东北石油大学核测井物理论文

　核测井物理基础论文

　论文题目 放射性的特征及应用

　指导教师 王升

　学 院 地球科学学院

　班 级 勘技13-4

　姓 名 梁法森

　学 号 130102140415

　日 期 2015年4月21日

　放射性的特征及应用

　摘要：自贝克勒尔发现铀的天然放射性以来，放射性得到了充分的研究。放射性射线与放射性同位素在农业、医疗、考古方面的应用发挥了重要的重用。放射性的应用像一把双刃剑，一方面为人类带来了新的科研成果，另一方面给人类带来了一些危害。所以，利用放射性物质的时候，人们应该加强防范，妥善处理遗留的放射物，让人类更加健康的生活。

　关键字：放射性；放射性射线；放射性同位素

　引言

　1898年，居里夫妇发现了放射性更强的钋和镭。由于天然放射性这一划时代的发现，居里夫妇和贝克勒尔共同获得了1903年诺贝尔物理学奖。此后，居里夫妇继续研究了镭在化学和医学上的应用，并于1902年分离出高纯度的金属镭。因此，居里夫人又获得了1911年诺贝尔化学奖。在贝可勒尔和居里夫妇等人研究的基础上，后来又陆续发现了其它元素的许多放射性核素。有力地推动了放射性现象的理论研究和实际应用。然而，频繁的核泄漏、放射物管理不当给人类带来严重的灾难。本文就放射性应用进行简单的介绍。

　1.放射性的简介

　1.1什么是放射性

　某些元素的原子通过核衰变自发地放出α或β射线(有时还放出γ射线)的性质，称为放射性。放射性有天然放射性和人工放射性之分。天然放射性是指天然存在的放射性核素所具有的放射性。它们大多属于由重元素组成的三个放射系。人工放射性是指用核反应的办法所获得的放射性。按原子核是否稳定，可把核素分为稳定性核素和放射性核素两类。一种元素的原子核自发地放出某种射线而转变成别种元素的原子核的现象，称作放射性衰变。能发生放射性衰变的核素，称为放射性核素。在目前已发现的100多种元素中，约有2600多种核素。其中稳定性核素仅有280多种，属于81种元素。放射性核素有2300多种，又可分为天然放射性核素和人工放射性核素两大类。

　1.2放射性同位素的特性

　1.2.1能放出各种不同的射线放射线

　有的放出α射线，有的放出β射线，有的放出γ射线或者同时放出其中的两种射线。其中，α射线是氦核，它是2个质子和2个中子构成的，放射α射线的原子核放出一个α粒子后，它的电荷减少2个单位，质量减少4个单位，它变为原子序数减少2、质量减少4的另一个原子核。β射线就是电子，放射负β射线的原子核放出一个负电子后，它的电荷增加1个单位而质量变化很小，变为原子序数增加1的另一个原子核。有些人工产生的放射元素放出正β射线，这些原子核放射后，变为原子序数减1的另一个原子核。γ射线是光子，不带电，无静止质量。它的放出不改变原子的电荷，对质量的影响亦极微小。

　1.2.2具有一定的寿命

　把一定量的某种放射元素单独收存起来，它的数量就会逐渐的减少，因为一部分经过放射过程后变成另一种元素了。这叫衰变。实验表明放射衰变遵守下列定律：

　 (1)式(1)中时间t=0时的原子核数目，N是经过t时后还残留的原子核数目。

　在足够多原子核中，每一个核在什么时候发生放射变化是不可预知的。但是如果在短的时间dt内，有dN个和改变，从统计的观点，改变率必定当时存在的总原子核数目成正比，即

　 (2)

　λ是比例常数，是放射物衰变快慢的标志，称为衰变常数。

　如果经一段时间T，原子核的数目减少到原来的一半，则称为半衰期。由下式

　，即T= (3)

　得出半衰期T同衰变常数λ的关系。种放射性核素都有其特定的半衰期，由几微秒到几百万年不等

　在一种放射物质中，有些原子早变，有些晚变，就是说有的寿命短，有的寿命长。由式

　 (4)

　可得出该元素的平均寿命。

　2放射性的应用

　2.1在工业方面的应用

　辐射加工现在已经被广泛用于制备优质电线电缆、热收缩材料、发泡材料、超细粉末、人造皮肤、高效电池隔膜、隐形眼睛等，以及木材与磁带磁盘的涂层固化、橡胶硫化、纺织品改性等领域。

　 无损检测技术在工业中也有重要应用。早期的射线探伤是利用加速器产生的电子束打靶产生的X射线照射工件形成平面图像。70年代医用X-CT诞生后，80年代即出现工业CT,并很快应用到热轧无缝钢管的在线测试、发动机检测、以至大型火箭的整体检测中。另一种重要的无损检测是中子照相，用其检测火药继电器发动机叶片等有高的灵敏度和分辨率，在航天与航空工业和国防上有重要应用。

