核科学百年讲座第五讲辐射化学与辐射加工
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核科学百年讲座
第五讲 辐射化学与辐射加工
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付 滔 许甫荣 郑春开
(北京大学物理学院 北京 100871)
摘 要 介绍辐射化学和辐射加工的发展与应用,以及基本原理,侧重介绍辐射加工在高分子辐射交联改性、食品的辐照处理和医疗用品消毒等方面的应用.关键词 辐射化学,辐射加工
Nuclear science in the 20th century ———radiation chemistry and radiation processing
FU T ao X U Fu 2R ong ZHE NG Chun 2K ai
(School o f Physics ,P eking Univer sity ,Beijing 100871,China )
Abstract The application of nuclear science and technology to chem istry has led to tw o im portant subjects ,radi 2ation chem istry and radiation processing ,which are playing im portant roles in many aspects of science and society.W e review the development and major applications of radiation chem istry and radiation processing ,including the basic physical and chem ical mechanisms inv olved.
K ey w ords radiation chem istry ,radiation processing
3 国家自然科学基金(批准号:10075070)资助项目
2002-11-19收到初稿,2003-01-14修回
通讯联系人.E 2mail :frxu @https://www.360docs.net/doc/0115137352.html,
辐射化学(radiation chemistry )这个名称是由
Burton M 在1942年正式提出的,它是研究电离辐射与物质相互作用所产生的化学效应的化学分支学科.现在已知的辐射诱导化学变化主要有:辐射聚合、辐射合成、辐射分解、辐射降解等.辐射加工(ra 2diation processing ),就是利用放射性源(如60C o ,137
Cs ),或加速器产生的射线束(如γ射线、电子束、离子束),对物体进行加工处理.在此过程中,电离辐射和物质相互作用引起化学、物理和生物效应,使得物质的品性得到改善或者合成新的产品.辐射加工的应用范围十分广泛,目前主要涉及的领域有:辐射制备加工新材料、食品的保藏、医用器具的消毒处理以及工业三废的处理等.
1 辐射化学和辐射加工的发展
1895年,伦琴发现了X 射线.1896年,贝克勒尔
观察到铀的放射性射线引起的照相底片乳胶的化学变化.紧接着玛丽亚?居里和丈夫皮埃尔?居里从沥青铀矿中发现了放射性元素镭和钋,为辐射化学的研究提供了最早的辐射源.后来,随着中子的发现,加速器和反应堆的建成,射线的研究与应用不断地往前推进.早期辐射化学的研究对象主要是气体、水和水溶液,后来才慢慢转向固体和有机化合物的辐射效应,目前的重点是放在高分子材料辐射合成和改性上.
第二次世界大战之后是辐射化学蓬勃发展的时期.在这一阶段中,生产和科学技术迅速发展,为辐射化学的研究创造了极为有利的条件.另外辐射化
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学本身也渗透到其他学科和技术领域,再加上人们对和平利用原子能的重视,这一切都使辐射化学的研究得以迈开大步向前发展.20世纪50年代初,人们在高分子化学领域中取得突破,发现了辐射交联和辐射接枝.60年代以来,辐射化学逐渐应用在工业上.这个时期是辐射加工兴起的时期,某些成果已经投入了工业生产和商业化.在60年代后期,有几十个国家都建立了从事辐射应用和辐射加工的专门研究机构.70年代,随着高分子辐射化学的发展,一个新兴的工业领域———辐射加工逐渐形成.到80年代末,全世界辐射加工的年产值已经接近国民经济总产值的千分之一左右.1982年,全世界用于辐射加工的电子束装置有300多台,强钴源装置有110多个.
我国辐射化学及其应用的研究,始于20世纪50年代末和60年代初,最初是研究核工艺中的萃取剂和离子交换剂的辐射稳定性.当时辐射化学研究已经有了一定的基础,试制的少量产品,其质量已经超过了其他工艺制备的同类产品.在改革开放以后,辐射化学和辐射加工工艺在我国有较快发展,目前辐射加工产业已经初具规模.
辐射加工技术能得到如此迅速的发展,还在于其自身特有的优点,因此在现代工业社会中深受欢迎.辐射加工工艺的几个独特优点有:⑴节能;⑵可以在常温甚至低温下进行加工;⑶穿透力强;⑷易于控制;⑸产物中没有残毒和废物;⑹加工的速度快、规模大.
2 基本原理
2.1 辐射的种类
高能射线的种类有很多,主要分为四种类型: (1)重带电粒子;(2)快速电子;(3)高能光子;(4)中子.高能射线因性质不同而拥有各自的应用领域.重带电粒子的穿透能力不强,而且难以廉价地大量获得,所以目前不适合于辐射加工.中子容易引起核反应,产生的放射性元素会使加工的产品受到放射性感染,这样显然达不到一般辐射加工的要求.目前辐射加工中用到的主要是放射性核素源放出的γ辐射和电子加速器引出的电子束流,这两种辐射通常合称为核辐射或者致电离辐射.它们的能量范围在几十keV至10MeV之间,高出10MeV会产生核反应,使产品受到放射性污染,而过低则不会诱发明显的辐射效应.2.2 辐射与物质的相互作用
γ射线是放射性同位素蜕变时放射出来的一种波长极短的电磁波,它和物质的作用类型主要有三种[1]:⑴光电效应;⑵康普顿-吴有训效应;⑶电子对产生效应.
2.2.1 光电效应
光电效应最早是赫兹在1887年发现的.当光束照射在金属表面上时,有电子从金属表面跑出来,这就是通常所说的光电效应.1905年爱因斯坦用量子理论解释了光电效应.光具有波动和粒子二重性,所以可称为光子.当光照射到金属表面时,光子会与金属中的电子发生碰撞,电子可以吸收一个光子,获得光子的能量,运动动能增加,从而可以逃逸出金属表面,并具有一定的逸出速度,实验可以测量到逃逸出来的电子.
2.2.2 康普顿-吴有训效应
1922年,康普顿等人在X射线实验中,将单色X射线投射到石墨上,发现沿不同方向散射的X射线都包含有两种不同波长的成分:一种波长与入射X射线的波长相同;另一种波长则比入射X射线的波长更长,并且波长的改变量与散射角度有关.康普顿等人用光量子论解释了这种现象.在轻原子中,电子与原子核结合不很强,相对于能量较高的光子(如能量大于0.2MeV)来说,可以看成是自由的.光子射入物质时,与电子发生碰撞(或称散射),把一部分能量转移给电子,使电子运动动能增加,而光子损失部分能量,从而观测到波长变长的散射X射线.康普顿-吴有训效应是能量在0.2—2MeV的光子通过物质时能量损失的主要方式之一.当光子的能量较低时,通过物质时能量损失主要为电离吸收.
2.2.3 电子对产生效应
当能量较高的γ光子掠过原子核附近,在原子核的库仑场作用下,γ光子会转换为正、负电子对,满足电荷守恒.这一过程称为电子对产生过程[1].γ光子的电子对效应满足能量守恒,光子能量的一部分转化为正负电子对的静止质量,一部分转化为核或电子的反冲能量,其余部分转化为正负电子的动能.在电子对产生的过程中,原子核一方面提供强烈的库仑场,一方面吸收光子的动量,从而使整个过程动量守恒.
60C o源的γ射线的平均能量为1.25MeV,水和有机物组成元素的原子序数比较低,所以60C o的γ射线和低原子序数物质相互作用时,主要发生的是康普顿-吴有训效应.在这个过程中,具有中等能量
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的γ光子与原子外层电子发生弹性碰撞,形成反冲电子和散射光子.反冲电子以很高的速度在物质中运动,并且通过电离和激发作用把能量传递给介质,诱发辐射化学过程.电离辐射和物质相互作用首先产生激发分子和离子,它们再经过所谓的次级过程进行吸收能的再分配,最终形成自由基或稳定产物.
3 辐射源
辐射源作为提供电离辐射的基本设备,按照产生辐射的方式可以大致分为三种类型:放射性核素
γ辐射源、加速器、反应堆和中子源.目前在辐射加工领域应用最为广泛的是前两种辐射源.3.1 放射性核素γ辐射源
常用的γ辐射源有60C o 和137Cs.目前在工业上应用最广的还是60C o 源.在60C o 核衰变时产生能量为1.17MeV 和1.33MeV 的两种γ射线,半衰期是5.25年,每月放射性下降10%左右,这使得辐射源需要经常补充、更新.137Cs 发出的γ射线能量为016MeV ,半衰期为30.2年,因此不必像60C o 源那样经常更换.由于137Cs 源存在着射线利用率低和易引起放射性污染等缺陷,因而它在工业上的应用不如60C o 源普及.
γ辐射源可靠性高,制造简单,γ射线的穿透能力强,这些都是它的优点所在.现在大规模γ源用于工业化处理的地位已经确立.3.2 加速器
加速器是一种利用电磁场加速带电粒子获得高能射线的装置.比起γ辐射源来,它具有自己的优点,例如产率高、能量利用率高和可控制性好.不过加速器产生的带电粒子束穿透能力比γ射线要弱.但是从长远发展来看,加速器作为主要辐射源是今后发展的趋势,目前大多是因为其价格高昂而限制了在工业上的应用.
