“無所不能”的核技術(shù)

陶楊 林立雄

提到核能，很多人想到的就是核電站、核輻射。然而，現(xiàn)實(shí)中核技術(shù)的運(yùn)用十分廣泛，除軍事用途外，在能源安全、工業(yè)檢測(cè)與加工、農(nóng)業(yè)與林牧漁業(yè)、醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)、環(huán)境保護(hù)與治理、食品保鮮與物品消毒等諸多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。

在能源方面的應(yīng)用

核能的應(yīng)用最先是體現(xiàn)在國(guó)防方面。原子彈和氫彈，以及為核武器研究和制造提供技術(shù)和材料的各種反應(yīng)堆、加速器，體現(xiàn)了核技術(shù)應(yīng)用的最尖端技術(shù)水平。

在民用能源方面，核能也發(fā)揮巨大作用。例如利用重核裂變會(huì)放出巨大能量，建造核電站、空間堆電源、核供熱堆及用于船舶或潛艇的核動(dòng)力裝置等，這也是裂變能實(shí)際應(yīng)用的主要方向。利用放射性核素衰變時(shí)放出的能量做成電池，廣泛用于宇宙探測(cè)器，人造衛(wèi)星、心勝起搏器等。用核技術(shù)研發(fā)的核電池或放射性同位素電池（如238Pu電池），其特點(diǎn)是不需外界能源，小巧緊湊，使用壽命長(zhǎng)，是目前人類進(jìn)行深空探索唯一可用的一種能源。

核技術(shù)在能源方面的運(yùn)用，也使其在解決人類面臨的能源危機(jī)問題中的作用日益明顯。通過選用新堆型，提高安全性和降低建設(shè)造價(jià)，核能發(fā)電的貢獻(xiàn)將不斷增大，這對(duì)緩解世界能源危機(jī)無疑是一個(gè)重大的貢獻(xiàn)。21世紀(jì)，人類對(duì)能源的需求將急劇增加，通過受控核聚變技術(shù)研究，采用D，3He（氦-3）等為原料的核聚變釋放的大量能量將成為人類最終解決能源危機(jī)的主要途徑。

在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

核技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)為生產(chǎn)過程中的分析檢測(cè)、輻射加工、同位素示蹤等。

放射性核素放出的射線，可作為獲取工業(yè)過程中控制參數(shù)和其他信息的一種信息源，采用這種原理而集成的各種同位素監(jiān)控儀器儀表，如測(cè)厚儀、核子秤、射線探傷機(jī)、集裝箱檢測(cè)系統(tǒng)、離子感煙火災(zāi)報(bào)警器等可用于監(jiān)控生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)無損檢測(cè)或成分分析，探知火情等，是工業(yè)過程控制和自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的重要組成部分。

近年來，一些國(guó)家研制開發(fā)的60Co（鈷-60）集裝箱CT檢測(cè)系統(tǒng)、中子成像檢測(cè)系統(tǒng)，以及基于核技術(shù)研制的爆炸物檢測(cè)裝置、高能電子束消毒滅菌系統(tǒng)、放射性物品監(jiān)測(cè)裝置等，都是核技術(shù)應(yīng)用的最新成果，為打擊走私、反恐等提供了有力的手段，在維護(hù)人身財(cái)產(chǎn)和保障國(guó)家安全方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

輻射加工是核技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的重要體現(xiàn)，已在交聯(lián)線纜、熱縮材料、橡膠硫化、高分子電阻正溫度系數(shù)（PTC）器件、醫(yī)療用品消毒滅菌、食品輻照保藏以及廢水、廢氣處理等領(lǐng)域取得顯著成效，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。我國(guó)的輻射加工產(chǎn)品有20多類300多種，形成了熱收縮材料、輻射交聯(lián)電線電纜和輻射乳液聚合三大支柱產(chǎn)品。

醫(yī)療用品消毒滅菌成為大批量醫(yī)療用品消毒的主要方式，可應(yīng)用輻射滅菌的醫(yī)療用品包括金屬制品、塑料制品以及一次性使用的高分子材料醫(yī)療用品等上千種，中西藥與化妝品也都可以采用輻射滅菌。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，核技術(shù)應(yīng)用主要包括輻射育種和輻射不育防治蟲害兩個(gè)方面。

輻射育種技術(shù)是利用了等射線誘發(fā)農(nóng)作物種子基因突變，獲得有價(jià)值的新突變體，進(jìn)而培育出農(nóng)作物的優(yōu)良品種。這種通過電離輻射（包括利用外太空的宇宙射線）誘使農(nóng)作物遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，改良物種或創(chuàng)造出新品種的育種方式較之于其他育種方式，具有提高突變率與擴(kuò)大變異譜、打斷性狀的緊密連鎖實(shí)現(xiàn)基因重排、變異穩(wěn)定快、育種年限短、增強(qiáng)抗逆性和提高作物品質(zhì)等諸多特點(diǎn)。我國(guó)輻射突變育種的成就突出，培育的新品種約占世界培育農(nóng)作物新品種總數(shù)的四分之一，特別是在糧、棉、油等作物新品種的推廣應(yīng)用上取得了顯著的增產(chǎn)效果。

輻射昆蟲不育是一種先進(jìn)的生物防治方法。它利用γ等射線對(duì)有害昆蟲進(jìn)行適當(dāng)輻射劑量的照射，使其喪失生殖能力，不僅達(dá)到防治移至根除害蟲的目的，還避免了因使用農(nóng)藥所造成的環(huán)境污染。采用昆蟲的輻射不育技術(shù)代替農(nóng)藥來控制病蟲害的生長(zhǎng)，將極大地抑制因病蟲害導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)，并大大避免因大量使用農(nóng)藥所帶來的環(huán)境污染。

