中子照相技术及其应用(PDF 8页)

中子照相技术及其应用

裴宇阳　唐国有　郭之虞

(北京大学物理学院　重离子物理教育部重点实验室　北京　100871)

摘　要　本文简述中子照相的原理、方法和特征。包括中子源,中子转换屏,中子成像技术等关键技术。给出在415M V静电加速器上快中子照相的结果。并概述中子照相技术的一些应用实例。

关键词　中子照相　快中子　中子转换屏　无损检测

概述

我国的中子照相可以追溯到60年代初,中国原子能科学院朱家等人在研究性重水反应堆上由中子通过有关材料的强度变化,完成了我国第一颗原子弹引爆中子源的最终质量检测。80年代初,清华大学核能研究院等单位曾在反应堆上开展过热中子照相的研究工作,是我国首批建成的能投入正式运行的堆热中子照相系统1,若干年来为航空国防等部门完成许多热中子照相任务。东北师范大学自1985年起开始进行过小型中子照相装置的实验和研究2。

中子照相对中子源有较高的要求,也制约中子照相的发展,反应堆中子源中子流密度高,可获得优质的中子照相的照片,但费用高,设备笨重,随着中子照相的推广,为满足工业应用,中子照相小型化的要求越来越迫切,以致成为当今中子照相研究中的主要课题之一。如采用中子管,加速器中子源的可移动式中子照相装置等。近些年来,中子的成像技术也有迅猛的发展,特别是电成像,实时成像等成为显示中子图像的主要手段,这也是当前该领域的主攻课题之一。

中子照相技术具有其他无损探测技术无可替代的特点和优点,能够获得很多其它传统技术不能得到的重要信息。射线检测是从X射线开始的,与X 射线无损检测相比较,X射线穿透物体时,受到核外电子作用而被衰减,因此其质量衰减系数,与材料原子序数有确定的函数关系。与X射线不同,中子不带电,能轻易的穿透电子层,与原子核发生核反应,因此其质量衰减系数与入射的中子能量和物质的原子核截面有关,和原子序数关系复杂。由于上述机理的区别,使中子照相具有下列X射线所没有的功能:中子能够:a)穿透重元素物质,对大部分重元素,如铁、铅、铀等,质量吸收系数小;b)对某些轻元素,如水、碳氢化合物、硼等质量吸收系数反而特别大;

c)区分同位素;d)能对强辐射物质成高质量的图像等。特别是在能够穿透许多金属、重金属检测内部有机物质状况上具有非常大的优势,中子照相与X 射线照相比较(见图1)

。

中子照相 X射线

图1　中子照相与X射线照相比较

中子源主要可分为四种,放射性同位素,如252C f,加速器,反应堆和中子管,可使用的中子能量变化范围很大,有冷中子、热中子、中能中子、快中子等,它们对同一核素的相互作用截面变化也很大,这些特性都可利用来进行无损检测工作,这也造成中子照相技术的多样性和复杂性。可根据实际情况和需要利用这些特性来进行无损检测工作。

由于上述优点,1955年中子照相就在质量检测上有广泛的应用,包括武器部件的质量检测和库存武器的可靠性常规检测,到20世纪70年代初,中子照相已进入工业实用阶段特别在核电和宇航工业中应用已十分广泛,现在,中子照相作为一种常规的无损检测方法已经确立。在众多学科研究和工业领域有着广泛和重要的应用。

1　中子照相的原理和装置

111　中子照相的原理

中子照相是基于射线穿过物体时会发生衰减的基本原理。当中子入射到待照的样品后,由于中子与样品中的原子核发生相互作用(散射和核反应),透射中子的强度和空间分布将发生变化(见图2),

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二○○四年·第五期新技术应用

图2　中子照相原理示意图

I x =I 0e -μX B (E ,Z ,μx )(1)