4 辐射加工的主要应用
4.1 高分子辐射交联改性4.1.1 概况
辐射技术在高分子材料改性方面有着很高的应用价值[1],从20世纪50年代开始就在某些领域里形成产业,其中应用最为普遍、经济和社会效益最为明显的要属高分子交联产品.
辐射交联是两个高分子链上邻近自由基之间的二聚反应.经过交联以后,线性结构的高分子化合物会形成网状立体型结构,会具有很多优良的特性.以聚氯乙烯为例,它是一种用途广泛的通用塑料,应用于建筑、轻工、化工、电器、电线及电缆等领域.它的主要缺点是耐温性和耐磨性比较差,这些缺点限制了聚氯乙稀的适用范围.不过经过交联以后,上述缺点将得到有效的克服,耐温等级会显著提高,耐老化性、耐磨性和耐化学性也将同步提高.
交联的方法主要有两种:一种是传统的化学交联法,另一种则是新型的辐射交联法.与化学交联相比,辐射交联工艺简单、能耗低、产率高和无污染,具有更广阔的工业应用前景.4.1.2 基本原理
辐射交联的机制是自由基反应.经过辐射以后,聚合物的C C (碳碳)键断裂,形成了自由基活性中心.多官能团不饱和单体在辐射引发下优先产生自由基并自聚,同时接枝到聚合物长链的自由基上,形成交联网络,交联程度不断增加,并导致形成凝胶,这是一种不溶于任何溶剂也不能熔融的网状结构.聚乙烯和聚氯乙稀都是交联型的聚合物.影响辐射交联的因素包括:⑴辐射温度:温度升高有利于分子链的活动能力,高分子链自由基的复合会加强,有利于交联反应.
⑵反应气氛:氧是交联反应的抑制剂,能够猝灭自由基,氧的存在可以减少聚乙烯辐射交联的凝胶含量.
⑶辐射剂量:在聚氯乙稀的辐射处理中,要想得到足够的凝胶含量,30—40kG y (G y 是吸收计量单位,称做“戈瑞”,1G y =1J/kg )的量比较合适,如果剂量大于75kG y ,已经交联的聚氯乙稀会发生降解.
⑷高分子结构:一般来说,柔顺的高分子链易于进行辐射交联,而刚性的高分子结构更易于辐射降解.
4.1.3 辐射处理电线、电缆以聚乙烯、聚氯乙烯为材料制成的电线、电缆,经过辐射处理以后,耐热、耐油、耐裂、绝缘、抗化学腐蚀和机械强度等方面的性能都有显著提高.辐射交联加工的电线、电缆应用范围非常广泛,在电机、电子计算机、汽车和飞机等产品中都有使用.美国通信电线有90%是经过辐射处理的.美国国内还有明文规定:飞机用电缆必须百分之百使用辐射交联产品.
在我国,辐射交联电线、电缆的研究开发也正在
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蓬勃发展[2].目前我国投入电线、电缆生产的加速器已有近30台,总功率达到近1500kW,1995年产值已达10个亿.
在辐射交联法之前,人们还使用化学交联的方法对电线、电缆进行加工处理.这种化学法叫做“C V 法”,也称为连续硫化法[3],是把与过氧化物混合过的聚乙烯在过氧化物的分解温度下涂在电缆的金属导线上,然后将其送入蒸汽硫化管中,在过氧化物的分解温度以上进行交联.化学方法一般只限于低密度聚乙烯和橡胶,产品规格比较固定,并且能耗高,运转费用也比较高,而辐射法基材种类多,能耗少,运转费用比较低,交联速度快,产品性能优良,但是由于加速器的价钱比较昂贵,使得它的资金投入较大.
4.1.4 热收缩材料
聚乙烯等结晶型高分子材料经辐射交联后还会产生“记忆效应”.将经过辐射交联的聚乙烯加热到它的熔点以上,这时会呈现一种高弹态,晶体虽然熔化了,但是并不会流动,而是具有像橡胶一样的弹性.此时加上外力扩张,冷却定型后会保持这种扩张状态.倘若除去外力,再把这种扩张过的辐射交联聚乙烯加热,达到结晶熔化温度后,这种材料可以将扩张前的状态“记忆”起来,重新收缩恢复原状,径向收缩率可达50%,收缩力达到几十kg/cm2.
美国的Raychem公司在1959年就申请了第一个聚乙烯热收缩管的专利权.1984年,该公司年产值为6.3亿美元,净收入3700万美元.公司产品主要用于油田、电力、通信和国防军工等方面.
我国在60年代就开始热收缩材料的研制.中国科学院长春应用化学研究所、上海科技大学、吉林市辐射化学研究所通力合作,研制成功我国第一代热收缩管,并应用于我国第一颗人造卫星上.现在热收缩管已经广泛应用于飞机、海底电缆、动力电缆及电话电缆等领域.
4.2 食品辐照保藏
4.2.1 概况
传统的食物保藏多采用冷藏、高温灭菌及药剂熏蒸等方法,而辐射处理则是利用γ射线、X射线或者电子束对食物进行照射,引起食物中的一系列化学和生物反应,达到抑制生芽、杀虫灭菌及推迟成熟等效果.
食品辐射兴起得较早,在70年代以后进入较快的发展阶段.现在全世界已经有42个国家批准了140多种食物品种用于辐照,年处理食品量达50万吨.我国已经有200多种食品处于研究之中,其中100多种经过了鉴定.我国在1984—1994年一共批准了18种辐照食物,1996年又正式颁布了“辐照食品卫生管理办法”,1997年公布了“辐照食品类型卫生标准”,进一步鼓励食品辐射.目前还有50多种辐照食品已被批准或者正待批准.
由于长期以来人们对核的恐惧和顾虑,使得食品辐照的发展多少受到一些影响.其实,经过辐照处理的食品在营养质量、微生物学和毒理学方面是完全符合卫生要求的,不会带有放射性,也不会对人体健康造成伤害.辐射法处理食品和传统的加热或者冷冻处理一样,是很安全的一种加工手段.1980年11月,由联合国国际粮农组织(FAO)、世界卫生组织(WH O)和国际原子能机构(I AE A)共同组成的关于辐照食品健康问题的联合专家委员会,发表了一个全球性的标准:任何食品的辐照,直到总体平均剂量的10kG y,都不会有毒理危害,也不会引起特殊的营养学或微生物学问题[3].因而,这一类辐照食品不必再进行毒理学试验.这为辐照食品的实用性和民间商业化铺平了道路.
辐射加工食品有一些比较显著的优点:⑴安全、无污染;⑵不会对食品的品质造成损伤,可以保持其原有的色、香、味和外观品质;⑶因为受过辐射的食品可以在常温下进行保存,所以辐射法比较节约能源;⑷食品辐照工艺成熟简单,操作方便,能实现机械化、自动化及连续化作业;⑸射线穿透力强,可以处理多种形态的食品.
4.2.2 应用范围
⑴抑制发芽.很多球茎和块茎,如马铃薯、大蒜以及洋葱等,在储存过程中容易生芽.在其休眠期内利用辐射进行处理,能阻止分裂组织中蓄积的脱氧核糖核酸,抑制细胞分裂,从而有效抑制生芽.抑制发芽所需要的最大辐射剂量因品种不同而有所区别,马铃薯为0.2kG y,洋葱为0.15kG y,大蒜为011kG y.日本每年用于辐射处理的马铃薯有3000多吨,每kg辐射成本仅仅1日元左右.在日本士幌的辐射中心有一个食品辐照工厂,每个月可以处理1000吨马铃薯[4].
⑵杀虫.用辐射方法杀虫有两种方式:一是直接照射引起害虫死亡;另外一种叫做昆虫不育防治技术,就是把大量的雄性昆虫进行辐射处理,使它们丧失生育能力,当这些雄性昆虫与野生的雌性昆虫交配后,会扰乱这类昆虫的繁殖,从而达到根除害虫的目的.
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传统的化学药剂法中使用剂量通常都会有一个阈值,超过这个阈值才会使害虫有明显的死亡现象.而辐射法则不存在这个阈值,照射量越大,效应就越高.用高剂量率辐照的话,可以缩短处理时间,提高效率.辐射法不会对受处理的粮棉造成污染.棉铃虫是造成棉花减产的一大祸源.1992年我国发生了大面积棉铃虫害,造成棉花减产40%,损失高达1000亿人民币.利用这种昆虫不育防治技术,能大大减少棉铃虫的危害,同时不会引起污染.目前我国在这方面的研究已经取得了较好的成果.⑶推迟成熟.对于一些新鲜的蔬菜水果来说,它们的货架期一般都比较短,考虑到运输存储需要花费时间,所以推迟它们的成熟期是十分必要的.利用辐射对果实进行处理,可以有效地抑制呼吸,将果实的新陈代谢保持在一个较低的水平,从而推迟果实的成熟期.但是有一点需要特别注意,就是辐射剂量一定要适当,否则有可能适得其反.
用0.3—0.45kG y 的剂量可以在常温下使香蕉的成熟期推迟5—10天.1kG y 的剂量对芒果进行辐射处理,可以使芒果的成熟期推迟12天左右.对番茄用4kG y 的剂量进行辐射处理,可以把成熟期推迟8天.要改善菠萝的性能,剂量应该控制在0.3—0.6kG y 之间.
