类似煤炭和石油,均是作为能源物质来提供能量,而同时煤炭和石油都可以作为生产化学品的基本原料,来服务我们的“衣食住行”。从核材料本身的角度来看,由于其独特的放射性,也可以在人类的生活中大放异彩。
1、核能的医疗用途
医用行业使用反射性核材料主要应用在临床诊断和治疗中,当然放射性和物质的使用需要反应堆、加速器、裂变产物中所提取,利用核反应堆中所含有的强大种子六轰击各种靶核,并将所产生的碘、碳、钵、锶、氟等元素物质应用到核素诊断以及体外示踪技术,在很大程度上可以提升医学临床诊断和治疗效果。通过加速粒子、氟核、质子等引起不同的核反应,并在此过程中将所生成的核素应用到临床诊断和治疗上,将核能的作用充分发挥出来[8]。
在医疗中常见的有γ射线和X射线。
伽玛射线[9](或γ射线)是原子衰变裂解时放出的射线之一。此种电磁波波长在0.01纳米以下,穿透力很强,又携带高能量,容易造成生物体细胞内的脱氧核糖核酸(DNA)断裂进而引起细胞突变,因此也可以作医疗之用。可以用来灭菌和放射治疗。
钴-60可作为γ射线源
伽马射线具有穿透性和对生物细胞的破坏作用,因此被用于对医疗用品、化妆品、香料进行灭菌。通常使用钴-60作为辐射源头,具有灭菌速度快、灭菌彻底,无化学残留无环境污染等优点,伽马射线立体定向放射治疗,又称为伽马刀,可用于对特定肿瘤患者的治疗。
伽马刀设备组成图,用于肿瘤患者的治疗。
我们在医院里面拍片子、胸透主要利用的就是X射线[10],伦琴研究这一射线并获得了1901年的诺贝尔物理学奖,它从诞生开始就被用于医学成像诊断。可以利用加速后的电子撞击金属靶来制造X射线,撞击过程中,电子突然减速,其损失的动能会以光子形式放出,形成X射线光谱的连续部分。
1895年,伦琴用X射线给他夫人的手拍了照片,这是人类历史上第一张人手X光照片。
X射线的用途主要是探测骨骼的病变,但对于探测软组织的病变也相当有用。常见的例子有胸腔X射线,用来诊断肺部疾病,如肺炎、肺癌或肺气肿。
此外,在一些药物中,还可以看到核能的影子,比如一种药物:云克,这里面含有微量的人造元素:锝-99。我收集了一盒[11],云克是锝[99Tc]与亚甲基二膦酸(MDP)的螫合物商品名,这是上个世纪六十年代的国产核素药物,被应用于类风湿性关节炎等各类疾病。
市面上唯一能收集到的含锝的制品,被用于治疗类风湿病。这一小瓶含有0.05微克的[99Tc]
2、核能的农业用途
核能在植物育种和遗传中也得到广泛的应用,比如将辐射诱变与育种技术有效结合,可以有效提升在农产业的产量。当前辐照育种主要包括内照射、外照射两种,通过核能以及来自外部的X射线源、γ射线源、中子源等进行辐射,后续发展到航天育种,将植物种子带到太空辐射带进行诱变,通过大量的实践研究,这种农业育种具有可信性、安全性,更能够改善育种的效果[8]。
空间诱变育种技术,利用返回式空间飞行器将农作物、微生物、植物种子等生物样本送入太空,利用太空微重力、强辐射、高真空、高洁净等特殊环境作为诱变因子,使生物产生遗传性变异,返回后再利用现代生物技术进行培育,筛选出性状优良的菌株或种子,形成规模化生产[12]。
将农作物、微生物等样品带到太空,进行辐射育种。 辐射诱变育种技术对农业生产的发展和农业现代化的建设起到了显著的推动作用。并且它还系统地积累了丰富的基础理论和方法学研究成果,使在“核农学”这门新兴学科中又逐步地形成一门分支学科——辐射诱变遗传学[13]。
3、核能的居住用途
看看你办公室里面的烟雾报警器,里面可能就用了放射性物质——镅-241,烟雾报警器里面用它作为α射线源,其产生的辐射通过电离室,当烟雾进入时,烟雾会吸收辐射出来的α粒子,改变流通的电流,触发警报。我收藏了一块这种电离式烟雾报警器[14],一个里面的活度不到0.8μCi,29.6kBq,如果按照1g镅的活度为3Ci粗略算一下,这个电离式烟雾报警器所含的镅不到0.27μg。
这是我收藏的一块电离式烟雾报警器,里面有极少量的镅-241,这种烟雾报警器非常廉价,被大量使用。
在上个世纪,含镭的化合物还被作为夜光材料使用。你可能在旧货市场上购买到这些产品,比如夜光手表,手表指针上的夜光材料可能就是含有镭。含镭夜光材料辐射性很强,对人体有很大的伤害,在“镭姑娘”[15]事件后,这种含镭的夜光材料才被禁止使用。
这种手表的表盘都涂满了含镭的夜光涂料
这种用镭装饰的夜光仪表盘一直到上世纪60年代还在生产,最终被换成了较安全的钷或氚。
4、核能的交通用途
最直接的其实就是利用X射线的安检仪,还有一种安检仪是毫米波扫描仪,这种是没有X射线的,关于安检仪是否对人体有损伤的讨论很多,一般在正常情况下,是安全的。
在对一些桥梁等交通基础建设的检测中,核能也有用武之地,比如金属探伤,可以用X射线或者γ射线来判断工件是否符合规格。
这是γ射线探伤机,里面内置了一块γ放射源,不要轻易地去打开它,更不要带走里面任何的一个零部件。
以上这些用途其实都是利用了原子的放射性,当然前面X射线其实也是属于原子能的一种,属于电离辐射。核能还有很多用途,比如还可以做年代鉴定(碳-14),同位素示踪技术等等,在早年一些煤炭、矿物的称重也是用放射源进行称重的,由于过于危险被淘汰了。有些技术有些产品被淘汰了,同时关于核能的有些新的产品和应用也不断在出现,这里就不一一而谈了。