Chemical Radiological Principles：化学辐射原理
放射性化学与核化学
放射性化学与核化学放射性化学与核化学作为现代化学的一个分支，放射性化学与核化学主要研究放射性物质的化学性质以及核反应等相关问题。
它不仅在核能工业、核武器研究等领域有着广泛的应用，还对科学家深入了解元素的结构、性质与变化、揭示化学反应机理等起着重要作用。
放射性化学放射性化学是研究放射性物质的化学性质、动力学和分析方法的科学。
放射性物质具有放射性变化，在发生放射性衰变的同时释放出大量的能量，这种能量的产生对物质的化学性质有着很大的影响。
因此，放射性化学研究的主要目标就是探究放射性物质与其它物质的相互作用及其原因。
放射性核素的放射性衰变可以引起化学键的破裂，甚至引发新的化学反应，放射性核素的分析方法也与正常物质分析有着很大的不同。
比如，白金族元素的谱分析中，由于贡献的精细分裂结构被放射性产生大的撕裂，因此其谱线常常会被其他元素的谱线掩盖。
所以放射性化学家需要使用特殊的技术，如伽马光谱学、放射化学反应、比较计数技术等来分离和分析放射性核素，揭示它们的化学与物理性质。
放射性物质在自然界和工业环境中的存在，对大气、水体以及植物、动物等生物体都会产生影响。
放射性物质的环境污染和核污染事件都对人类和地球的生存环境构成了威胁。
放射性化学的研究在核工业、核墨子、核医学等方面起着关键作用。
知道放射性核素的化学性质，有助于人们避免或减少辐射危害。
核化学核化学是研究原子核的化学性质和函数的学问，它是物理化学与核物理学之间的交叉学科。
核化学理论奠定了合成超重衰变的理论基础，这是目前制备超重元素的唯一途径。
核化学在化工、化纤、电子等工业中也有着广泛的应用和推广。
核化学主要研究原子核与电子壳层和各种化学元素之间的相互作用和反应，探究核反应的机理及其应用。
核化学的研究涉及到放射性核素的合成、分离、净化、分析、测量及其在科学研究和工业生产中的利用，还研究核反应的过程、中间体及其动力学，揭示核反应的本质，为核工程应用提供重要的理论基础。
辐射化学和核能应用
辐射育种：利用辐射诱变育种技术培育新品种，提高农作物的产量和 品质
环境保护：利用辐射技术处理工业废弃物和核废料，降低对环境的污 染
辐射化学的发展历程
起始阶段：辐射化学的起源和早期研究 发展阶段：辐射化学的深入研究和应用拓展 成熟阶段：辐射化学在核能和其他领域的应用 未来展望：辐射化学的发展趋势和前景
核事故应急处理的方法和技术
核事故后的恢复和重建
核能应用的环保问题
放射性废液处理：必须经过严格的处理和储存，避免对环境和人类造 成危害。
核废料处理：需要建立安全可靠的废料处理和储存设施，确保核废 料不会对环境和人类造成危害。
核能生产过程中的环保问题：核能生产过程中会产生大量的热能和废 水，需要采取有效的措施进行冷却和处理，避免对环境造成影响。
辐射化学的主要研 究内容包括辐射化 学反应动力学、辐 射化学产物的性质 和结构、辐射化学 合成方法等。
辐射化学在核能应 用中具有重要意义 ，如燃料循环中的 化学问题、放射性 废物的处理和处置 等。
辐射化学的应用领域
核能发电：利用核反应堆产生的热能发电
放射性医学诊断和治疗：利用放射性物质进行疾病诊断和治疗
02
核能应用概述
核能定义
核能：利用原子 核反应释放的能 量
核能来源：核裂 变和核聚变
核能特点：高效 、清洁、安全
核能应用：发电 、供热、推进等
核能原理
核裂变：重核分裂成两个中等 质量的原子，释放巨大能量
核聚变：轻核结合成重核，释 放能量
核能发电：利用核裂变产生的 能量转化为电能
核能应用：除了发电，还用于 推进、医疗、农业等领域
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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 processingFU 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 processing3 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 @ 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 ,137Cs ),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・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・564・讲 座 32卷(2003年)7期的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・664・讲 座物理蓬勃发展[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.・764・讲 座 32卷(2003年)7期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・864・讲 座物理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.・964・讲 座 32卷(2003年)7期。