⑷灭菌.在食品的保藏期内,蔬果和肉类很容易因为细菌和霉菌的作用而很快腐败.高能射线能破坏微生物细胞核内的DNA ,生成的活性粒子也会对细菌造成杀伤,所以辐射法可以有效地对这类食品进行灭菌处理,延长它们的保存期.
辐射灭菌可以分为两大类:一种叫辐射消毒灭菌,另一种叫做辐射完全灭菌.前者的剂量一般控制在1—10kG y 范围内,后者的剂量范围则是25—50kG y.
辐射消毒灭菌,大致可以分为两类:一是选择性辐射灭菌;二是针对性辐射灭菌.选择性辐射灭菌的剂量一般在1kG y 或是5kG y 以下,主要用于水产品的运输和存储.经过辐射处理,能有效抑制致病性微生物的生长和繁殖,增加冷冻存储的期限.辐射灭菌的剂量是在1—10kG y 之间.这种剂量的主要处理对象是鲜肉和水产品,杀灭的对象主要是沙门氏菌.沙门氏菌对辐射的敏感程度远大于它对热的敏感程度,因此用辐射法是十分有效的.用8kG y 的剂量对冻鸡进行处理,可以使其在-30℃的温度下保存两年,而且色香味方面不会发生很明显的变化.
经辐射完全灭菌处理的食品能够在常温下保存两年以上,并且食品的质量不会有明显变化.肉类变质的原因主要是腐败和致病微生物以及自体分解酶的作用.经辐照后,肉类会出现一些比较明显的变化,颜色变得更鲜,肉质变得更嫩.4.3 医疗用品的辐射消毒医疗用品的消毒是辐射加工的又一个应用领域.各种医疗用品在使用之前都必须进行消毒处理,采用方法主要是加热消毒法、化学消毒法和辐射消毒法.
加热消毒法是最为古老和简易的方法.如今的医疗用品一般都是由塑料以及乳胶等热敏材料制成,加热法会使器件的外形发生变化,造成损坏.加之加热消毒法还存在消毒不彻底、耗费能源、易造成污染以及不能批量处理等缺陷,所以它被后来的化学消毒法和辐射消毒法渐渐取代.
化学消毒法也称为E tO 法.将封装好的医疗用品先进行预湿润,然后放入密封的加工间里,抽除空气以后通入一定浓度的环氧乙烷气体,在指定的温度和湿度下进行消毒处理.化学消毒法也存在着一些缺点:因环氧乙烷是一种诱变剂,消毒处理后很可能残留在消过毒的器具上,会对人体造成伤害,此外排到室外也会造成环境污染.
新兴的辐射消毒法则避免了以上的这些问题.相比而言,辐射消毒法有着明显的优势,可以在室温下进行处理,节约能源,无污染,可以大批量处理,并且易于控制.早在1900年,Strebel 就提出了辐射杀菌的思想.50年代,辐射消毒法作为射线应用的一个方面,已经进入了实用阶段.到1990年为止,全世界至少有120座辐射消毒装置,消毒的医疗用品种类达几十种,有注射器、橡胶手套、针头及导管等等.1979年我国研制成功了第一台用于辐射加工、辐射
消毒的电子加速器BF -5.中国科学院长春应用化学研究所和白求恩医科大学进行了60C o 源γ射线的灭菌研究,得到了比较系统的数据.吉林省已经采用辐射消毒法对自制的J -8型塑料人工肺进行处理.在我国现阶段,辐射消毒法已经基本不存在技术上的问题,应该有很好的发展前景.
辐射消毒其实就是灭菌的过程,微生物受到射线的照射以后,会因为射线的生物效应而致死.微生物经射线作用受到损伤的程度与辐射的剂量大小有直接的关系.有研究结果显示,微生物的存活率与辐射的剂量有一个正比关系,也就是说,辐射的剂量越大,灭菌的程度就越高.这里介绍一个D 10值.D 10的定义是这样的:样品中细菌数减少到原来数量的
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1/10所需要的剂量.D10的值越小,就表示细菌对射线越敏感,也就越容易被杀死.
辐射消毒法采用的射线源主要有两种:60C oγ辐射源和电子加速器.哪一种源在辐射消毒法中更为适用,主要考虑被照射物的尺寸大小、量的多少及经济核算等多方面因素.由于γ射线的穿透力很强,60C oγ辐射源比较适用于处理大尺寸包装的物体.在辐照过程中还常常采用“双面辐照”的办法,也就是使被照物体两面交替面向辐射源,这样能够增大射线的作用深度.现在电子加速器有了很大的进展,电子束辐射的成本已经大幅度降低,这使得用加速器进行消毒处理的费用要比γ辐射源便宜.另外,电子加速器的加工效率比较高,同60C oγ辐射源相比,电子加速器的速度是它的千百倍.用电子束消毒存在着一个问题,就是电子束的穿透能力相对来说要弱一些,适合处理形体较小的物体.这一点不会限制电子加速器在辐射消毒领域的发展,因为多数被照物的密度都比较低,大概在0.15—0.2g/cm3之间,能量在5—10MeV的电子束可以处理这类消毒器件.
综合考虑,不论是在经济、安全还是使用范围方面,加速器都有着一定的优势,今后加速器在辐射消毒法上的应用将会有很好的前景.
5 其他应用领域
5.1 三废处理
在各种净化技术中,辐射技术所取得的三废净化成果尤为显著.工厂中燃炉排放的废气是大气污染的主要来源,其中的二氧化硫和氮的氧化物是有毒的化合物.研究发现,用电子加速器产生的高能电子束照射废气,可以在极短的时间内除去其中绝大部分的二氧化硫和氮的氧化物.1986年,德国的卡尔斯鲁厄建立了一座实验性工厂,每小时可以处理烟道气20000m3.我国四川电子束脱硫工厂用于处理100MW煤电厂的烟气道,处理量为30×104m3/h,吸收剂量为3kG y,可除去80%的二氧化硫和20%的氮的氧化物[5].
用辐射法治理废水,可以除去用其他方法不能除去的污染物质,比如有毒的氰化物、烷基磺酸钠洗涤剂、难褪色的染料和有机汞等等.辐射处理废水的原理是使污染物质发生分解,从而达到去除的目的.在塑料废料中,聚四氟乙烯废料是热固性塑料,最难处理,化学和生物方法对它都不适用,燃烧时还会产生有毒的含氟气体.辐射法可以使它发生降解,同时还能得到一种新产品———聚四氟乙烯蜡.
5.2 涂料固化
涂料经过辐射聚合与交联而固化,称为涂层辐射固化.金属、纸张、陶瓷及木制品等许多产品都可以采用辐射法进行表面加工处理.
辐射固化一般是利用紫外线或是电子束作为能源,对特定配制的百分之百活性成分组成的液态涂料进行辐照,使其迅速固化成膜.所谓百分之百活性组分,是指由主要成分为不饱和低聚物的涂料与乙烯基单体溶液组成,由辐射源引起聚合反应[6].
与传统的热固化方法相比,辐射固化节约能源,产率高,产品质量高并能减少环境污染.这些优点都是热固化方法所不能比拟的.但它自身还存在一些不足之处,例如成本高、使用范围有限等等.不过目前辐射固化的研究工作十分活跃,它的发展前景是比较乐观的.
5.3 半导体
半导体器件的制造是辐射加工的一个新的应用领域.与传统的扩金工艺相比,辐射法有不少突出的优点.电子加速器辐照硅器件,可控性高,工艺简便,器件性能稳定,产率高,成本低和漏电小.上海化工研究院、上海整流厂和北京辐照中心等单位在辐射加工半导体方面做了卓有成效的研究工作.上海化工研究院还对某些产品的可靠性进行了研究,得出不少重要的结论.
6 总结和展望
辐射加工技术走过了几十年的发展历程,已经具有了一定的规模.辐射加工技术在工业、农业、医学和环境等领域都已经有广泛的应用,显示出独特的优势.相信随着辐射加工技术的不断发展,它必将在国民经济中起着越来越重要的作用,创造更为显著的经济效益和社会效益.
致 谢 感谢中国科学院上海原子核研究所沈文庆院士和中国原子能科学研究院张焕乔院士的热忱指导.
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参
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?物理新闻与动态?
量子霍尔效应曲线的分形特征
继冯?克利青(v on K litzing )1980年发现整数量子霍尔效应之后,美籍华裔科学家崔琦于1982年发现了分数量子霍尔效应———受限于平面的二维电子气,在强外场B 垂直于平面的条件下,其霍尔电压V H 作为B 的函数表现出一连串的平台;与每一平台相对应的霍尔电阻V H /I (I 是沿平面的纵向电流)恰好等于物理常数h /e 2除以一个分数ν(ν=2/3,3/5,2/5,1/3…
).当外场B 较低时,发生整数量子霍尔效应,此时,与上述ν相对应的是克里青整数i (i =1,2,3…
),i 的物理意义是每一根量子磁通所分摊到的电子数.在外场的作用下,每一个电子绕其所属的量子磁通作圆周运动,
圆周越大,能量越高,轨道运动的圆频率
ωc 是量子化的.每一量子化朗道能级只能容纳1个电子.i =1,2,3…相应于第一、第二、第三……朗道能级被依次占据.保持外场不变,稍稍增加电子浓度,
多出的电子被阻止挤入到已经被占据的低能轨道,因此说:二维电子气是不可压缩的,这是整数量子霍尔效应的精髓.