式中,I 0为射线入射强度,I x 为射线出射强度,

μ=n σ物质的射线线性吸收系数,n 物质的核密度,

σ物质核的中子全截面,B (E ,Z ,μx )物质的中子散

射积累因子。

因为不同的材料对中子束有不同的衰减特性,

这种作用的强弱与发生作用局部区域中样品所包含

材料的性质(组成元素、密度、空穴等)有关,所以透

射中子束即包含样品内部成分和结构的信息,再利

用特定的技术和相关的影像技术,将透射中子注量

率I x 的空间分布显示出来,就可获得待照样品内部

所含材料的空间分布、密度变化、各种缺陷的综合信

息,这就是中子照相的基本原理。

112　中子照相的装置

中子照相系统的构成主要有三大部件:中子源2

准直器2像探测器系统(包括中子转换屏),其基本部

件(见图3)。如何构成这个系统有许多种方案可供

选择,它们的性质不同,投资费用不同,应用范围也

有很大的不同

。

图3　中子照相装置示意图

2　中子照相系统的主要部件及相关技术

中子按能量的不同可分为:冷中子、热中子、共

振中子、快中子等。其中热中子照相分辨率高,目前

在中子照相中应用最为普遍,技术也比较成熟。但

热中子只能穿透较薄的金属层,对于象炮弹这样的

物体,就难以得到清晰的图像。快中子可以穿透较

厚的金属层,故快中子照相在这方面可以弥补热中

子的不足。但快中子照相的分辨率较热中子要差一

些,快中子照相因为它独特的优点和实际的需要近

年来也取得了很大的发展和广泛的应用,成为中子

照相的一个热点。在一些特殊情况下,超热中子照相和冷中子照相也有其独特的优点。构成不同能量的中子照相系统,所包含的部件及相关技术都不尽相同,但共同的主要组成部分为中子源、准直器和像探测器。这三部分也称为中子照相的三要素,选择这些基本部件各自的性能特点,再加上一些各自的专有装置,如热中子照相系统的慢化体等,就组合成适用于不同应用要求的热中子、快中子、冷中子照相系统等。以下分别对这些主要部件及相关技术就应用最为广泛的热中子和快中子照相为例进行介绍:211　中子源能产生自由中子的装置称为中子源。作为中子照相的中子源主要有四种:反应堆中子源、加速器中子源、中子管中子源和同位素中子源。21111　反应堆中子源　以235U 为燃料的热中子反应堆中子能谱为裂变谱,可引出能量在01005eV 到0105eV 的之间高通量的热中子束,引出孔热中子可达106～108n/cm 2·s -1,是当代进行热中子照相并能获取高精度影像最强的热中子源,是目前能实现快速实时成像的最强的热中子源。但造价高,运行费用也高,设备庞大和昂贵,只能依托大型的反应堆建造热中子照相系统,缺乏灵活性。堆中子源也包含一定的快中子成分,采用一定的技术也可提取快中子束。但这种快中子束的能谱不单一,靶点大,γ射线成分高,所以不是理想的快中子照相的中子源。21112　加速器中子源和中子管中子源　采用核反应产生单能或连续能谱的快中子,用于静电加速器和RFQ 直线等加速器等产生中子的核反应有:D (d ,n );T (d ,n );9Be (d ,n );9Be (p ,n )等。倍加器中子发生器和中子管中子源主要采用D (d ,n ),T (d ,n )反应产生快中子。目前RFQ 直线加速器最大快中子产额可达1013/s.4π。中子管中子源主要利用T (d ,n )产生14MeV 快中子,当前国际上可用于中子照相的中子管最大快中子产额接近1011/s.4π。使用寿命超过500h 。加速器和中子管中子源产生的快中子束可直接用于快中子照相,加速器快中子源由于快中子产额高,中子靶点小(接近点源)不需要特殊的中子准直系统,是进行快中子照相首选的快中子源。除堆中子源外,所有上述的快中子源用于热中子照相时,这些源发出的快中子必须经过慢化才可得到热中子。

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1现代仪器

二○○四年·第五期

加速器源用于热中子照相,与反应堆中子源相比,虽然源的强度稍低,但造价低、安全性好,有一定的灵活性,因此便于推广。与中子管中子源相比,源的强度高、使用寿命长,但移动性稍差。将中子管中子源快中子慢化为热中子后实现热中子照相,有利于建立可移动式的紧凑型中子照相装置。

21113　同位素中子源　常用于中子照相的同位素252C f(锎)是一种自发裂变中子源,平均中子能量为2116MeV,252C f中子源寿命为2165年。它是一种极紧凑,中子产额较高的同位素中子源,可是目前全世界252C f的产量很少(每年不过几克),价格昂贵,很难得到中子产额超过109n/s.4π的252C f中子源。而且它的寿命比较短,运输、贮存等安全问题严重。所以紧凑型热中子照相装置的配套中子源已多采用紧凑型中子管。