另外，利用核素示蹤與相關(guān)技術(shù)結(jié)合，研究農(nóng)藥、肥料的合理施用和防治環(huán)境污染，檢測(cè)水土流失、草場(chǎng)退化、荒漠化等區(qū)域性環(huán)境變化，開發(fā)新型動(dòng)物飼料、疫苗和疾病診斷藥盒和改進(jìn)家畜優(yōu)化和繁殖等，對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用。

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)是核技術(shù)應(yīng)用最活躍的領(lǐng)域，包括核醫(yī)學(xué)診斷、治療及生命科學(xué)研究等方面。

核技術(shù)用于人體疾病診斷主要采用輻射源（大多用X射線）和放射性核素，其中放射性核素診斷的應(yīng)用最廣。放射性核素的臨床診斷可分為體內(nèi)顯像和體外診斷，是基于放射性示蹤原理對(duì)患者進(jìn)行疾病檢查的一種診斷方式。體內(nèi)顯像是將放射性藥物引人體內(nèi)，用儀器進(jìn)行臟器顯像或功能測(cè)定，目前已由單一的SPECT、PET診斷發(fā)展到將SPECT或PET與核磁共振（MRI）或CT結(jié)合的融合顯像技術(shù)。體外診斷是采用放射免疫分析（RIA）方法，在體外對(duì)患者體液中生物活性物質(zhì)進(jìn)行微量分析。

核技術(shù)用于疾病治療是利用了電離輻射對(duì)病變組織細(xì)胞的殺滅作用，可分為體外放射治療和體內(nèi)放射性藥物或放射源治療兩種方式。目前，體外放射治療是治療癌癥三大有效手段之一，可分為外部遠(yuǎn)距離照射、腔內(nèi)后裝近程照射、間質(zhì)短程照射和內(nèi)介人照射等，大都采用γ射線或高能電子作為外用外用輻射源。體內(nèi)放射性治療是將放射性藥物或注射源注入或置入體內(nèi)進(jìn)行治療，多年來一直受臨床醫(yī)學(xué)的關(guān)注。放射免疫的靶向治療、受體介導(dǎo)的靶向治療、放射性核素基因治療以及放射性核素微粒腫瘤組織間定向置入治療等，將會(huì)成為惡性腫瘤治療的主要手段，在某些方面可優(yōu)于外照射治療。

當(dāng)今核醫(yī)學(xué)已進(jìn)入分子核醫(yī)學(xué)時(shí)代，在受體、基因、抗原、酶、神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)和各種生物活性物質(zhì)的研究中，核技術(shù)發(fā)揮著其他技術(shù)不可取代的重要作用;心臟核醫(yī)學(xué)科和神經(jīng)傳導(dǎo)核醫(yī)學(xué)更加受到醫(yī)學(xué)界的重視;在與其他顯象技術(shù)和治療方法的競(jìng)爭(zhēng)中，核醫(yī)學(xué)顯像正從臟器灌注顯像向分子核醫(yī)學(xué)功能顯像方面發(fā)展。

在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用

核技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用主要涉及三廢治理，包括利用加速器電子輻照的方法凈化燃煤煙氣，利用射線和電子射線等處理廢水和難降解有機(jī)廢物等。

利用輻射處理廢水和其他生物廢棄物的方法與傳統(tǒng)的填埋、投海、焚燒等處理方法相比有顯著的優(yōu)點(diǎn)，其最顯著的特點(diǎn)是不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。

利用加速器電子輻照法凈化燃煤煙氣，使燃煤電廠排放的可對(duì)大氣造成嚴(yán)重污染的SO2和NOx，在電子束輻照下同煙中的H20、02等發(fā)生氧化反應(yīng)生成H2SO4和HN03，進(jìn)一步與注入反應(yīng)器中的NH3反應(yīng)生成可以直接用作化肥的硫酸銨和硝酸銨副產(chǎn)物。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于高效率的同時(shí)脫除SO2和NOX、無二次污染、無需廢水處理、副產(chǎn)物可回收利用，是目前唯一能同時(shí)處理硫、氮兩種污染物的技術(shù)。

目前，日本、美國(guó)、德國(guó)、俄羅斯、波蘭等國(guó)已有20余座不同規(guī)模的煙氣脫硫脫硝裝置在運(yùn)行。利用具有很強(qiáng)穿透力或電離作用的γ射線和電子射線照射大氣、廢水、污泥，使其發(fā)生一系列物理、化學(xué)、生物反應(yīng)，破壞微生物的核酸酶或蛋白質(zhì)，達(dá)到消毒滅菌的目的。輻射技術(shù)在處理城市污水、污泥方面具有處理費(fèi)用低、周期短、效果好的特點(diǎn)。

利用輻射技術(shù)處理工業(yè)有機(jī)廢水，通過輻照作用使水中產(chǎn)生活性物質(zhì)（如0H基等），這些活性物質(zhì)可氧化和分解水中的一些有機(jī)污染物，降低、甚至可徹底解決工業(yè)廢水的污染。采用輻射技術(shù)處理后的污泥仍保持有其原來的養(yǎng)分，可作為肥料直接施用于農(nóng)田，或者制成堆肥，應(yīng)用前景廣闊。

此外，核技術(shù)作為強(qiáng)有力的工具廣泛用于科學(xué)研究中，包括基礎(chǔ)科學(xué)、生命科學(xué)以及其他學(xué)科中，用放射性核素和電離輻射提供多種分析和實(shí)驗(yàn)研究手段，使人們的視野從宏觀推向微觀，從而有可能從分子、原子、原子核水平動(dòng)態(tài)地觀察到自然現(xiàn)象。（作者單位：廣東省測(cè)試分析研究所）