随着外磁场的增加,i =4,3,2,1的V H 平台依次出现.之后如果再增加B ,则可能出现1个电子分摊到2根量子磁通的情况.1个电子加2根磁通,三者所构成的复合费米子同样遵循泡利不相容原理,它们在空间上相互回避,在垂直于磁场的平面内作圆周运动,因此可以被视为第二代无相互作用准粒子.与电子准粒子不同,第二代准粒子所感受到的外场,仅仅是被自身反向量子磁通抵消之后的剩余部分(有效场).当外场增至每一个电子分摊到3根量子磁通时,便恢复到了类似于i =1整数量子霍尔效应的情况:1根量子磁通分摊到1个复合费米子,于是发生复合费米子的整数量子霍尔效应,但在实验中表现为ν=1/3的分数量子霍尔效应.显然,分数量子霍尔效应不能用朗道的单电子理论作出解释:一个朗道能级被1/3个电子填充,整数量子霍尔效应的“不可压缩性”将无从说起.
最近,Pan W 等在实验中(Phys.Rev.Lett.,2003,90:016801)观察到了一系列已往未曾分辨的V H 平台,这些平台位于崔琦平台ν=2/5和ν=1/3之间.从克利青、崔琦和Pan 所获得的V H -B 曲线的几何图样看,后一代作为精细结构具有与前一代的自相似性,即所谓“分形”
(fractal ).按照第三代准粒子(一个电子加4根磁通)的理论预言,在ν=2/5和1/3之间,应有ν=5/13,8/21,11/29,10/27,7/19和4/11等平台出现.可以预计,随着样品质量的提高,并在更低的温度下进行实验,未
来将有更多的平台被辨认,霍尔曲线的分形特征也将被确认.对此类分形现象的研究还将促进准粒子概念的发展
(中国科学院理化技术研究所 戴闻 编译自Nature ,2003,422:391)
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074?讲 座
物理
核化学和放射化学
核化学和放射化学 20世纪上半叶，从发现放射性元素、核裂变、人工放射性，到核反应堆的建立，核爆炸的毁灭性破坏等，核化学和放射化学一直是十分活跃和开创性的前沿领域。但到了后半个世纪，由于核电站和核武器发展的需要，核化学和放射化学转向以生产和处理核燃中心，自身的科学研究和新的发现相对减少。放射性同位素和核技术在分析化学、生命科学、环境科学、医学等方面紧密结合，使其应用和交叉研究蓬勃发展起来。从目前的动向看，核化学和放射化学主线大体有如下几方面。 (1)超重元素“稳定岛” 能找到吗? 20世纪60年，Myers和Nilssdn等核物理学家从核内存在着核子壳层和幻数的理论模型出发，提出了超重元素存在 "稳定岛"的学说，即在核质子数Z=114和中子数N=186的幻数附近，有一些超重原子核特别稳定，其寿命可能长达若干年甚至1015年，这些长寿命的超重元素构成了一个“稳定岛"。在这一学说吸引下，近30多年来无数核科学家通过各种方法从自然界和核反应中去寻找这个梦寐以求的境地—稳定岛。至1999年6月，世界上三个大实验室，美国的LawrenceBerkeley实验室(LBL)，德国的Darmstadt重离子研究会 (GSI)和位于俄罗斯的Dubna联合核子研究所 (JINR)，分别用重粒子轰击的方法合成了重元素114、116和118，但由于加速器流强不够和反应截面在10-12靶，所以只获得了极少几个原子，有关证实研究已在重覆进行。这意味超重元素“稳定岛"将有可能存在。可以设想21世纪重粒子器的流强增大，使产生超重元素的原子数目大增，再加上分离、探测药物，主要用于多种疾病的体外诊断和体内治疗，还可在分子水平上研究体内的功能和代谢。21世纪将在单光子断层扫描仪 (SPECT)药物方面有新的突破;将会用放射性标记的放免活性和专一性极”人抗人”单克隆抗体作为生物导弹，定向杀死癌细胞;而中枢神经系统显像将推动脑化学和脑科学的发展。 (3)核分析技术将以其高灵敏度等优点向纵深发展放射性示踪技术和核分析技术始终因其灵敏度很高的优点在各个领域中得到广泛的应用。核分析方法未来将在分析化学中大有作为，如物种分析(speciation)，分子活化分析，生物-加速器质谱学 (bio-accelerator mass spectrometry，Bio-AMS)，粒子激发X-射线发射 (particle induced X一ray emission，PIXE)包括扫描质子微探针 (scanning proton microprobe，SPM)、"-粒子质子X-射线谱仪(alpha proton X一ray spectrometer，APXS)等各种新型结构和功能的分析仪器将为未来人类认识大自然提供有利的武器。
核化学与放射化学复习知识
核化学与放射化学复习知识 放射化学的特点 1、放射性：在涉及放化操作的整个过程中，放射性一直存在，放射性核素一直按固有的速率衰变，并释放出带电粒子或射线。这是放射化学最重要的特点。 2、不稳定性：由于放射性物质总是在不断地衰变，由一种物质转变为另一种或多种物质，使研究体系的组成不断发生变化。这就要求相应的快化学研究方法。 3、低浓度性 1896年，放射性的发现，贝克勒尔 1934年，人工放射性的发现，小居里夫妇 1939年，铀的裂变，哈尔 同位素：质子数相同、中子数不同的两个或多个核素 同质异能素：处于不同的能量状态且其寿命可以用仪器测量的同一种原子核 同中子异核素：中子数N相同而质子数Z不同的核素 同质异位素：质量数A相同而质子数Z不同的核素 β稳定线：稳定核素几乎全部位于一条光滑曲线或该曲线两侧 质子滴线：位于β稳定线上侧，其上元素最后一个质子结合能为0 中子滴线：位于β稳定线下侧，其上元素最后一个中子结合能为0 核的电荷分布半径小于核物质的分布半径说明，核表面的中子比质子要多，原子核仿佛有一层中子皮 质量亏损：组成原子核的Z个质子和（A-Z）个中子的质量和与该原子核的质量m(Z,A)之差称为质量亏损 以原子质量单位表示的原子质量M(Z,A)与原子核的质量数A之差称为质量过剩 原子核的结合能：由Z个质子和N个中子结合成质量数为A=Z+N的原子核时，所释放的能量称为该原子核的结合能 将结合能B( Z,A)除以核子数A，所得的商ε 平衡分离过程：依靠达到平衡的两相中，所需组分和不需要组分的含量比的差别 速率控制过程：依靠所需组分和不需要组分传递速率的不同，造成两相中所需组分和不需要组分含量比的差别 分离因数：表征两相中所需组分A和不需组分B含量比差别的一个系数 回收率：表示样品经过分离后，回收组分的完全程度 富集系数：所需组分A和不需组分B的回收率之比 放射性核素纯度，指在含有某种特定放射性核素的物质中，该核素的放射性活度对物质中总放射性活度的比值 放射化学纯度指在一种放射性样品中，以某种特定的化学形态存在的放射性核素占总的该放射性核素的百分数 比移值：某斑点或窄条的中心移动距离与流动相移动距离之比 载体：加入的常量的稳定核素 反载体：加入的一定量可能沾污核素的稳定同位素 同离子效应：沉淀的溶解度会因有共同离子的过量存在而减少 盐效应：当在溶液中加入不是太过量的同离子，而是加入并非构成沉淀的其他离子时，也会使溶解度增加 共沉淀分离法：利用溶液中某一常量组分（载体）形成沉淀时，将共存于溶液中的某一或若干微量组分一起沉淀下来的方法。共沉淀的机制主要有形成混晶、表面吸附和形成化合物等
核科学百年讲座第六讲核科学技术在医学中的应用
核科学百年讲座 第六讲 核科学技术在医学中的应用 3 刘 军 许甫荣 郑春开 (北京大学物理学院 北京 100871) 摘 要 文章介绍了核医学的发展历史及其在医学中的重大应用,介绍了核医学诊断、治疗的原理、特点以及核医学的几个重要分支学科.通过介绍,展示了核科学技术在人类医疗事业中的重大作用.关键词 核技术,核医学,发展,应用 Nuclear science in the 20th century ———application of nuclear technology in medical science LIU Jun X U Fu 2R ong ZHE NG Chun 2K ai (School o f Physics ,P eking Univer sity ,Beijing 100871,China ) Abstract Nuclear technology has been success fully applied to the medical and biological sciences ,giving birth to a new subject ,nuclear medicine.This field in cludes radiodiagnosis and radiotherapy which play very im portant roles in m odern medicine.W e present a short overview of the development and application of nuclear medicine ,including its development in China. K ey w ords nuclear technology ,nuclear medicine ,development ,application 3 国家自然科学基金(批准号:10075070)资助项目 2002-11-19收到初稿,2003-01-14修回 通讯联系人.E 2mail :frxu @https://www.360docs.net/doc/0115137352.html, 人类自发现X 射线和放射性,建立核科学以 来,已经走过了一百多年的历史.