核能與核技術是核領域的兩個重要方面,有人把核能比喻為“核領域的重工業”,把核技術喻為“核領域的輕工業”。前者主要用于軍事和能源領域,后者已悄然融入社會和生活各個角落,無處不在。
核技術在工業領域應用涉及輻照加工、材料改性、工業無損檢測等,在農業領域的應用涉及植物輻射誘變育種、農產品輻照加工、農業核素示蹤、昆蟲輻射不育,在醫療領域的應用涉及影像醫學、核醫學、放射治療,在環境保護領域的應用涉及煙氣凈化、污水處理、泥污處理等。
一. 輻照滅菌
舉一個生動例子,新冠疫情爆發后,中核集團和中國廣核集團下屬的輻照企業開足馬力,加班加點對醫用口罩、防護服等抗疫物質滅菌,為此次打贏抗疫攻堅戰做出了突出貢獻。
輻照滅菌技術誕生于上世紀五十年代,幾乎緊跟著核武器和核電的發展同步發展起來了。美國強生公司首先將其應用于醫療器械的消毒滅菌。
圖片來源于中國核技術網
隨后,輻照滅菌還廣泛應用于食品工業。目前粗略估計,在發達國家,輻照滅菌技術占食品、醫療衛生用品滅菌市場的80%以上,這是因為它具有傳統滅菌技術難以比擬的優勢。
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二. 電子術治污
核技術治理環境就是利用放射性的核素或加速器產生的粒子,通過高能射線與污染物介質之間相互作用,產生高活性離子與自由基,來有效治理廢水、廢氣、固體廢物,消除環境污染。在環保方面,核技術擁有很多傳統技術無法比擬的優勢——更高效率、更低能耗、無二次污染以及更準確和更廣泛的處理能力,并可以與傳統工藝相結合,具體可以分為核分析技術和輻照技術。
01 大氣治理
在大氣治理方面,大氣中的主要污染物為硫化物和氮化物,常規處理方法成本高、工藝復雜。而應用電子束輻照,能夠凈化多種污染氣體,成本低,無二次污染,已成為我國大氣環境凈化的重要措施。
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02 廢水處理
在廢水處理方面,輻照技術能夠逐步徹底分解廢水中的洗滌劑、農藥等,防止水體富營養化,消除廢水中的細菌。
03 污泥凈化
在污泥凈化處理方面,利用電離輻照可有效去除污泥中的細菌與寄生蟲,達到除臭、脫水以及沉淀的作用。
04 處理固廢
在固體垃圾處理方面,一個百萬人口的城市,每天約產生1000噸垃圾,其中有機物大部分是纖維素,將其加水調漿,經輻照后加入添加劑能生成葡萄糖-聚四氟乙烯,俗稱“塑料王”,而采用化學方法則很難處理。
三. 放射診療
放射診療是利用物質的放射性進行醫學診斷和治療,主要包括X射線診斷、核醫學、放射治療和介入放射學四部分。
01 X射線診斷
胸透、拍胸片、CT檢查等都屬于X射線診斷。X射線對不同密度物質的穿透性有差異,通過X射線照射后的成像圖能診斷并發現體內的疾患。核醫學:是指放射性同位素在醫學上的應用,利用放射性同位素產生的電離輻射進行診治。核醫學診療法是重要的醫學研究法,通常新藥用于臨床前,都要用放射性同位素加以標記,研究藥物代謝的規律。
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02 放射治療
放射治療是世界上治療惡性腫瘤的重要手段之一。它利用電離輻射照射腫瘤組織,將腫瘤細胞殺死以達到治療目的。近年的三維適形放療、適形調強放療等新技術的療效更高、副作用更少。
03 介入放射學
介入放射學是在醫學影像設備(X線、超聲、CT)、MRI(核磁共振成像)的引導下,以影像診斷學和臨床診斷學為基礎,結合臨床治療學原理,利用導管、導絲等器材來進行疾病診治的一系列技術。
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04 核醫學示蹤技術
核醫學示蹤技術,是派一些放射性同位素到人體里去當“偵察兵”,通過它們進入人體后不斷放出的射線,了解人體內部的結構和健康狀況。
例如,檢查人體血液循環系統時,將用放射性同位素鈉-24制成的氯化鈉-24的溶液注射到手臂或腳部的靜脈,使它隨著血液一起在體內流動,同時不斷放出射線。此時把放射性計數器放在人體的各個不同部位,等待著氯化鈉-24的到來,通過計數器的顯示情況,就可以測出體內的血液循環到達各個部位所需要的時間,由此可以查明血液循環系統是否有狹窄或障礙的情況。用放射性同位素做示蹤劑靈敏度高,測量方法簡便,不受其他非放射性物質的干擾,可省略許多復雜的物質分離步驟,體內示蹤時可在體外測量結果,大大簡化了實驗過程,做到了非破壞性分析,在醫學及生物學實驗中被廣泛應用。
