第三章 放射性示踪技术.docVIP

第三章 放射性同位素示踪技术 应用核技术是对同位素以及电离辐射与物质相互作用所产生的物理、化学和生物效应进行应用研究与开发，因此其基础与基本手段就是同位素和电离辐射。 放射性同位素在工业、农业、医学、生物学以及其他血多科学领域中都有相当广泛的应用。最早的应用可追溯到1898年居里夫人发现镭放射性同位素以后不久。那时，镭就已在灭菌消毒、治疗某些疾病方面初露锋芒。 随着人工放射性同位素品种的不断出现，放射性同位素在诊断和治疗疾病，人体器官扫描造影和科学研究方面起到越来越重要的作用，目前已成为医学中不可缺少的现代方法。除了医学之外，放射性同位素在工业、农业、国防、建筑、交通、宇航甚至日常生活中也非常有用。根据其应用方式可分为三种。第一，它可作为示踪原子应用于各个学科；第二，它可作为辐射源去透视各种X射线不能透视的材料内部的特征和缺陷，并制成自动检查和测量仪器；第三，它可作为核能源和核监测仪器。如核能电池、火灾报警器等。目前放射性同位素已深入到各个科学技术领域，可以毫不夸张地说，放射性同位素与人类的生产、生活息息相关。 早在60年代，前苏联和美国等国家的放射性同位素应用产生的经济效益即已构成国民经济总收入的0.1-0.3%。到了80年代已达到0.5%。目前，西方发达国家每两个人就医，就有一个人要求助于核医学，放射性同位素在医学中已誉为“活体原子显微镜”。在工业生产中放射性同位素的应用也已占相当的比重。例如，世界上90%以上的电线电缆是经辐照加工处理过的；全世界石油总产量的三分之一是利用放射性测井勘探的。 我国放射性同位素应用的发展历史也是如此。60年代末，全国几乎所有的省市级医院都开展了放射性同位素的应用研究，个别省市发展到区县级医院。在农业方面，经辐射育成的良种已有数百种，推广面积达数千万亩，产生的经济效益十分可观。在工业方面，放射性同位素的参与，减轻了工人的劳动强度，节省了原材料，提高了产品质量和工作效率，具有巨大的经济效益和社会效益。然而就总体而言，我国放射性同位素应用无论从深度还是广度上看，尚有相当大的差距，目前只相当于发达国家80年代中期水平。 本章主要介绍放射性同位素示踪技术的基本原理及其在物质的鉴别、流速测定、物理和化学中的应用。 第一节 放射性同位素示踪技术基本原理 从“吃剩菜”谈示踪技术 1911年放射性同位素示踪技术的先驱——Hevisi包租了一套住房。几天后他发现女房东老是将上顿没吃完的剩菜改头换面一下，然后当作新菜给他吃，他想发作但又苦无证据。后来他暗中将放射性同位素放入他没吃完的剩菜中，吃饭时他先用仪器测一下。若没有放射性即为新菜，准确度十分高。经过 几次较量，女房东再也不敢给他吃剩菜了。这看起来像是一个笑话，其实这是世界第一个利用放射性同位素进行示踪的实验。 那么什么是放射性同位素示踪技术呢？ 先举一个例子，是利用“标记”方法对世界珍贵动物大熊猫的研究，人工捕捉到大熊猫以后，在其身上安放一只小型信号发生器为标记，然后将它放回山里，研究人员利用接收器可以跟踪和寻找它的去向，沿哪条路行走，以研究其生活习性。同样，对鸟类和鱼类“标记”可研究他们飞（游）向何处过冬或产卵，在何处死亡。水文科学工作者为了寻找地下河道，有时会将颜料放到河水中作为“标记”，根据距离放颜料地点若干公里外地下水流出的水是否掺有颜料，就可以证明两条河的相互关系。 科学家们早就幻想过像标记动物和河水那样标记原子，但有很大的困难。这是因为原子太小，我们不可能缩小几十亿倍变成很小很小的人，使原子和我们就像蜜蜂和我们那样可以看到它，并能对它进行标记。放射性同位素及探测技术的出现，使科学家的幻想成为现实。这种标记原子的方法就是“示踪技术”。通俗的说，示踪技术就是在被研究的样品中加入“示踪剂”（放射性同位素和标记化合物），由于同位素示踪所利用的放射性核素（或稳定性核素）及它们的化合物，与自然界存在的相应普通元素及其化合物之间的化学性质和生物学性质是相同的，只是具有不同的核物理性质 对标记水和水溶液的情况，水溶性的同位素盐（表3.2示出的）是有利的。在比较困难的情况下，例如对标记地下水（其中可能存在相当大吸附能力的矿物质）可以应用强的金属络合物，乳51CrNa2-EDTA（乙二胺四乙酸钠）络合物或60Co－氰络合物。更多的可能性是用氚化水，它是一种好的示踪剂，但它具有两个缺点：它的半衰期长，而且它的探测需要用软β计数器。 固体的运动和混合用它的颗粒大小和形状以及密度来测定。因此，为了这个目的，大多数适合的示踪剂是参与该过程的物质的活化样品。如果直接活化是不可能的，例如对有机物或（n,γ）反应截面低的元素，那么可以采用表面标记。这可以通过电解，把放射性胶体吸附到颗粒表面上或把微量贵金属（110Agm或198Au）还原到表面上来实现。 应用容易活化的典型物质模拟