核技术与医学和生物学结合,产生了放射诊断学、放射治疗学等新型学科.放射诊断学是一门利用X 射线诊断疾病的学 科.放射治疗学则是利用核射线(如X 射线、 γ射线、中子、质子和重离子束流)在体外对疾病进行辐射治疗的学科.核医学是一门利用开放型的放射性核素诊断和治疗疾病的学科,它的主要内容是核技术在临床诊断、治疗及医学研究中的应用.核医学的发展不仅提供了灵敏、特异和快捷的诊断分析手段,而且对于认识生命现象的本质,弄清楚疾病的病因和药物的作用原理都有重要作用.自20世纪30年代开创临床核医学以来,核医学已经得到了很大的发展.现在的核医学不但是一门独立的学科,而且产生了许多分支学科,其中肿瘤核医学、核心脏病学、神经核医学取得了很大的发展.核医学被认为是和平利用核事业中最活跃、应用最广泛和最重要内容之一. 1 核医学的发展 1895年,伦琴(R ?ntgen W C )发现了X 射线,由 于X 射线具有良好的穿透性,人们立即领悟到它将在医学的潜在应用.X 射线用于诊断疾病产生了放 射诊断学,同时它还被应用于治疗疾病,成为放射性治疗的重要方法.1896年,法国物理学家贝克勒尔(Becquerel H )发现了天然铀同位素的放射性,随后,居里夫妇发现“钋”和“镭”两种天然放射性核素.紧接着,贝克勒尔、居里夫妇(Curie M 和Curie P )、卢瑟福(Rutherford E )等一些科学家互相合作、交流,于1899年发现了α,β射线,1900年发现了γ射线,并且逐步获得了三种射线的不同特性[1].1911年,人们就产生了应用放射性同位素示踪,即利用放射性同
核化学与放射化学
1、放射性：在涉及放化操作的整个过程中，放射性一直存在，放射性核素一直按固有的速率衰变，并释放出带电粒子或射线。这是放射化学最重要的特点。 2、不稳定性：由于放射性物质总是在不断地衰变，由一种物质转变为另一种或多种物质，使研究体系的组成不断发生变化。这就要求相应的快化学研究方法。 3、低浓度性 1896年，放射性的发现，贝克勒尔 1934年，人工放射性的发现，小居里夫妇 1939年，铀的裂变，哈尔 同位素：质子数相同、中子数不同的两个或多个核素 同质异能素：处于不同的能量状态且其寿命可以用仪器测量的同一种原子核 同中子异核素：中子数N相同而质子数Z不同的核素 同质异位素：质量数A相同而质子数Z不同的核素 β稳定线：稳定核素几乎全部位于一条光滑曲线或该曲线两侧 质子滴线：位于β稳定线上侧，其上元素最后一个质子结合能为0 中子滴线：位于β稳定线下侧，其上元素最后一个中子结合能为0 核的电荷分布半径小于核物质的分布半径说明，核表面的中子比质子要多，原子核仿佛有一层中子皮 质量亏损：组成原子核的Z个质子和（A-Z）个中子的质量和与该原子核的质量m(Z,A)之差称为质量亏损 以原子质量单位表示的原子质量M(Z,A)与原子核的质量数A之差称为质量过剩 原子核的结合能：由Z个质子和N个中子结合成质量数为A=Z+N的原子核时，所释放的能量称为该原子核的结合能 将结合能B( Z,A)除以核子数A，所得的商ε 平衡分离过程：依靠达到平衡的两相中，所需组分和不需要组分的含量比的差别 速率控制过程：依靠所需组分和不需要组分传递速率的不同，造成两相中所需组分和不需要组分含量比的差别 分离因数：表征两相中所需组分A和不需组分B含量比差别的一个系数 回收率：表示样品经过分离后，回收组分的完全程度 富集系数：所需组分A和不需组分B的回收率之比 放射性核素纯度，指在含有某种特定放射性核素的物质中，该核素的放射性活度对物质中总放射性活度的比值 放射化学纯度指在一种放射性样品中，以某种特定的化学形态存在的放射性核素占总的该放射性核素的百分数 比移值：某斑点或窄条的中心移动距离与流动相移动距离之比 载体：加入的常量的稳定核素 反载体：加入的一定量可能沾污核素的稳定同位素 同离子效应：沉淀的溶解度会因有共同离子的过量存在而减少 盐效应：当在溶液中加入不是太过量的同离子，而是加入并非构成沉淀的其他离子时，也会使溶解度增加 共沉淀分离法：利用溶液中某一常量组分（载体）形成沉淀时，将共存于溶液中的某一或若干微量组分一起沉淀下来的方法。共沉淀的机制主要有形成混晶、表面吸附和形成化合物等共沉淀的公式各因数的含义记一下
核科学与技术
核科学与技术一级学科硕士研究生培养方案 （学科代码：0827 授予工学硕士学位） 一、培养目标 为适应我国社会主义建设事业的需要，培养德智体美全面发展的高层次专门技术人才，本学科攻读硕士学位研究生（以下简称硕士生）要求做到以下几点: 1．坚持党的基本路线，认真学习、掌握马列主义、毛泽东思想和邓小平理论的基本原理，认真领会“三个代表”重要思想的精髓，拥护中国共产党的领导，热爱社会主义祖国，遵纪守法，品德良好，善于与人合作，积极为社会主义现代化建设事业服务。 2．在核科学与技术领域内掌握坚实的基础理论知识和系统的专门知识，熟悉所从事的研究领域中科学技术的发展动向。具有创新意识和独立从事科学研究的能力或独立承担专门技术工作的能力。要求较熟练地掌握一门外国语，能够应用该外国语阅读本专业的文献资料。 3．身心健康。 二、学科研究方向 核科学与技术是一门由基础科学、技术科学及工程科学组成的综合性很强的尖端学科。本学科主要研究核能科学与工程、核燃料循环与材料、核技术及应用、辐射防护及环境保护。本学科点下设的主要研究方向为： 1．核反应堆结构与设备。 2．核反应堆热工水力学 3．核反应堆物理与屏蔽 4．核电厂安全分析 5．核电厂控制与仪表 6．核反应堆材料 7．核技术及应用 8．辐射防护与环境工程 三、培养方式及学习年限 1．硕士生的培养方式为导师负责制。课程学习和科学研究可以相互交叉。课程学习实行学分制，要求在申请答辩之前修满所要求的学分。 2．硕士生培养可采取全日制和非全日制两种培养方式。全日制硕士研究生的学习年限实行2至2.5年的弹性学制。非全日制硕士研究生的学习年限一般不超过4年。 四、课程设置与学分 硕士生的课程学习实行学分制，要求学位课不少于21学分,总学分应不少于31学分。具体要求如下： 1．学位课（不少于21学分），其中： 公共课：7学分； 基础理论课：不少于二门课程，4学分。 学科基础课：按一级学科设置，不少于6学分。 学科专业课：按一级或二级学科设置，不少于4学分。 学位课程均为考试课程。除马克思主义理论课中的社会实践学分外，学位课必须采用课堂授课的方式进行；学位课应全部在课程学习阶段完成。 2. 必修课程与必修环节（5学分） （1）专题课程/seminar课程：1学分 专题课程/seminar课程采用教师讲授与研究生研讨相结合的方法进行学习。结合
放射化学试题库及答案分解
试题库及答案 第一章 1.放射化学是研究放射性元素及其衰变产物的化学性质和属性的一门学科，详 述其所涉及的六个主要领域? P1 1放射性元素化学2核化学3核药物化学4放射分析化学5同位素生产及标记化合物6环境放射化学 要详细描述 2.放射化学所研究的对象都是放射性物质，简述其所具有的三个明显特点？P1 1.放射性 2.不稳定性 3.微量性 3.放射化学科学发展史上有很多重要发现，其中有四个是具有划时代意义，简 述这四个具有划时代意义的重大发现(包括年代、发现者及国籍等)？P2-5 1放射性和放射性元素的发现（1869年法国贝可放射性的发现，1898年波兰居里夫妇钍盐放射性发现与钋的发现）2实现人工核反应和发现人工放射性（1919年英国卢瑟福人工核反应和质子的发现，1934年波兰小居里夫妇人工放射性的发生，用化学的方法研究核反应）3铀核裂变现象的发现（1939年德国哈恩铀的裂变，1940年美国麦克米兰超铀元素的发现）4合成超铀元素和面向核工业（1945年美国第一颗原子弹，1952年美国第一颗氢弹） 第二章 4.列表阐述质子、中子和电子的主要性质？ 5.核物质是由无限多的质子和中子组成的密度均匀的物质，简述其两个主要特 点？11 ①每个核子的平均结合能与核子的数目无关 ②核物质的密度与核子的数目无关 6.简述A m X中每个字母所代表的含义？ Z N
X：元素符号 A：原子核的质量数 Z：原子核中的质子数，也叫原子核的电子数 N：原子核所含的中子数 m：原子所带电荷数 7.简述某核素的电荷分布半径及核力作用半径的测定原理及公式？电荷分布 半径比核力作用半径小说明了什么？13-14 电荷分布半径： 测定原理：高能电子被原子核散射。因为电子与质子之间的作用力是电磁相互作用，所 以测得的是原子核中质子的分布，即电荷分布公式： 1 3 R r A =(r0≈1.2fm) 核力作用半径： 原理：π介子被原子核散射，因为介子与核子之间的相互作用力是核力，测得的是原子 核中核力的分布，即核物质的分布。公式： 1 3 R r A =（r0≈1.4-1.5fm） 电荷分布半径比核力作用半径小因为：核的表面中子比质子要多，或者说，原子核仿佛有一层“中子皮” 8.若忽略原子核与核外电子的结合能，用公式描述出原子核质量、原子质量及 核外电子质量的关系？ m（Z,A）=M(Z,A)-Zm e 9.简述质量亏损、质量过剩和结合能的定义并写出它们在表达公式？
普通化学与放射化学试卷