此外,利用放射性同位素作為示蹤劑,可以了解人們看不見、摸不著的一些物理變化和化學變化,它也常應用于化工、石油、冶金、機械、水利等領域。
四. 煙霧報警器
在賓館、辦公樓等公共場所,使用一種電離式煙霧報警器。其主體是一個放有镅-241放射源的電離室,它通過α衰變使電離室的氣體電離,產生正、負離子并在電場作用下分別移向正負極。正常時電離室的電流電壓穩定,但當有煙霧進時就會干擾電粒子的正常運動,破壞電流和電壓的穩定而報警。
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五. 安檢儀
機場、火車站、地鐵等公共場所都有安檢儀的身影。它是借助輸送裝置將被檢品送入X射線檢查通道檢測的設備。其工作原理與用X光診斷相似,當X射線穿過物品時,通過探測從物品透射出來的射線強度能反映出物品的結構信息。安檢儀的輻射劑量有限,其兩端進出口都有鉛簾可阻擋射線。X射線只起透視作用,不會在透視過的物體上殘留,不用擔心它對物品的輻射影響人體健康。需注意,安檢時切不可把手伸入安檢儀中取包,會受到輻照。
大型集裝箱/車輛檢查系統是核技術在公眾安全領域最成功的應用,已在北京奧運會、上海世博會、博鰲亞洲論壇等多項國際重大活動的安保中發揮了不可替代的作用。
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六. 無損檢測
無損探傷檢測能在不損害或不影響被檢測對象使用性能的前提下,檢測被檢對象中是否存在缺陷或不均勻性,給出缺陷大小、位置、性質和數量等參數的信息。通常利用X射線、γ射線和中子能方便快捷地進行無損探傷。這些射線可以輕易穿透可見光無法透過的物體,用照相底片或特殊接收器來接收射線并成像。當被照射物品的密度越大或越厚,射線強度衰減得越多,出射射線強度弱,在底片上的感光就少;而當被照射物品內有小氣孔,則射線強度衰減相對較小,出射射線相對較強,底片感光多,所以可以從底片上清楚地看到被照射物體內的缺陷。無損探傷與破壞性檢測相比,第一是具有非破壞性,它在做檢測時不會損害被檢測對象的使用性能;第二具有全面性,由于檢測是非破壞性,因此必要時可對被檢測對象進行100%的全面檢測,這是破壞性檢測辦不到的;第三具有全程性,它不僅可對原材料進行檢測,還可以對使用中的設備、各中間工藝環節、以及最終產成品進行全程檢測。
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七. 核子稱
核子秤是一種能對運輸帶及固定形狀管道內的物料進行在線非接觸連續稱量的儀器。它利用放射源銫-137放射出的γ射線透過物料時被物料吸收衰減的規律,得到被測物料的瞬時流量、累積量等信息。它不需改動輸送機,安裝方便,能適應各種惡劣的環境,它常用于發電廠、港口、礦山、冶金、水泥、化工、煤炭等行業的工業計量及配料控制。
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八. 放射性避雷針
放射性避雷針是利用放射性物質使周圍的空氣大量電離,使更遠云層上的電子被吸引過來,從而達到提高避雷針能效的目的。放射性避雷針產生的電離電流比普通避雷針高很多,它能及早放電,使保護區內無閃電產生。用在避雷針上的放射源大多是镅-241,它放射α射線,有很強的電離能力。镅-241的半衰期為432.6年,一次裝上后,可以使用一二百年。而且其發射的射線作用距離很短,對建筑物下面的人沒有危害,非常安全。雷電頻繁的意大利和西班牙半島上,許多易受雷電影響的建筑,如無線電發射臺、變電站、燃料油或天然氣貯存庫、軍工廠、核工廠等都安裝了放射性避雷針。
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可見,核技術已深刻融入經濟發展和社會活動當中,成為推動經濟高質量發展,提高和改善人民生活水平的重要組成部分。鑒于核技術應用的廣泛性、普惠性,目前全球大國都在加快發展此項技術,并列為優先發展的戰略性產業。
旨在推動核技術產業創新與發展,2021深圳核博會以打造世界一流核交流平臺為目標,將集中展示全球前沿、高端核技術產品,加強全球核技術企業之間的產品、經驗和人才交流,共繪核技術高質量發展新藍圖。