212　慢化体

其功能是将快中子慢化为热中子,同时尽量提高热化效率,经慢化后,产生一个峰热中子所消耗的源中子数称为热化系数,它反映对源中子的利用效率,其大小主要与慢化体材料有关,要求当快中子与慢化剂的原子核作用时损失能量大,被吸收的几率小,常用于慢化中子的慢化体多为富氢的材料如:重水、普通水、石腊、聚乙烯等。当然源中子的能谱和慢化装置的几何结构也是影响慢化效率的重要因素。一般采用蒙特卡罗方法及相应的程序,如mcnp 程序进行慢化体物理上的初步优化设计,结合实验对工程设计进行调整从而获得最佳的慢化装置。213　中子准直器

中子照相中要求投射到待照样品的中子束尽可能为均匀分布的平行束,中子准直器就是为达这一目的关键部件。作为热中子照相,为从反应堆孔道或加速器中子照相系统的慢化装置中提取平行度好的均匀热中子束,必须配备相应的热中子准直器,常见的中子准直器有圆管型、多束圆管型、多束平板型、发散型等。

加速器中子照相系统,一般采用发散型准直器,当准直器入口直径为D,长度为L的准直孔道引出中子束,定义L/D为准直比。准直比愈大提取的热中子束的平行度愈好,对于加速器热中子照相系统的准直器的准直比,一般在20～100之间,对于反应堆热中子照相系统的准直器的准直比可达100～500。准直比越大则图像的几何分辨率越好,但同时中子通量则会越小,所以要根据应用的需要和中子源的实际情况,综合考虑设计准直比的大小。

加速器快中子源近似于点源,当待照样品距中子靶一定距离时,可获得平行度和均匀性极好的中子束。因此进行快中子照相不需要设计特殊的中子准直器。

214　转换屏

探测透过样品的中子空间分布的关键部件为位置灵敏中子探测器,在中子照相技术中称为中子转换屏。由于中子不能被胶片等像探测器直接探测,因此研制和选择合适的转换屏是十分关键的。它的好坏对中子照相的性能有决定性的影响,中子转换屏中含有中子转化物质和荧光物质,中子转化物质可吸收热中子或快中子通过相互作用后放出α、β或γ射线或反冲质子。这些次级射线或荷电粒子,使荧光物质发光,从而产生可被探测的物质影像。对应不同类型的中子照相系统,中子与转换屏的作用机理不完全相同,在此仅介绍热中子和快中子转换屏。

21411　适合热中子照相的中子转换物质主要有两类　热中子照相可采用直接曝光和间接曝光获取中子空间分布的影像,因此适合热中子照相的中子转换物质主要有两类。(1)含锂、硼、镉和钆与萤光材料均匀混合制作的热中子转换屏,配合高灵敏的感光胶片或其他数码成像技术(CC D,IP板)直接获取中子空间分布的影像。实现直接曝光。其中含钆的热中子增感屏和6Li+ZnS(Ag),6Li+ZnS(Cu)热中子转换屏均可从市场购得。(2)铟和银等,俘获热中子后形成具有一定寿命的放射性核,配合胶片实现间接曝光,获取中子空间分布的影像。

21412　适合快中子照相的快中子转换屏,主要用于直接曝光法获取中子空间分布的影像,快中子转换屏主要基于H(n,n)H,即中子与氢核的弹性散射。发光材料将反应产物的能量转化为荧光。因此,快中子转换屏主要由含氢材料与荧光材料组成,目前国际上采用的荧光材料多为ZnS(Ag)荧光材料。

如参考日本的制作方法并结合自己的经验,将荧光粉与聚丙烯均匀混和后热压,制作两种转换屏。在我国首次实现了快中子照相。

215　探测成像系统

通过被照物的中子束已含有物体内部结构的信息,再通过探测技术读出物体内部结构的信息。探测技术可分为两大类,一类是直接或间接曝光技术;另一类是光电转换技术。曝光技术采用含乳胶层的胶片、固体径迹探测器或IP板直接形成物体影像的潜影,然后分别通过冲洗、腐蚀或激光扫描等方法显影。曝光技术可以达到较高的分辨率,但不能实时