第页 共5页 1 南华大学2006–2007学年度第一学期 普通化学与放射化学 课程试卷(A/B 卷、05级矿资专业) 一、填空题：（每空 1.5 分，共 30 分） 1 Q V =△U 的应用条件是 封闭系统 ； dv=0 ；w ， ＝0 ； 2 在温度T 和压力p 时理想气体反应：（1）2H 2O （g ）=2H 2（g ）＋O 2（g ） K 1θ （2）CO 2（g ）=CO （g ）＋1/2O 2（g ） K 2θ 则反应：（3）CO （g ）＋H 2O （g ）= CO 2（g ）＋H 2（g 的 K 3θ 应为 32K K θθ= 。 4放射化学的特点 放射性 、不稳定性 、 低浓度和微量 5某一核素在裂变过程中产生的几率，称为 裂变产额 。 6锰原子的核外电子排布式为 1s 22s 22p 63s 23p 63d 54s 2 ，价电子构型为 3d 54s 2 。 7超导电性是指当温度降到接近 绝对零度（0K ） 时，许多金属的导电性会突然变得接近 无限大 的性质。 8府蚀电池中，极化使阳极的电极电势 增大 ，阴极的电极电势 减小 ，腐蚀速率 减慢 。 9按材料的化学成分和特性可将材料分 金属材料、 非金属材料、 高分子材料、 复合材料、 生物医学材料 。 二、选择题：（每题 1 分，共 15 分） 1．下列符号中，不属于状态函数的是(D ) (A)T (B)P (C)U (D)Q 2．下列物质的△f H m θ 不等于零的是( D) (A) Fe (s) (B) C (石墨) (C) Ne (g) (D)Cl 2 (1) 3．在下列几种反应条件的改变中，不能引起反应速率常数变化的是( C ) (A) 改变反应体系的温度 (B) 改变反应体系所使用的催化剂
核科学百年讲座第五讲辐射化学与辐射加工
讲 座 核科学百年讲座 第五讲 辐射化学与辐射加工 3 付 滔 许甫荣 郑春开 (北京大学物理学院 北京 100871) 摘 要 介绍辐射化学和辐射加工的发展与应用,以及基本原理,侧重介绍辐射加工在高分子辐射交联改性、食品的辐照处理和医疗用品消毒等方面的应用.关键词 辐射化学,辐射加工 Nuclear science in the 20th century ———radiation chemistry and radiation processing FU T ao X U Fu 2R ong ZHE NG Chun 2K ai (School o f Physics ,P eking Univer sity ,Beijing 100871,China ) Abstract The application of nuclear science and technology to chem istry has led to tw o im portant subjects ,radi 2ation chem istry and radiation processing ,which are playing im portant roles in many aspects of science and society.W e review the development and major applications of radiation chem istry and radiation processing ,including the basic physical and chem ical mechanisms inv olved. K ey w ords radiation chem istry ,radiation processing 3 国家自然科学基金(批准号:10075070)资助项目 2002-11-19收到初稿,2003-01-14修回 通讯联系人.E 2mail :frxu @https://www.360docs.net/doc/0115137352.html, 辐射化学(radiation chemistry )这个名称是由 Burton M 在1942年正式提出的,它是研究电离辐射与物质相互作用所产生的化学效应的化学分支学科.现在已知的辐射诱导化学变化主要有:辐射聚合、辐射合成、辐射分解、辐射降解等.辐射加工(ra 2diation processing ),就是利用放射性源(如60C o ,137 Cs ),或加速器产生的射线束(如γ射线、电子束、离子束),对物体进行加工处理.在此过程中,电离辐射和物质相互作用引起化学、物理和生物效应,使得物质的品性得到改善或者合成新的产品.辐射加工的应用范围十分广泛,目前主要涉及的领域有:辐射制备加工新材料、食品的保藏、医用器具的消毒处理以及工业三废的处理等. 1 辐射化学和辐射加工的发展 1895年,伦琴发现了X 射线.1896年,贝克勒尔 观察到铀的放射性射线引起的照相底片乳胶的化学变化.紧接着玛丽亚?居里和丈夫皮埃尔?居里从沥青铀矿中发现了放射性元素镭和钋,为辐射化学的研究提供了最早的辐射源.后来,随着中子的发现,加速器和反应堆的建成,射线的研究与应用不断地往前推进.早期辐射化学的研究对象主要是气体、水和水溶液,后来才慢慢转向固体和有机化合物的辐射效应,目前的重点是放在高分子材料辐射合成和改性上. 第二次世界大战之后是辐射化学蓬勃发展的时期.在这一阶段中,生产和科学技术迅速发展,为辐射化学的研究创造了极为有利的条件.另外辐射化 ? 464?
核化学与放射化学复习
核化学与放射化学复习文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
名词解释部分（4*5’） 载体：是以适当的数量载带某种微量物质共同参与某化学或物理过程的另一种物质，载体与被载带物具有相同的化学行为，最终能与放射性物质一起被分离出来； 同位素载体：稳定同位素的可溶性盐类作载体，分离89Sr 、90Sr 用SrCl 2；137Cs 用CsCl ，131I 用127I ，3H 用1H 等； 非同位素载体：没有稳定同位素的放射性核素，应用化学性质相似的稳定元素的盐类作载体，分离226Ra 加入Ba ，147Pm-Nd(NO 3)3；99Tc-NH 4ReO 4。 反载体：指在分离过程中，为了减少一种放射性核素对其他放射性核素的污染而加入的该种放射性核素的同位素载体。 同位素反载体：如，在分离90Sr 时，容易受到144Ce 的污染，去污因数仅为13，但若加入一定量的稳定同位素Ce( Ⅲ)作为反载体后，去污因数可提高到9000 用MnO 2从95Zr-95Nb 体系中吸附95Nb 时，加入稳定的Zr ； 非同位素反载体：如，在分析239Pu 的裂变产物时，239Np 对分离出的裂变产物会产生污染，加入与Np 价态相同的Ce(Ⅳ)盐作为反载体，可明显降低Np 的污染 核素：具有相同的质子数Z 、相同的中子数N 、处于相同的能量状态且寿命可测的一类原子。 同位素：质子数相同、中子数不同的两个或多个核素。 同质异能素：处于不同的能量状态且其寿命可以用仪器测量的同一种原子核。
同质异位素：质量数相同、质子数不同的核素。 同中子异荷素：中子数相同、质子数不同的核素。等超额中子素：核中超额中子数(N-Z)相同的核素。 镜像素：若两个核素的Z、N和A之间存在关系是Z 1=N 2 , Z 2 = N 1 ,A 1 =A 2 。 电离：具有一定动能的带电粒子与原子的轨道电子发生库仑作用时，把本身的部分能量传递给轨道电子如果轨道电子获得的动能足以克服原子核的束缚，逃出原子壳层而成为自由电子，这样过程叫电离。 轫致辐射：入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用，使入射带电粒子的速度和方向发生变化，伴随着发射电磁辐射。 加速器：是一种用人工方法获得快速带电离子束的大型试验装置，是研究原子核物理和化学、认识物质深层次结构的重要工具； 粒子加速器的结构： 粒子源，用以提供所需加速的粒子，如：电子、正电子、质子、反质子以及重离子等等。 真空加速室，其中有一定形态的加速电场，并且为了使粒子在不受空气分子散射的条件下加速，整个系统放在真空度极高的真空室内。 导引、聚焦系统，用一定形态的电磁场来引导并约束被加速的粒子束，使之沿预定轨道接受电场的加速 束流输运与分析系统，由真空管道，电磁透镜、弯转磁铁和电磁场分析器等组成，用来在粒子源与加速器之间或加速器与靶室之间输运并分析带电粒子束
世界无烟日健康知识讲座
世界无烟日健康知识讲座 主讲人杨舒林 珍爱生命，远离香烟 世间万物，唯有生命最为珍贵，没有生命就没有一切，中国消费者协会发出警示：香烟是生命最凶恶的杀手。可以说吸烟是有百害而无一益。 据世界卫生组织报告：全球每年都有300万人死于与吸烟有关的疾病；中国每天有2000人因吸烟而死亡。 在此特向大家呼吁： 1、珍爱生命，追求健康、文明的生活方式，用坚强的意志和信念自觉养成良好的生活习惯，提升生命的质量，让生命更精彩。 2、对于香烟，我们应该避而远之，从我做起，从现在做起，增强自控能力，抵制不良诱惑，拒吸第一支烟，不但自己不要吸，还要让别人也不要吸。做不吸烟的新一代公民！ 让我们行动起来吧！一起构筑抵御吸烟的坚固长城，相信有了我们的努力，我们美丽的家园将不再受侵害与污染，我们的生活将更加和谐美满，我们的生命将更美丽！ 永定庄社区中心 2012-5-
