的化学的、物理的方法是一个挑战，的化学的、物理的方法是一个挑战，的化学的、物
19、理的方法是一个挑战，的化学的、物理的方法是一个挑战，具有高灵敏、快速和具有高灵敏、快速和具有高灵敏、快速和具有高灵敏、快速和不破坏样品等特点，有时，不破坏样品等特点，有时，不破坏样品等特点，有时，不破坏样品等特点，有时，“非核莫属非核莫属非核莫属非核莫属”，是一种不可替，是一种不可替，是一种不可替，是一种不可替代的特殊的分析技术。这是和平利用核科学和核技术的重代的特殊的分析技术。这是和平利用核科学和核技术的重代的特殊的分析技术。这是和平利用核科学和核技术的重代的特殊的分析技术。这是和平利用核科学和核技术的重要方面。要方面。要方面。要方面。162 2 2 2 什麽是核分析什麽是核分析什麽是核分析
20、什麽是核分析 核分析：核分析：核分析：核分析：利用核辐射粒子利用核辐射粒子利用核辐射粒子利用核辐射粒子与物质的原子或原子核相互作用，与物质的原子或原子核相互作用，与物质的原子或原子核相互作用，与物质的原子或原子核相互作用，采用核物理实验技术获得可观测信息，分析研究物质材料采用核物理实验技术获得可观测信息，分析研究物质材料采用核物理实验技术获得可观测信息，分析研究物质材料采用核物理实验技术获得可观测信息，分析研究物质材料成分和结构的方法。成分和结构的方法。成分和结构的方法。成分和结构的方法。 核粒子：核粒子：核粒子：核粒子： 中子、中子、中子、中子、 射线、射线、射线、射线、 粒子、粒子、粒子、
21、粒子、 粒子、正电子、质子、粒子、正电子、质子、粒子、正电子、质子、粒子、正电子、质子、以及加速器出射的其它粒子。以及加速器出射的其它粒子。以及加速器出射的其它粒子。以及加速器出射的其它粒子。 相互作用：相互作用：相互作用：相互作用：主要是电磁作用主要是电磁作用主要是电磁作用主要是电磁作用 ，以及核力作用。，以及核力作用。，以及核力作用。，以及核力作用。 核分析方法大量出现、发展和广泛应用起始于上世纪核分析方法大量出现、发展和广泛应用起始于上世纪核分析方法大量出现、发展和广泛应用起始于上世纪核分析方法大量出现、发展和广泛应用起始于上世纪60606060年年年年代。加速器和反应堆等大型仪器设备从
22、核物理实验专用设代。加速器和反应堆等大型仪器设备从核物理实验专用设代。加速器和反应堆等大型仪器设备从核物理实验专用设代。加速器和反应堆等大型仪器设备从核物理实验专用设备备备备“解放解放解放解放”出来，有条件用于应用方面的研究。出来，有条件用于应用方面的研究。出来，有条件用于应用方面的研究。出来，有条件用于应用方面的研究。173 3 核分析分类核分析分类1 1 1 1） 离子束分析离子束分析离子束分析离子束分析 卢瑟福背散射分析卢瑟福背散射分析卢瑟福背散射分析卢瑟福背散射分析 沟道技术分析沟道技术分析沟道技术分析沟道技术分析 核反应分析核反应分析核反应分析核反应分析 质子质子质子质子x x x
23、x荧光分析荧光分析荧光分析荧光分析2 2 2 2） 活化分析活化分析活化分析活化分析 中子活化分析中子活化分析中子活化分析中子活化分析 带电粒子活化分析带电粒子活化分析带电粒子活化分析带电粒子活化分析3 3 3 3） 核效应分析核效应分析核效应分析核效应分析 穆斯堡尔效应分析穆斯堡尔效应分析穆斯堡尔效应分析穆斯堡尔效应分析 正电子湮没技术正电子湮没技术正电子湮没技术正电子湮没技术 扰动角关联扰动角关联扰动角关联扰动角关联 核磁共振核磁共振核磁共振核磁共振4 4 4 4） 超灵敏质谱分析超灵敏质谱分析超灵敏质谱分析超灵敏质谱分析 18现代化工业生产的尖兵 核分析与核检测1 何谓核检测？ 利用放射
24、性与核测量仪器，传感过程参量信息，达到对过程的了解和控制。2 核检测特点 高度准确可靠 能在恶劣环境工作 不可替代3 应用 工业生产自动化：监测炼钢质量 橡胶 铝箔 纸张厚度 工业及国防无损探伤：检查喷气发动机 炼钢炉 检查道路表面和里面的密度 管道焊接的强度 烟雾报警器 等 19料位测量：料位测量：利用射线辐射强度的变化，可测量密封式的罐装利用射线辐射强度的变化，可测量密封式的罐装生生 产过程的料位指示，如油罐、化学溶剂、制酪、酿酒、罐产过程的料位指示，如油罐、化学溶剂、制酪、酿酒、罐头、食糖以及矿石、水泥、石灰、煤炭的装载和运输头、食糖以及矿石、水泥、石灰、煤炭的装载和运输厚度测量：厚度测