电离辐射的原理应用实例
电离辐射的原理应用实例1. 什么是电离辐射？电离辐射是一种能够使原子或分子电离的辐射形式。
通过释放能量，电离辐射能够将其传递给其它物质。
常见的电离辐射包括电离X射线、γ射线和电子束。
2. 电离辐射的原理电离辐射产生的原因是原子或分子受到能量较高的粒子（例如高速电子、光子等）的撞击，使得电子从原子或分子中被“踢”出来，形成离子。
这种过程涉及到能量传递、能量吸收和电离过程。
在电离辐射的过程中，高能粒子与原子或分子发生碰撞，将一部分能量转移给原子或分子，使得其内部的一个或多个电子从原子核的束缚状态转变为自由状态。
这个过程会产生有电荷的离子对和自由电子，从而引发化学反应和电离作用。
3. 电离辐射的应用实例3.1 医学领域的放射治疗电离辐射在医学领域中被广泛应用于放射治疗，用于治疗癌症等疾病。
通过将高能电离辐射照射到患者体内的肿瘤细胞或病变细胞上，可以破坏细胞的DNA结构，停止细胞的分裂和生长，从而达到治疗癌症的目的。
3.2 食品辐照处理电离辐射还可以应用于食品的辐照处理。
通过将食品暴露在辐射源下，可以杀灭或抑制微生物的生长，延长食品的保质期，减少食品中的细菌、病毒和寄生虫等致病微生物的数量，提高食品的安全性和卫生质量。
3.3 工业领域的辐射探测电离辐射的测量和控制对于工业领域的辐射安全控制至关重要。
通过使用辐射测量仪器来检测和监测工作场所中的辐射水平，可以保护工人的健康安全，防止辐射危害对人体的伤害。
3.4 核能发电电离辐射在核能发电中发挥着重要的作用。
核能发电通过核裂变或核聚变反应来释放能量，产生热能，并通过热能转换为电能。
核反应堆中的核燃料受到高能粒子的撞击，从而产生大量的电离辐射，这些辐射能够释放出巨大的能量，用于发电。
4. 电离辐射的安全性和风险尽管电离辐射具有许多应用，并为人类带来了众多的好处，但如果不正确使用或暴露于过量辐射源下，也可能会对人体健康和环境造成严重的危害。
因此，对于电离辐射的使用和管理应该遵守相关的安全规范，严格控制辐射的剂量和暴露时间，以保护人体和环境的安全。
re辐射原理
re辐射原理RE辐射原理是指通过将电能转换为辐射能而产生的一种物理现象。
RE辐射原理主要包括热辐射、电磁波辐射和粒子辐射三种形式。
热辐射是RE辐射原理中最常见的一种形式。
物体在温度不为零的条件下，会发出一定频率和强度的电磁辐射，这种辐射称为热辐射。
热辐射的频率分布与物体的温度密切相关，按照普朗克辐射定律，物体的辐射功率与频率的关系为：B(v)=2hv^3/c^2 * (1/(ehv/kT - 1))其中，B(v)表示单位频率内单位面积物体辐射的功率，v为频率，h为普朗克常数，c为光速，k为玻尔兹曼常数，T为物体的绝对温度。
根据普朗克辐射定律可以推导出的另一个重要公式是斯蒂芬-波尔兹曼定律，它描述了物体的辐射功率与温度的关系：P=σAT^4其中，P为单位面积物体辐射的功率，σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数，A为物体的表面积，T为物体的绝对温度。
除了热辐射外，电磁波辐射也是RE辐射原理的重要表现形式之一。
电磁波辐射是指由变化的电场和磁场组成的电磁波，其传播速度为光速。
根据麦克斯韦方程组，电磁波的传播速度与电磁场的振幅、频率和波长有关。
根据电磁波的频率分布，可以将电磁波分为不同的谱段，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
这些电磁波在通信、遥感、医学等领域有着重要的应用。
粒子辐射是指一种由高能粒子组成的辐射形式。
这些粒子可以是高能电子、质子、中子、α粒子等。
粒子辐射的能量往往与粒子的速度和质量有关，在高速碰撞和核反应等过程中会产生大量的粒子辐射。
粒子辐射对生物体有较高的穿透力，对人体组织和细胞会造成直接的损害，如细胞遗传物质的损伤和基因突变等。
RE辐射原理的具体机制可以通过量子理论和经典电磁理论进行描述。