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成像。光电转换技术一般使用CC D相机得到物体影像,可实现实时成像。可以采用影像增强技术提高探测灵敏度。在中子源强度有限的情况下,还需采用噪声抑制技术,如CC D芯片冷却。在如此众多的成像方法中,如何根据具体情况和要求选取合适的成像系统也是非常重要的,下面对各种成像技术做简要的介绍。

21511　转换屏—胶片法3　中子辐射照相的像探测器用的最多的就是转换屏—胶片方法。中子与转换屏元素发生核反应形成二次辐射α、β或γ射线,再由这些次级粒子使胶片感光,形成潜像。转换屏的选取见上。这种方法分辨率高,但成像时间较长,要经过显影,定影,需要暗室等,数字化不方便。21512　径迹蚀刻法　一般用材料(如6Li,10B,235U)作转换屏,它们吸收中子后能产生α粒子或其它重粒子,轰击云母片或塑料薄膜,形成电离损伤,通过化学方法腐蚀形成可见痕迹,大量痕迹聚集则可形成可见图像。蚀刻用NaOH或K OH溶液在高温下浸泡数小时。径迹的大小与中子的能量、辐射时间及蚀刻条件有关。常用的固体径迹探测器有CR2 39,赛璐珞等。据笔者实验,在赛璐珞前加一层聚乙烯,可产生反冲质子,提高效率。赛璐珞的吸引力还表现在其良好的经济性上,成本要比CR239廉价很多。这种方法的优点是对γ射线不灵敏,所以图像受γ射线影响小,但形成的像的对比度差,还需用特殊的光电技术,转换为数字影像。

21513　CC D相机中子照相4　CC D(电荷耦合器件)相机中子照相是一种电子学中子照相系统,透射中子打在闪烁屏上发出的光,通过光电增强系统,如微通道板,微光摄像管,光放大器等再由反射镜反射到透镜,然后聚焦在CC D相机上。光电增强系统的一般原理是光射在光阴极上转换为光电子,再经电子光学系统把电子聚焦加速后,成像在输出荧光屏上4。CC D相机中子照相系统具有动态范围大,线性好,空间分辨率好,重复性好等优点,可以建立实时照相系统,但如何抑制热噪声,从而提高像的质量是个很重要的问题,除在硬件上普遍采用冷却系统外,还要求配备相应的图像处理软件对所得的原始影像修改加工。

21514　成像板(IP)5,6　IP为日本Fuji公司研发的面探测器,所依据的原理是光励荧光PS L(Photositim2 ulated Luminescence),其运作类似于照相底片,对X、β和γ射线等带电粒子很敏感,首先IP在X射线等带电粒子中曝光,形成潜像,然后用激光逐个像素的扫描IP(光激励),激发光励荧光,其强度正比于IP 在该像素所接受的射线照射剂量,并通过光电倍增管将光励荧光转化为电信号,形成数字化图像。在完成射线图像的读出后,用卤素灯照射IP可以完全擦去潜像使IP恢复原来的空白状态。只要在IP前加转换屏,中子转化物质可吸收热中子或快中子通过相互作用后放出α、β或γ射线或反冲质子,即可实现对中子的IP成像。IP成像有较高的数字图像质量,比胶片成像有更好的分辨率、线性度、灵敏度和动态范围,且直接形成数字化的图像。需要设备包括:TE M电镜,读出设备,擦写设备,电脑。它使用比较方便,技术成熟。还有一种用X射线成像板(IP2X)的铟(In)转换法,主要用于快中子照相7。还有目前正处在研究和开发阶段的中子层析照相法。这与X射线“CT照相法”很相似,对被照物里透射出来的中子或射线,沿射线方向在一定平面角范围内,均匀的布置一系列探测器进行探测,并沿着一个固定的轴线旋转物体获得一系列的信息,用计算机进行处理,获得某一“剖面”图像。

216　图像处理技术

图像处理的目的是提高图像的信噪比、对比度、消除伪影和改善系统分辨率。图像的本底噪声来源于中子在被成像物体上的散射、中子在环境中的散射、中子源的γ或X射线沾污、电子学系统的热噪声和量子数有限造成的统计噪声。采用噪声滤除技术和噪声建模修正技术可有效地降低图像的噪声本底。还可以采用线性对比度增强、边缘锐化和伪彩色处理等技术改善图像质量。

