放射性同位素的应用 [复制链接]

第7版()
专栏：科学知识

放射性同位素的应用
阮苑 什么叫放射性同位素
科学上把构成地球上形形色色各种物质的基本成分，叫做元素。元素又是由最小的单位——原子构成的。有的元素是由同一种原子组成，有的元素是由两种或两种以上不同质量的原子组成，这种原子质量不相等的同一种元素便叫做同位素。在所有的元素中，有的元素是稳定的，有的元素是不稳定的，它们的原子核会向周围放射出某些眼睛看不见的辐射线，而自行转变成另一种较轻的元素，这种元素叫做放射性元素。放射性同位素，简单的说来，就是具有放射性的同位素。
放射性同位素有天然和人造两种。天然放射性同位素存在于矿石中，主要是含铀、钍和锕的矿石，每一种矿石都共存着好多种放射性同位素。人造放射性同位素是利用原子反应堆或加速器产生出来的。把某种元素放在反应堆中，经过反应堆中放射的中子的照射，或放在加速器里，利用被加速的带电粒子的轰击，使原子核发生反应，就变成了放射性元素。此外，放射性同位素也可以从反应堆中铀裂变后的产物里分离出来，因此放射性同位素也是反应堆的一种“副产品”。由于人工制造同位素的方法和技术不断的进步和发展，到目前为止，同位素的总数已超过一千多种，其中放射性同位素有七百多种。
放射性同位素从它的原子核里放射出来的辐射线有甲、乙、丙三种。甲种和乙种两种射线都是带电的粒子，丙种射线是一种电磁辐射。这三种射线都具有穿透物质的能力，同时在通过物质时，特别是通过气体物质时，会引起电离作用；此外，这三种射线都能使照相底片感光，其中丙种射线的穿透能力很强，和Ｘ射线相似，可以代替Ｘ射线使用。 怎样应用放射性同位素
关于放射性同位素的应用，原则上可以分为两大类，第一类是利用放射性同位素的示踪作用，第二类是利用放射性同位素的射线。
由于同一种元素的放射性同位素和非放射性同位素，除了原子质量和具有放射性的特点不同外，它们的化学性质都是一样的。因此，如果在普通元素里加入一些放射性同位素，它们将同样的参加各种化学变化过程。所不同的只是放射性同位素不停地放出射线，可以用仪器测量出来。因此，根据放射性的测量，就可以在反应过程中“追踪”这种元素到了什么地方，经历了什么变化。这种利用放射性同位素的方法，就叫做“示踪原子”的方法。
在工业上的应用
示踪原子的方法在近代工农业生产、医学和科学研究中，有很广泛的用途。使用这种方法手续简便，可以解决很多用其他方法所不能解决的问题。
例如，在机械工业中，为了研究某些机械零件，如活塞、齿轮、滚珠轴承等在工作过程中磨损的情况，便在它们的表面涂上一层放射性同位素，机器在运转的时候，同位素随着被磨下来的铁末落在润滑油里，然后测定油中放射性的强度就可以知道机件磨损的程度。这种方法可以帮助了解机器的使用寿命和设计制造出更好的机器零件。
近代工业中要使用大量的金属部件，如果这些部件的内部有裂纹、砂眼等缺陷，常常在外面看不出来，但在进行工作时，就可能突然断裂，发生事故，给生产带来很大的损失。一般用Ｘ射线的穿透性来检查金属内部的毛病。但放射性同位素发出的丙种射线的穿透力比Ｘ射线强得多，因此，可以用它来代替Ｘ射线，“透视”金属制品的内部，找出其中的缺陷。如应用放射性同位素钴60制成的丙种射线探伤仪，可以检查金属铸件内部有无砂眼和气泡，锅炉的铆接和金属管、金属板的焊缝有无裂缝和缺陷等。这种方法在机械工业中的应用，对保证产品质量，改进产品缺点，检查旧配件、旧设备以便及时更换、修理，有很大的帮助。
由于放射性同位素的射线照射在物体上时，各种物质吸收或反射的能力不同，因此就可以利用这种性质探测物质的性质和状态。在石油工业的钻井勘探方面，有一种叫做放射性测井的方法，就是利用了放射性同位素的这种作用。一般进行钻探时，是把从钻孔中取出的岩芯经过化验，来决定地层的构造。放射性测井却是把放射性同位素装在一个作为探测器的管子里，放到钻好的井里去，由于井壁各种不同岩层物质对放射线反射的能力不同，当探测器下降时，井壁对射线反射的强度随着发生变化，把这种变化记录下来，经过分析，就可以了解井壁岩层的构造，找出含水层和石油层的位置。用这种方法测井，比用一般方法简便、快速，而且准确。