健康教育活动记录表 活动时间：2012.年5月31日上午9时活动地点：岩新街社区老年活动中心 活动形式：健康教育讲座 活动主题： 珍爱生命，远离香烟健康教育讲座 组织者：永定庄社区卫生服务中心办公室 接受健康教育人员类别：社区居民接受健康教育人数：37人 健康教育资料发放种类及数量：戒烟限酒、低盐饮食、健康教育处方65张 活动内容： 永定庄社区中心充分利用“世界无烟日”宣传时机，展开预防烟草危害以及控烟戒烟知识的宣传。于2012年5月31日活动当天上午9时，在永定庄岩新街社区老年活动中心，举办了珍爱生命，远离香烟健康教育讲座。中心主治医师杨舒林向广大社区居民介绍烟草对人体造成危害一般常识，以及远离二手烟的危害。要求广大社区居民一定要洁身自律，远离烟草，学会养成健康的生活方式和卫生习惯，以健康的体魄面对生活，要认识烟草带来的严重危害。 活动总结评价： 此次讲座倡导了科学、文明、健康的生活方式，提高了辖区居民的健康素养，大家纷纷表示控烟知识讲座的内容很贴近日常生活，受益匪浅，今后会更加重视自己的身心健康。 通过此次讲座，使广大辖区居民提高了对烟草危害的认识，更多地了解了戒烟知识，营造了全社会支持控烟的良好氛围，为共建无烟环境，共享健康生活打下了良好基础。 存档材料请附后 □书面材料□图片材料□印刷材料□影音材料□签到表 □其他材料 填表人（签字）：冯金枝负责人（签字）：白玉忠 填表时间：2012 年5月31日
放射化学基础习题及答案放射化学与核化学基础
放射化学基础习题答案 第一章 绪论 答案 （略） 第二章 放射性物质 1． 现在的天然中，摩尔比率238U ：235U=138：1，238U 的衰变常数为×10-10年-1，235U 的衰变常数为×10-10年-1.问(a) 在二十亿(2×109)年以前，238U 与235U 的比率是多少(b)二十亿年来有多少分数的238U 和235U 残存至今 解一： 0t N N e λ-= 23523802380235238238235235 13827:11t t t t N N e e N N e e λλλλ----==?= 保存至今的分数即 t e λ- 则 238 U ： ≈ 235 U ：≈解二： 二十亿年内238U 经过了 9 10 2100.44ln 21.5410-?=?个半衰期 235 U 经过了 9 10 210 2.82ln 29.7610-?=?个半衰期 保存到今的分数： 0.30.44 23810 0.74f -?== 0.3 2.82235100.14f -?== 二十亿年前比率 235238238235 13827:11t t U e U e λλ--=?= 2. 把1cm 3的溶液输入人的血液，此溶液中含有放射性I o =2000秒-1的24Na ，过5小时后取出1cm 3的血液，其放射性为I=16分-1。设24Na 的半衰期为15小时，试确定人体中血液的体积。(答:60升) 解： 5小时衰变后活度： 1 ln 2515 020001587.4t I I e e λ-- ?-==?=秒 人体稀释后 1587.416 60 V = （1min=60s ） 5953600060V ml ml L ∴=≈= 3． 239Np 的半衰期是天，239Pu 的半衰期是24000年。问1分钟内在1微克的(a) 239Np ，(b) 239Pu 中有多少个原子 发生衰变(答: (a)×1011; (b)×109) 解： 6 23150110 6.02310 2.519710239 N -?= ??≈?个原子
放射化学复习资料
1.同位素：质子数相同、中子数不同的两个或多个核素。 2.同质异能素：处于不同的能量状态且其寿命可以用仪器测量的同一种原子核。 3.质量亏损：组成原子核的Z 个质子和（A-Z ）个中子的质量和与该原子核的质量m(Z,A)之差称为质量亏损，用?m(Z,A)表示 ?m(Z,A)=Zm p +(A-Z)m n -m(Z,A) =ZM H +(A-Z)m n -M(Z,A) 4.质量过剩：以原子质量单位表示的原子质量M(Z,A)与原子核的质量数A 之差称为质量过剩，用?表示 ? ?=M(Z,A)-A 5.原子核的结合能：由Z 个质子和N 个中子结合成质量数为A=Z+N 的原子核时，所释放的能量称为该原子核的结合能，以B(Z,A)表示 6.比结合能：原子核结合能对其中所有核子的平均值。 (亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量。用于表示原子核结合松紧程度。) 将结合能B( Z,A)除以核子数A ，所得的商ε 7.半衰期放射性原子核的数目因衰变减小到原来核数的一半所需要的时间. 表示方法： 放射性衰变服从指数衰减规律： 式中：N 0为t ＝0时母体同位素的原子数； N 为时间t 时存在的母体同位素的原子数； ) ,(A Z B X Nn Zp N A Z +→+氕）(01 1H 2 11(,)H D 氘3 12(,) H T 氚A A Z B ),(=ε2 1T t 0λ-e N N ＝
e 为自然底数，e=2.71828; λ为衰变常数，它表示一个放射性原子核在单位时间内衰变的概率. 8.放射性活度:放射性样品单位时间内发生衰变的原子核数。以A 表示。 单位：贝可勒尔（Bq ）：1Bq=每秒1次核衰变 居里（Ci ）: 1Ci=3.7×1010次衰变/s （放射性活度是指单位时间发生衰变的原子核数目，而不是放射源发出的粒子数目。） 9.放射性平衡: 在递次衰变中，如果母体的半衰期比任何一代子体都长，从纯母体出发，经过足够长(5～10倍于最长子体半衰期)时间以后，母体的原子数(或放射性活度)与子体的原子数(或放射性活度)之比不随时间变化，称在该母子体之间达到了放射性平衡，又称久期平衡。 10.暂时平衡: 某种放射性核素母体按自身的衰变规律产生子体核素。若母体的半衰期在有限程度上长于子体的半衰期，在经过一定的衰变期以后，子体核素的原子数以一种固定的比值与母体原子数建立平衡的现象就是暂时平衡。 T1＞T2，λ1＜λ2 11.长期平衡当母体的半衰期T1很长时，在通常的测量时间内，观察不到母体的放射性活度的变化，称为长期平衡 。 T1＞＞ T2，λ1 ＜＜λ2 12.不成平衡: 当母体的半衰期T1小于子体的半衰期T2时，或者λ1＞λ2，母体以自己的半衰期衰减，子体则从零开始生长，达到极大值后以慢于母体的速度衰减，待时间足够长 [t ＞（7-10）T1]，母体衰变殆尽，子体以其自身的半衰期衰减。整个过程母、子体的放射性活度之比一直在变化，不存在任何放射性平衡称为长期平衡。 T1＜ T2，λ1＞λ2 13.放射性衰变类型: 根据原子核中放出的射线的种类，可将放射性衰变分为以下几种类型：①α衰变——α衰变时，放射性母体同位素(X)放出α粒子(实际为氦原子核)而转变为另一个新的子体核素(Y)。 ② β衰变——β衰变是指原子核自发地放射出β粒子（电子或正电子）或俘获一个轨道电子而发生的核内核子之间相互转化的过程。 dt dN A -=2211N N λλ=2 1A A =
《核化学与放射化学》论文模板
·研究论文· 中文题目 作者11 , 作者21，2 , 作者31 , 通讯作者1，2 1.单位1 合肥230031; 2.单位2 大连116023 摘要:摘要内容(摘要以提供论文的内容梗概为目的，不加评论和补充解释，简明、确切地论述研究目的、原理和结论，具有相对独立性。摘要应重点包括4个要素，即研究目的、方法、结果和结论。在这4个要素中，后2个是最重要的。在执行上述原则时，在有些情况下，摘要可包括研究工作的主要对象和范围，以及具有情报价值的其它重要的信息。不应有引言中出现的内容，也不要对论文内容作诠释和评论，不得简单重复题名中已有的信息；不用非公知公用的符号和术语，不用引文，除非该论文证实或否定了他人已发表的论文；缩略语、略称、代号，除了相邻专业的读者也能清楚理解的以外，在首次出现时必须加以说明；不用图、表、化学结构。中文摘要以300字左右为宜). 关键词:关键词1；关键词2；关键词3；关键词4 (3～8个) 中图分类号：文献标识码：A Title in English(与中文题名含义一致，且每一个实词的第1个字母大写) Author a,d LI, Yi-lin a,b LI, Ying a LI, Yang*,a,b a Laboratory of Environment Spectroscopy, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031,China; b Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023,China Abstract:Content of abstract (英文摘要应符合英文语法，句型力求简单，通常应有10个左右意义完整，语句顺畅的句子). Key words:Keyword1; Keyword2; Keyword3; Keyword4 (中、英文关键词一一对应) 正文(以1.5倍行距、宋体(英文用Times New Roman)、小四号字单面打印在A4纸上，稿件还应标注页码以利于编辑和修改。正文各部分都应简洁明了。层次标题一律用阿拉伯数字连续编号；不同层次的数字之间用小圆点相隔，末位数字不加标点符号。如“1”，“1.1”等) 1一级标题 1.1 二级标题 1.1.1 三级标题 图1 中文图题 Fig. 1 Figure title in English (a) Bent; (b) Fe-Bent; (c) Fe-Al-Bent (图注) E-mail: aaa@https://www.360docs.net/doc/0115137352.html, Received February 26, 2004; revised June 3, 2004; accepted September 13, 2004. 国家自然科学基金(No. xxxxxxxx)资助项目.