3　在静电加速器上的快中子照相8

在快中子能区,中子反应截面比较小,因此快中子比热中子对高密度的金属材料具有更大的穿透本领。同时由于其反应截面低,转换屏效率也较低,曝光时间加长,其转换屏技术与热中子转换屏有所不同。快中子照相一般采用加速器中子源,自然准直。因中子源近似为点源能达到很大的准直比,易于得到比堆中子源更高质量的影像。这同时也意味着对于快中子照相,中子靶上的束斑应当很小,这就对束流的聚焦和中子靶的冷却提出了较高的要求。分辨率比热中子照相要差一些,快中子能区不同材料的截面趋于减小、一致,区分材料检测变的困难。快中子的屏蔽也要比热中子困难一些。

用国产的原材料研制一种适用于快中子照相的关键部件2快中子转换屏。利用北京大学415M V静电加速以及厚金属铍靶,利用9Be(d,n)反应产生小

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现代仪器二○○四年·第五期

于7MeV 能区的快中子,进行快中子照相的初步实

验。借助带不同孔径的Fe 等不同材料制作的不同

厚度的试验样品,对目前所采用的胶片法的基本性

能进行测试,也获得实际的金属部件内部状况的照

片。由孔径为1mm ,厚度为1cm 的铁(Fe )圆柱测试

样品所得的照片,采用胶片成像法的固有空间分辨

率的黑度分布曲线(见图4)。外径为7cm ,中心孔径

分别为1cm 、3cm 和5cm 的铁(Fe )样品所得照片(见

图5)。旧的马达的内部照片(见图6)

。

图4　透孔直径为1mm

的灰度变化曲线

图5　

中空铁柱样品快中子照相图片

图6　旧的马达快中子照相图片

4　中子照相应用举例

随着科技的发展,中子照相在航天、航空、军工和

许多其他领域中业已得到十分广泛的应用。国际上

中子照相的应用已相当广泛。据十几年前的统计,美

国当时每年要拍出热中子照片20000张以上。英国

罗伊斯2罗尔斯航空发动机的每个叶片在生产过程中

都必须经过中子照相检测,作为其质量保证的必备措施。许多发展中国家也开展中子照相的研究。411　航天,航空中的应用9航天火箭与飞船发射的可靠性是头等重要的问题。故航天火工品的缺陷检查是必不可少的。如用于飞行姿态控制的导火索和用于各级火箭分离的爆炸螺栓等均须用中子照相方法加以检查(见图7)。特别是经过长途运输后的检查,只能用可移动的中子照相装置进行。清华大学用热中子照相检测航天部长二捆火箭导爆索,发现最小为012m m 的炸药裂缝7,10

。图7　火箭部件的中子照相中子照相还可用于航天火箭部件的材料性能、缺陷和腐蚀情况的检测。例如,用热中子照相分析密封部件和推进系统的燃料情况,用快中子照相检查大型部件,如涡轮机叶片内部被腐蚀的情况等。实时中子照相还可以观察火箭发动机的点火过程。航空发动机叶片的内部均设有冷却通道,以提高发动机的工作温度。叶片在压力铸造后的脱芯是一项关键技术,若留下残渣会在工作时形成热点而损坏叶片。高温下残渣还会流动,破坏发动机的动平衡。故叶片在铸造时,须在型芯中加入标记物质钆。钆的热中子吸收截面特别大,容易被中子照相检测出来。中子照相还可用于在飞机保养中对发动机叶片、铝板结构件、复合材料的腐蚀和水汽等情况和缺陷的检查。例如,飞机机翼本身就是油箱。油中含水,长期使用铝材会受到腐蚀,生成氢氧化铝。用中子照相方法可以很容易测出腐蚀斑。可移动式中子照相系统可以对飞机进行无损在位检测,不需拆下部件,检测快速,可靠,灵敏,美国等许多国家都有专用的可移动中子照相仪器用于飞机检测,相对常规方法,可大大缩短维修检测时间,同时飞机的检测和维修可延长5%的飞行时间,这也就节省了大量的资金,确保飞机的安全飞行。412　环境学,地学,生物学中的应用如在地球科学中,对陨石的剖面进行研究。石油工业中,储集层没有裂缝或裂缝不发育便不能形1