此外，利用放射性同位素射线的穿透能力，还可以测定锅炉、水管等密闭容器内液面的高度，液体的密度，以及在造纸、轧制金属板、制造塑胶薄膜和油漆、印染等工业生产过程中，用来测量薄片的厚度和油漆及油墨的厚度等。利用这种方法可以在生产进行过程中，产品运动速度很快的情况下进行测量。并且，如果把测得的数值，变成电流讯号，通过继电器和自动控制装置结合起来，还可以在生产过程中自动控制产品的厚度和浓度，实现机械设备的自动化。这对节约劳动力、节约原材料、保证产品质量、降低生产成本，有很大的意义。
在农业上的应用
在农业上利用示踪原子，对研究植物生长的生理过程有很重要的意义。如在肥料中放入放射性同位素，应用放射性同位素的示踪作用，就可以揭开农作物吸收肥料的秘密，正确了解农作物在不同时期中和不同条件下对于肥料的要求，这对于合理施肥和提高农作物的收获量有重大的作用。示踪原子同样也适用于动物机体，把放射性同位素放在食物、水或药物中给动物或人吃，观察追踪放射性同位素在身体中的运动，就可以精确了解食物中营养成分或药物中有效成分被身体吸收和利用的情况。这在对动物和人体的生理研究上，和疾病的诊断、医疗上，是很重要的。应用这种方法研究生物体中的变化，只需要在体外测量放射性的强弱，并不妨碍生物体正常活动的进行，这是用别的方法不容易办到的。
在医学上的应用
在医学上，以及人们和各种肿瘤作斗争的战线上，放射性同位素也发挥了良好的作用。放射线可以使肿瘤的组织受到破坏，抑制肿瘤的发展。应用放射性同位素钴60制成的放射线治疗机，是近代医学中治疗瘤病的有力工具。 在科学研究等方面的应用
在科学研究上，示踪原子也有很重要的用途。把示踪原子加入到某些发生化学反应的物质中去，就可以研究物质中的某些成分在反应中变化的过程，以及用来测定化学反应的速度，研究化合物分子的结构等。此外，示踪原子的方法还可以代替一般分析方法，测量物质的化学成分。
在利用放射性同位素的射线方面，主要是利用放射线的穿透性质，和放射线对物质的直接作用或生理效应。
至于放射性元素的放射线本身，对生物机体或一些无机物质还有直接的作用。如放射性同位素的射线具有消毒杀菌的能力，罐头食品和医药用具经过射线的照射后，可以达到杀菌的要求。这种消毒的方法，特别对于不宜于使用高温杀菌的物品，是很适宜的。马铃薯和红薯等经过放射性照射后，可以防止发芽、腐烂，避免在长期贮藏中造成损失。农作物经过适当的射线照射，可以刺激它的生长发育，提高成熟期和增加产量。经过放射线照射的种子，可以发生变异，用这种方法可以培育出新的植物品种。
放射线的照射，还可以使某些无机物质的性质发生变化。放射线的照射可以改变金属的结构和强度。化学上的各种化合物，尤其是高分子聚合物，经过射线的照射，会改变它的分子结构和性质。此外，放射线还可以促进某些化学反应的进行。如有些化学反应本来需要在高温、高压和一定催化剂的作用下才能进行的，如果在放射线的照射下，在常温下就可以进行了。科学研究中就利用放射线的这些性质，来影响化学反应的进行，促进反应进行的速度，或制造出具有新性质的物质。
放射性同位素的应用是多种多样的，它的广泛应用对国民经济的发展有很大的作用。我国第一座原子反应堆和第一架回旋加速器的建设成功，为我国原子能工业的发展，打下了良好的基础。它们除了用来进行原子核物理和辐射化学、辐射生物学等各种科学问题的研究外，生产放射性同位素供应全国各部门和科学研究机关的需要，也是一个重要的方面。目前，放射性同位素的应用在我国已经有了良好的开展。几年来由于党对和平利用原子能的重视，在这方面已经做了不少工作，培养出不少干部。随着原子能工业的发展，放射性同位素的应用，将在我国工业、农业、医学和科学研究各部门，得到迅速的普及和推广，在我国人民建设社会主义的过程中，做出重要的贡献。