在热辐射中，物体内部的电磁场发生了量子化，振动的电荷产生了离散的能量。
这些能量以光子的形式从物体表面逸出，成为热辐射。
而电磁波辐射则是由电磁场的变化引起的，在振动的电荷上产生了电场和磁场的传播。
化学实验室辐射安全操作规程
化学实验室辐射安全操作规程化学实验室是进行化学实验的地方，其中涉及到一些辐射安全操作规程。
辐射是指物质或能量通过介质空间的传播。
在化学实验室中，我们经常会遇到各种不同类型的辐射，如电磁辐射、射线辐射等。
这些辐射对人体健康和实验室环境均存在一定的影响，因此在进行化学实验时，我们应当遵守相关的辐射安全操作规程，确保实验安全进行。
首先，化学实验室辐射安全操作规程中，对实验室人员的个人防护做出了要求。
在进行实验时，我们应该佩戴好个人防护设备，如实验服、防护眼镜、手套等。
这些防护设备能够有效地阻挡和减少辐射对人体的影响，降低辐射对身体组织的损害。
此外，实验人员在操作时应注意避免暴露在辐射源的直接照射下，确保自身的安全。
其次，化学实验室辐射安全操作规程中，对实验室环境的安全也提出了要求。
实验室应当定期对辐射源进行检测和维护，确保辐射源的安全性和稳定性。
在使用辐射源时，应当进行有效的屏蔽和防护措施，避免辐射对周围环境和设备的损害。
实验室应当加强通风设施的维护和管理，确保实验室内空气的流通和清新，减少辐射物质的积累和浓度。
此外，化学实验室辐射安全操作规程还要求实验人员进行辐射源的正确使用和处置。
在使用辐射源之前，应当对辐射源进行详细的了解和研究，掌握其特性、辐射强度等相关信息。
在实验操作过程中，应当注意控制辐射源的使用时间和强度，避免超过安全范围。
完成实验后，应当正确处理和处置辐射源，避免对环境和人员造成潜在的危害。
特别是对于放射性物质的使用和处置，实验人员应当严格遵守相关的规定和要求，确保安全性。
化学实验室辐射安全操作规程的执行和监督也是非常重要的。
实验室应当建立完善的安全管理制度，明确各种辐射源的使用标准和操作流程，并将其纳入每个实验人员的日常工作中。
实验人员应当接受相关的培训和教育，提高辐射安全意识和能力，掌握正确的操作技巧和方法。
此外，实验室应当定期进行检查和评估，确保辐射安全操作规程的有效执行和实施效果。
第一章 绪论 放射化学课件
• 放射性核素的基本核物理性质 • 放射性元素，化合物的化学性质 • 放射化学分离 • 天然与人工放射性核素
• 放射性同位素化学（同位素在分析化学， 有机化学，无机化学，物理化学中的应用）
• 原子能的利用（核电，医学，工业，） • 辐射过程（射线与物质的相互作用） • 射线的利用与辐射防护
2020/11/11
2020/11/11
不列斯列尔在他所著的“放射性元素”一书 中定义：放射化学是研究放射性物质的制 备、分离、纯化和鉴定，主要放射性常数 的测定以及研究放射性元素生成和蜕变的 核过程。
放射化学的定义是与时俱进的。比较全面的 定义应该是以上几个定义有机的结合。
放射化学是研究放射性同位素和原子核转变 产物的行为和化学性质，研究它们的制备 、分离、纯化和鉴定，以及研究放射性示 踪原子在化学和其他领域的应用的一门学 科。
2020/11/11
§1-2 放射化学的特点
由于放射化学研究的是放射性物质，因此有 以下几个特点：
1、低浓度和微量性 大多数放射性物质以微量和低浓度状态存 在。无论天然或人工合成的放射性核素， 除个别核素（如U-238, Th-232等）外，都 处于微量和低浓状态。这是由于它们的半 衰期很短或生成几率很低造成的。
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4、应用放射化学 研究放射性核素的生产和放射性标记化合 物的合成、放射性核素在化学领域的应用 以及放射化学方法在其他学科中的应用。
因此，放射化学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、分离 、鉴定和应用的学科。
本课程局限于放射化学的基本理论。包括： 放射性物质；同位素交换反应；核化学技 术；核能；核转变过程引起的化学变化， 放射性核素应用；辐射化学基础等。
化学伤辐射伤
化学伤辐射伤
化学伤和辐射伤是两种常见的伤害方式，它们对人体健康的影响是不可忽视的。
下面将分别介绍化学伤和辐射伤的定义、成因、症状和预防措施。
化学伤是指人体暴露在一定浓度的化学物质中，对皮肤、眼睛、呼吸道等部位产生刺激或损伤。
化学伤的成因主要包括接触强酸碱、有机溶剂、腐蚀物等。
症状表现为皮肤发红、水肿、疼痛、烧灼感等，严重时可能导致溃疡、疤痕甚至毁容等后果。
预防化学伤的措施包括正确使用防护措施（如穿戴防护服、戴防护眼镜等）、正确储存和处理化学物品、加强安全意识等。