2二○○四年·第五期新技术应用

成中高产气层,中子照相在储集层研究领域不仅对

裂缝酸化效果评价,并且为硅酸盐储集层岩心中隐

蔽的孔洞,裂缝分析提供了一种新手段,新内容。生

物学中土壤中植物根系生长过程研究。这里给出一

植物的根茎图片(见图8)

。

图8　植物根茎的中子照相

413　核工业,军事上的应用11

核工业中核燃料元件棒的热检验、检查燃耗和

燃料内部状况。在兵器工业中中子照相也有重要应

用,如弹药、引信、导火索等火工品的缺陷检查,导弹

控制元器件的质量检验等。欧共体已推广用中子照

相检查继电器工作状态和功能的技术,并认为中子

照相是检测电子元件的优秀工具。

国外曾有人用中子照相研究子弹发射的动态过程。

结果发现,子弹头飞离枪膛后,子弹的装药尚未完全燃

烧。从而得出结论,该型号子弹的装药量可以减少。

快中子照相还可以用于检查武器装备中的大型

金属部件的缺陷,包括长期使用或储存后出现的缺

陷,以避免事件的发生。

414　工业应用12

汽车工业中可进行燃料燃烧过程的观测与研

究,有助于提高发动机效率。石油、化学、冶金工业

中机械部件的金属氢氧化物检查,两相流观测与研

究,液态金属状态观测等。材料工业中可用于复合

材料各层结合情况的检测。建筑业中混凝土渗水渗

油特性的测试。这对于修建地下油库、海洋石油平

台等是十分重要的。用老式方法只有在渗透过程中

把试件切开来观察,使得数据离散,且每个样品的情

况不可能完全一致。用中子照相方法无需破坏试

件,可观察全过程,结果可靠得多。

415　其它领域中的应用

考古学中的应用,中子照相是考证古代文物的

内部结构,制造工艺等的重要手段,可用于青铜器构造研究、油画特征研究与真伪鉴别等。例如用中子照相分析印度制造的嘎伯答(G upta )铜像发现,铜像的一条腿是后来修补的,用中子照相可清晰的看到腿内芯子破裂部分的粘胶的状态与分布,而X 照相就看不到粘胶了。医学中癌变组织的检查与诊断,如对骨骼中的肿瘤,用中子照相就能准确诊断,而且边界清晰,而X 射线照相对骨骼的检查很有效,对骨骼中的肿瘤就很难确定。近些年来,中子照相技术发展很快,应用范围也日益扩大,许多国家都已发展成为商业性的服务行业。其中电视图像,动态实时照相技术应用更为广泛。目前,我国的中子照相技术的研究和应用还不够深入和普遍,技术水平与先进工业国家还有差距,随着各种应用领域的发展和不断扩大的需求,中子照相技术也将得到进一步的发展和应用,特别是中子照相装置的小型化和可移动化,将会使中子照相有更广泛的应用前景,也必将在我国的无损检测中发挥重要的作用。参考文献1　5貊大卫,刘以思,金光宇等.中子照相,北京:原子能出版社,19962　魏宝杰,钟海明.中子管及其应用技术,长春:东北师范大学出版社,19973　S 1Fujine ,K.Y oneda ,K.y oshii ,et.al.,Development of imaging techniques for fast neutron radiography in Japan ,Nucl.Instr.and Meth.1999,A424:190～1994　V.Mikerov ,W.Waschkowski ,Fast neutron fields imaging with a CC D 2based luminescent detector ,Nucl.Instr.and Meth.1999,A 424:48～525　T oshiya Sanami ,Mam oru Baba ,K eilichiro Saito ,et.al.,Fast 2neutron profiling with an imaging pkate ,Nucl.Instr.and Meth 2001,A458:720～7286　M.Matsubayashi ,T.Hibiki ,K.Mishima ,et.al.,Preliminary ex 2amination of the applicability of imaging plates to fast neutron radiography ,Nucl.Instr.and Meth :2001,A463:324～3307　T.T amaki et al.,Proc.WC NR 25,1997,3918　裴宇阳,唐国有,郭之虞.快中子照相胶片成像法的初步实验,第十二界全国核物理大会9　VERGI NI A R.CRISPI M ,Detection of C orrosion in Aircratf Alu 2minum Alloys ,Appl.Radiat.Is ot.V ol 49,1998,(7):779～78210　貊大卫,刘以思,蔡庆胜等.中子照相检验航天导爆索的研究,核电子学与探测技术,V ol.15,1995,(2):88～9111　E.H.Lehmann ,P ,V ontobel ,A.Hermann ,N on -destructive analysis of nuclear fuel by means of thermal and cold neutrons ,Nucl.Instr.and Meth.2003,A515:745～75912　M.W.Johns on ,The Industrial Uses of Neutron ,Appll.Radiat.Is ot.V ol.46,1995,(6/7):673～680(上转第16页)