25、量：利用射线的吸收法及反射法测量板式材料和不易利用射线的吸收法及反射法测量板式材料和不易移动的装置，如钢铁、金属、橡胶、造纸等生产过程的厚度和移动的装置，如钢铁、金属、橡胶、造纸等生产过程的厚度和均匀度测量均匀度测量密度测量：密度测量：用于工业、造船、飞机等大部件探伤，化学塑料、用于工业、造船、飞机等大部件探伤，化学塑料、盐开采、污水等半液态生产过程监测盐开采、污水等半液态生产过程监测水分湿度测量：水分湿度测量：从中子散射法或慢化法探测从中子散射法或慢化法探测H可知水含量，可知水含量，用于铸造、玻璃、陶瓷、混凝土等化学工业生产及粮食储藏的用于铸造、玻璃、陶瓷、混凝土等化学工业生产及粮食储藏的水
26、分探测水分探测质量测量：质量测量：测量物质的特征测量物质的特征X射线，确定存在元素的成分及射线，确定存在元素的成分及含量，可用与分析合金、矿石、海关检测、刑侦。含量，可用与分析合金、矿石、海关检测、刑侦。201 1） 火灾报警火灾报警放射性同位素烟雾报警器广放射性同位素烟雾报警器广泛用于火灾泛用于火灾早期报警早期报警，寒暑，寒暑昼夜每时每刻都在监视着周昼夜每时每刻都在监视着周围的烟火动静。避免火灾围的烟火动静。避免火灾 救救人性命。人性命。21 火灾报警器基本构造火灾报警器基本构造 241241Am Am 放射源放射源 + + 电离室电离室 + + 电流灵敏电子仪器电流灵敏电子仪器+V 电电流
27、流表表 放射源放射源241Am火灾报警器火灾报警器222 2） 海关缉私检查海关缉私检查X射线集装箱检查系统射线集装箱检查系统扫描装置扫描装置控制舱控制舱图象检查舱图象检查舱辐射防护设施辐射防护设施X射线源射线源 6 MeV 电子直线加速器电子直线加速器100 mm 钢板后钢板后 分辨率分辨率 1.5 mm最大穿透力最大穿透力 300 mm通过率通过率 25个个40 英尺标准集装箱英尺标准集装箱/小时小时233 3） 完成困难任务完成困难任务内窥检爬机内窥检爬机管线焊缝管线焊缝 管内异物管内异物 锅锅炉内壁炉内壁 等等 工业无损探伤机工业无损探伤机航天航空航天航空 造船造船 冶金冶金 石油石油
28、化工化工 高压容器高压容器 等等地面湿度测量仪地面湿度测量仪24133Xe-地下管道检漏25人类生存发展与核科学人类生存发展与核科学复习、总结及期末考试复习、总结及期末考试第第1章章 原子核与放射性原子核与放射性三个重大发现三个重大发现原子核的结构原子核的结构放射性衰变放射性衰变 3类主要衰变类型的性质类主要衰变类型的性质放射性量度和单位放射性量度和单位27第第2章章 核能利用与核武器核能利用与核武器核武器原理及核电原理核武器原理及核电原理核武器与核电反应堆的相同与不同核武器与核电反应堆的相同与不同核武器与核电的原材料核武器与核电的原材料核电的安全保障系统核电的安全保障系统核电与能源及环境核电
29、与能源及环境28第第3章章 电离辐射与健康电离辐射与健康粒子与物质相互作用过程粒子与物质相互作用过程辐射产生生物效应的机理辐射产生生物效应的机理天然辐射和人工辐射天然辐射和人工辐射辐照防护三原则辐照防护三原则 外辐照和内辐照的防护外辐照和内辐照的防护29第4章 放射诊断治疗与核医学诊断技术诊断技术治疗技术治疗技术 ( 刀刀, X刀刀)核医学核医学显像技术：平面、立体、断层、动态显像技术：平面、立体、断层、动态常用设备名称含义与概念常用设备名称含义与概念 （XCT, ECT, SPECT, PET等等)30第第5章章 核技术在当今社会的广泛应用核技术在当今社会的广泛应用 核技术在工业领域的应用核
30、技术在工业领域的应用核技术在工业领域的应用核技术在工业领域的应用 核技术在食品卫生领域的应用核技术在食品卫生领域的应用核技术在食品卫生领域的应用核技术在食品卫生领域的应用 核技术在农业领域的应用核技术在农业领域的应用核技术在农业领域的应用核技术在农业领域的应用 核技术在环境保护领域的应用核技术在环境保护领域的应用核技术在环境保护领域的应用核技术在环境保护领域的应用 放射性示踪放射性示踪放射性示踪放射性示踪 核分析、检检测核分析、检检测核分析、检检测核分析、检检测 实用举例实用举例实用举例实用举例31关于期末考试的说明关于期末考试的说明考试时间：考试时间：2009年年11月月22日（星期一日（星期一） 19：00 20:30考试地点：考试地点： 3-404教室教室考试方式：开卷考试方式：开卷试题类型：问答题试题类型：问答题比重：比重：70分分3233Thank you34