辐射伤是指人体过度暴露于X射线、γ射线、β射线等电离辐
射中，造成细胞损伤或死亡。
辐射伤的成因主要包括医学放射治疗、核事故、放射性物质泄露等。
症状表现为疲劳、恶心、呕吐、头晕等，严重时可能导致免疫系统受损、血液系统功能障碍、恶性肿瘤甚至死亡。
为预防辐射伤，应保持距离放射源，加强个人防护，使用辐射防护设备等。
综上所述，化学伤和辐射伤是对人体健康造成损害的重要因素。
为了保护自己的身体健康，我们必须加强对化学品和辐射的认识，正确使用防护设备和采取相应的预防措施。
同时，应加强相关法律法规的制定和执行，提高公众对化学品与辐射的安全意识，保障人民的身体健康和生命安全。
医学辐射防护学课件 03辐射的生物学作用原理
新给出了针对选定的严重确定性效应的
RBET,R 的组织特定值和辐射特定值（P60 表 4-7）。
相对生物效能权重吸收剂量
（RBE weighted absorbed dose，ADT,R） 值定义为：
ADT,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ＝DT,R×RBET,R
ADT,R 是某个组织或器官所受剂量的一个 量度，它反映了严重确定性效应发生的危险 性，任何辐射类型对特定组织产生的相对生 物效能权重吸收剂量的数值均可直接进行比 较。
应当强调指出，胚胎和胎儿期受照射的儿童发生 某些类型的癌症和白血病的危险度增高。
(三) 不同组织和细胞的放射敏感性
Bergonie和Tribondeau定律：
一种组织的放射敏感性与其细胞的分 裂活动成正比而与其分化程度成反比的 结论,但卵母细胞和淋巴细胞例外，这２ 种细胞并不迅速分裂，但两者都对辐射 极为敏感。
三、直接作用和间接作用的相对效应 直接作用或间接作用是相辅相成
稀释效应diluent effect：最大的相对效应发生在最 稀释的溶液中，这就是稀释效应。
氧效应oxygen effect：辐射效应随周围介质中氧浓 度的增加而增加，这种现象称为氧效应
防护效应protective effect：在溶液体系中，由于其 他物质的存在而使一定剂量的辐射对溶质的损 伤效应降低，称为防护效应。
电离辐射对蛋白质的直接作用可引起蛋白质 侧链发生变化，氢键、二硫键断裂，导致高度卷 曲的肽链出现不同程度的伸展，空间结构改变。
二、电离辐射的间接作用
间接作用：辐射的能量向生物分子传递时， 通过扩散的离子及自由基起作用，并被生物分子 所吸收而产生的生物学效应称为间接效应或间接 作用
自由基定义：带有一个或多个不配对电子的 分子或原子团。
电离辐射原理、危害及防护
（1）时间防护：不论何种照射，人体受照合计剂量旳大小与受照时间成正比。接触射线 时间越长，放射危害越严重。尽量缩短从事放射性工作时间，以到达降低受照剂量旳 目旳。
（2）距离防护：某处旳辐射剂量率与距放射源距离旳平方成反比，与放射源旳距离越大， 该处旳剂量率越小。所以在工作中要尽量远离放射源。来到达防护目旳。
电离辐射危害
电离辐射存在
电离辐射存在于自然界，但目前人工辐射已遍及各个领域，专门从事生产、使用及研
究电离辐射工作旳，称为放射工作人员。
与放射有关旳职业有： 核工业系统旳和原料勘探、开采、冶炼与精加工，核燃料及
反应堆旳生产、使用及研究；农业旳照射哺育新品种，蔬菜水果保险，粮食贮存；医
药旳X射线透视、摄影诊疗、放射性核素对人体脏器测定，对肿瘤旳照射治疗等；工业
（3）屏蔽防护：就是在人与放射源之间设置一道防护屏障。因为射线穿过原子序数大旳 物质，会被吸收诸多，这么到达人身体部分旳辐射剂量就减弱了。常用旳屏蔽材料有 铅、钢筋水泥、铅玻璃等。
The end！
如α粒子、β粒子、质子，高能量射线如：中子以及X射线、γ射线。
电离辐射伤害原理 -高速带电粒子及射线能量均很高，人体接触后，在其经过原子间时，夺取原子中电子，
而且让原子以带电旳状态（离子状态）呈现，继而原子之间旳连结就会断裂，使人体细 胞受到伤害，从而会打坏DNA之间旳连接，而DNA是构造和生命旳蓝图，一般情况下，细 胞会自动修复损伤，但假如受伤过重，无法修复，生物体细胞就会开启自灭程序，称细 胞程序性死亡，假如受伤太重，甚至无法自灭，生物体其他细胞会帮助灭之，不成功旳 话，基本上很可能就癌变了，也即变异。
电离辐射对机体旳损伤可分为急性放射损伤和慢性放射性损伤。短时间内接受一定 剂量旳照射，可引起机体旳急性损伤，平时见于核事故和放射治疗病人。而较长时间 内分散接受一定剂量旳照射，可引起慢性放射性损伤，如皮肤损伤、造血障碍，白细 胞降低、生育力受损等。另外，辐射还能够致癌和引起胎儿旳死亡和畸形。