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行分离通道的微流控芯片进行高通量DNA分析。这种集成装置可使分析一个样品的全部时间缩短到20min,包括芯片上的PCR扩增和CE分离,大大加快PCR的分析速度,不需人工转移PCR产物,而且可实时控制PCR的扩增。其中引人注目的是An2 ders on等6和G attschlich等7的研究报道。前者的芯片集成细胞裂解、RNA提取纯化、逆转录PCR、套式PCR、DNA酶消化、DNA片段脱磷酸化、末端转移酶催化标记、靶DNA与探针点阵杂交和信号检测等多种功能,可进行自动化的HI V基因分型。后者是一个集成的蛋白质分析芯片,可在芯片上连续进行酶促反应、反应产物电泳分离、分离后各组分的标记和信号检测等过程。中国科学院大连化学物理研究所采用自行设计的RT-PCR试剂盒,实现了PCR和电泳检测的微流控芯片在线分析8。微流控芯片的集成微分析系统正在继续发展中。

芯片实验室技术仍处于早期研究阶段,但是由于其显著的优点和潜在的巨大商业价值,它从出现至今一直在快速地发展,特别是集成毛细管电泳、荧光标记和PCR技术于一身的微流控芯片,以其在基因测序、基因表达、疾病诊断及药物筛选等诸多领域的应用前景引起人们的极大关注。

参考文献

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3　杨军,李卓荣,杨梦更.芯片实验室(微流芯片)技术,生物化学与生物物理学报,2002,34:117～123

4　Bublmann C,Preckel T,Cban S,et al.A new tool for routine testing of cellular protein expression:integration of cell staining and expression on a micro-fluidic chip-based system.

Biom olecular T echniques,2003,14:119～127

5　高志贤.蛋白芯片技术研究进展及其应用,现代仪器, 2004,3:1～5

6　Anders on RC,Su X,Bogdan G J,et al.A miniature integrated device for automated nultisep genetic assay.Nucl.Acids Res, 2000,28:e60

7　G ottschlich N,G ulberts on CT,Mcknight TE,et al.Integrated microchip for digestion,separation and postcolumn labeling of proteins and peptides.J.Chromatog B,2000,745:243～249 8　周小棉,梅晓丹,刘大渔等.S ARS病毒的微流控芯片实验室系统检测,现代科学仪器,2003,4:13～16

(感谢上海黄道培教授提供应用实例图片)

Microfluidic chip technique and its application on laboratory medicine

Y ue Zhihong Zhang Zheng

(People’s H ospital of Peking University,Beijing　100044)

Abstract　Lab2on2a2chip has been widely used in bioscience research as a new technical flat.Microfluidic2based mi2 crodevices can be applied in both the fields of genomics and proteomics,including analysis of gene express,gene poly2 m orphism studies and clinical diagnostics et al.Within these systems,material is transported within microstructures where separations,reactions and analysis can occur.Capillary electrophoresis by microfluidics is an alternative method for m ore rapidly separating such as PCR products.The review describes basic principle,research of microfluidic chip and its application on laboratory medicine.

K ey w ords　Microfluidic chip　Capillary electrophoresis　Laboratory medicine

(下接第22页)

Progress in neutron radiography and their application

Pei Y uyang T ang G uoy ou G uo Zhiyu

(Institute of Heavy I on Physics,Peking University,Beijing　100871)

Abstract　In this paper,the basic principle,method and characteristics of neutron radiography technology are briefly de2 scribed,including the technique of neutron generating s ource,the neutron-sensitive converter and Various detector sys2 tems.S ome results of fast neutron imaging with4.5M V Van de G raff of Peking University are given,and s ome application of neutron radiography are expounded.

K ey w ords　Neutron radiography　Fast neutron　Neutron-sensitive converter　NDT

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