2008试卷(A3)模板A答案_放射化学与核化学基础
兰州大学2007～2008学年第 2 学期 期末考试试卷（A卷） 课程名称：核化学与放射化学基础任课教师：吴王锁 学院：核科学与技术学院专业：放射化学年级： 2004级班级 姓名：校园卡号： 一、简答（15分） 1、举例说明化学纯度、放射性纯度、放射化学纯度 答：化学纯度：指处于特定化学状态的某物质的重量占产品总重量的百分数。 放射性纯度：指某放射性核素的放射性活度占样品总放射性活度的百分数。 放射化学纯度：在样品总放射性活度中，处于特定化学状态的某核素的放射性活度所占的百分数。 举例略（只要所举例子正确均可得分，没有举例扣一半分数） 2、举例说明元素、核素、同位素、同质异能素 答：元素：原子序数相同的同一类原子。 核素：具有一定的原子序数、原子质量数和核能态的原子。 同位素：原子序数相同，质量数不同的核素。 同质异能素：原子序数和质量数相同而核能态不同的核素。 举例略（只要所举例子正确均可得分，没有距离扣一半分数） 3、什么是半衰期、半交换期、半致死量、半厚度？分别写出适当的数学表达式答：半衰期：指某放射性核素衰变到原来一半时的时间。T1/2=Ln2/λ 半交换期：同位素交换反应的交换量达到平衡时的一半时所需要的时间。 t 1/2=ln2/2k (一级反应，k为速率常数) t1/2= abln2/(a+b)R (通式，R为反应速率) 半致死量：使受试验群体中半数死亡的最低辐射剂量。 S/S0=e-αD S/S0=50%时，D1/2=ln2/α 半厚度：射线与物质相互作用时，使射线强度降低到原来一半所需的物质厚度。 d 1/2= ln2/μ（μ为线性吸收系数，当用其它吸收系数表示时，略有不同）注意：本体如只有文字表述，没有数学表达式，视情况扣分。 4、什么是标记化合物？制备标记化合物时应注意哪些问题？ 答：标记化合物是指化合物分子中一个或多个原子或基团被易辨认的原子或基团所取代后的产物；制备时应注意： ⑴示踪原子应标记在稳定的位置上； ⑵示踪原子应标记在合适的位置上； ⑶选择合适的示踪原子进行标记； ⑷对于放射性示踪原子应考虑衰变类型、能量、半衰期和辐射损伤等。 5、何谓理想同位素交换反应？它有何特点？ 答：理想同位素交换反应：指不考虑同位素效应的同位素交换反应。 特点：⑴平衡常数k p=1，正、逆反应速率常数相等； ⑵同位素交换无热效应，Q T=0； ⑶正、逆反应的活化能相等； ⑷同位素交换反应的平衡常数与温度无关； ⑸同位素交换反应不伴随浓度（不含同位素浓度）的变化。 二、配平下列核反应方程式（10分） (1)147N+10n→( 136C ) +21H (2)22789Ac→42He +( 22387Fr ) (3)( 63Li ) +21H→242He
放射化学基础习题及答案_放射化学与核化学基础
放射化学基础习题及答案_放射化学与核化学 基础
放射化学基础习题答案 第一章 绪论 答案 （略） 第二章 放射性物质 1．现在的天然中，摩尔比率238U ：235U=138：1，238U 的衰变常数为1.54×10-10 年-1，235U 的衰变常数为9.76×10-10年-1.问(a)在二十亿(2×109)年以前，238U 与235U 的比率是多少？(b)二十亿年来有多少分数的238U 和235U 残存至今？ 解一： 0t N N e λ-= 23523802380235238238235235 13827:11t t t t N N e e N N e e λλλλ----==?= 保存至今的分数即 t e λ- 则238U ：0.753 ≈0.74 235 U ：0.142≈0.14 解二： 二十亿年内238U 经过了 9 10 2100.44ln 21.5410-?=?个半衰期 235 U 经过了 9 10 210 2.82ln 29.7610-?=?个半衰期 保存到今的分数： 0.30.44238100.74f -?== 0.3 2.82235100.14f -?== 二十亿年前比率 23523823823513827:11t t U e U e λλ--=?=
2. 把1cm 3的溶液输入人的血液，此溶液中含有放射性I o =2000秒-1的24Na ，过5小时后取出1cm 3的血液，其放射性为I=16分-1。设24Na 的半衰期为15小时，试确定人体中血液的体积。(答:60升) 解： 5小时衰变后活度： 1 ln 2515 020001587.4t I I e e λ-- ?-==?=秒 人体稀释后 1587.416 60 V = （1min=60s ） 5953600060V ml ml L ∴=≈= 3． 239Np 的半衰期是2.39天，239Pu 的半衰期是24000年。问1分钟内在1微克的(a) 239Np ，(b) 239Pu 中有多少个原子发生衰变？(答: (a)5.07×1011; (b)2.6×109) 解： 6 23150110 6.02310 2.519710239 N -?= ??≈?个原子 (a) ()()1511001 2.5197101 5.0710t t N N N e e λλ---=-=??-=? (b) 239Pu 的半衰期太长 t=1min 时 t e λ-≈1 0N N -≈ 0 1/2ln 2t λ?? = ??? 若 t 为1天，1 小时等，再求出平均数， 则与题意有距离。则0N N -=62.610?≈6310? 4．(a)据报导，不纯的镭每克放射衰变每秒产生3.4×1010α粒子，这α射线所产生的氦气以每年0.039毫升(在标准状态下)的速度聚集起来。从这些数据计算阿伏加德罗常数。(b)假设镭中含痕量短寿命的放射α粒子的子体元素。这将如何影响你对(a)所计算的正确性？(答: (a)6.2×1023) 解： (a) 1年内产生的α粒子数：103.410360024365???? 1年内产生的氦气的摩尔数：610.0039 1.71108.31273 PV n RT -?= ==?? ∴ 阿佛加得罗常数10236 3.410360024365 6.27101.7110 A N -????=≈??
放射化学重点
第一章绪论 1、放射化学的概念:它是研究放射性物质和原子核转变过程产物的结构，性质，制备，分享，鉴定和应用的科学。（1910年由卡麦隆提出） 2、放射化学的特点：低含量、核变量（1）微量或低浓度；（2）不断在变化中；（3）有辐射化学效应；（4）采用特征的放射化学研究方法；（5）注意辐射防护的问题。 3、⑴载体：（名词解释）能载带放射物质一起参与反应的常量物质。在化学性质上与被分离的放射性核素相同或相似的物质，可分为同位素和非同位素载体载体使用量一般为几毫克到几十毫克。 ⑵反载体：能阻止放射性物质参加反应的常量物质。又称抑制载体，通常是杂质的稳定同位素。加入反载体后，放射性杂质被大大稀释，并随反载体一起保留在溶液中，从而大大降低放射性反杂质被吸附或夹带的量。 ⑶净化载体:又称净化剂或清扫载体。可将多种杂质离子从溶液中除去，让所需的放射性核素留在溶液中。 4、近代放射化学的分类 ①基础放射化学②放射性元素化学③核转变过程化学④应用放射化学 5、辐射防护的重要性 ①在进行放化操作之前，必须了解所用放射性核素的核性质、毒性以及应采取的防护措施； ②实际工作中必须严格遵守放射性安全防护规定； ③在操作强放射性核素前，应先做冷实验； ④每一步操作必须谨慎小心，尽可能减少容器或设备的放射性沾污； ⑤放射性废物不可随意丢弃，必须妥善存放或回收处理。 第二章同位素交换 1、⑴同位素效应：指由于同位素质量的不同而引起的同位素在物理和化学性质上的差别。轻元素的同位素效应较大，重元素的同位效应可忽略。 ⑵同位素交换：是体系中同位素发生再分配的过程。 2、交换度F：定义为y/ y∞，它表示同位素在参加交换的物质之间的分配与平衡分配相距的程度。(0≤F≤1) 公式：F=1-e-（a+b/ab）Rt 3、均相同位素交换的机理的四种类型: ⑴解离机理:两种化合物均能进行可逆的解离，生成不同同位素的同种粒子（离子、原子或自由基），那么在这些化合物之间将进行同位素交换。(AX+BX*=AX*+BX) ⑵缔合机理:假如某元素的两种化合物能够缔合成过渡状态的中间化合物，那么它们可以按缔合机理发生同位素交换。(AX+BX*≒ABXX*≒AX*+BX) ⑶电子转移机理:处于不同氧化态的同位素原子，可通过电子转移导致同位素的再分配。实际上，在这种交换中，原子并未从一种化合物向另一种化合转移。（Fe2++Fe*3+≒Fe*2++Fe3+）⑷其它可逆化学反应的同位素交换机理：如四基环已烷中的碳原子在侧链和还之间的，这是个重排反应，因为五元环和六元环均是较稳定环。 第三章放射性物质在低浓度中的状态和行为