　2．2在农业方面的应用

　有关光合作用的基本产物的知识，是在利用二氧化碳-14（14CO2）作为示踪剂之后才被人们所了解的。目前，除了碳-14以外，还可配合使用其它的放射性同位素，如磷-32、氢-3等作示踪剂，从而使一些研究工作能够做得更加细致周密。活化分析是一种揭示微量杂质的存在及其数量的分析方法。用中子（如反应堆中子）辐照可能含有某种痕量元素的材料样品，不同的原子核吃掉慢中子后产生的放射性同位素会进行完全不同的核衰变，通过测量其发射的β或γ射线的特有能量和强度，就能得到有关杂质的含量。即使是肉眼看不见的像尘埃那么大小的物料，只要放到反应堆里照射一下，就能定量地测定出其中所包含的许多种微量元素。

　这种测定方法用途广泛。例如，调查直升飞机喷洒农药的分散效果。农药散布到稻田以后，从各个不同部位采集稻秧，放到反应堆中照射，经过活化分析，便可测出微量农药的放射性。从而可以知道每颗稻秧上粘附的农药量。根据这些测定数据可以绘制出农药散布量的分布图。

　2.2.1辐射育种

　随着科学技术的发展，人们已不再单纯地利用植物本身自然产生的变异，而是能够应用现代科学的成就来人工创造新的变异类型，这种方法叫“人工引变”。大体说来，应用人工引变诱发的有利突变可以有千分之一的机率，而自然产生的突变只有百万分之一的机率，人工引变可以提高突变率一千倍。但是到目前为止，人们还不能控制变异的方向。我们必须在各种变异的后代中，进行认真仔细的选择，才能育成符合我们所期望的良种。这种应用射线引变选育良种的方法叫做“辐射育种”。它是继“系统选种”、“杂交育种”之后而兴起的一种新的育种方法。

　2.2.2辐射灭虫

　大量的辐照也可以使某些害虫发生变异。例如：螺旋蝇的幼虫在经过一定辐射后，就会丧失生育能力。然后，让这些绝育的螺旋蝇与虫灾地区的螺旋蝇进行交配，可让交配后的雌虫再也不会产卵繁殖了。这样，经过大约一年半的时间，就可以使这种蝇灭绝。这种消灭害虫的作战方法叫做“辐射绝育法”，也叫“雄性不育法”。

　2.2.3食品保鲜

　就是利用放射性同位素或低能加速器放出的射线对食品进行辐射处理，达到长期保藏食品的目的。放射线有一些特殊的本领。它具有较高的能量，穿透物质的能力强。一定剂量的照射，能杀死寄生在食品表面及内部的微生物和害虫。适当剂量的照射，能抑制农畜产品的生命活动。这就从根本上消除了食品霉烂变质的根源。

　辐照保鲜是一项发展极快的食品保藏新技术。研究结果表明辐照食品对人体没有任何不良影响，可以供人食用，安全可靠。

　2.3在医疗方面的应用

　核素显像是利用γ照相机、单光子发射计算机断层（SPECT）或正电子发射断层（PET）来探测给予病人的放射性药物所产生的辐射，从而确定病灶部位。很多器官的γ显像，如肺、甲状腺、肾和脑可用于疾病诊断。

　2.3.1辐照灭菌

　利用放射性同位素发出的射线彻底灭菌，是射线杀伤力的一种最直接的利用。尤其是人们经常利用射线对医疗器械进行灭菌消毒。如：手术时缝合伤口用的缝线、肠壁缝合线；一次性注射器；插入支气管用的探针导管、手术用的橡皮手套、取血用的采血板、 人工肾脏透视器等等，也都采用射线消毒技术。

　2.3.2治疗癌症

　根据医学辞典的解释，治疗癌症最有效的手段之一就是放射治疗。对于内脏器官上的癌，以手术切除为主，照射为辅。但是有一些癌症表面上看来范围很小，却有可能潜藏着已经发生转移的癌细胞；一旦有癌细胞残留下来，即使是很少的一点，也有可能引起癌症的复发。所以，手术的面积要大些，手术后再用射线进行照射，以杀死残余的癌细胞，根除癌症。

　随着射线疗法的不断发展，有很多癌症病例采用射线疗法要比手术治疗效果更好。而且，有些癌症如用手术治疗已经为时过晚，对于这些患者，可以寄希望于射线疗法。要是在过去，不能进行手术就意味着绝望；显然，今天的情况与过去大不一样了。近年来，利用加速器治病获得很大发展。因为加速器产生的射线具有相当高的能量，有一定的穿透能力。如X射线、γ射线、电子束、质子束、中子束、介子束等，都能穿过人体皮肤和组织，到达肿瘤。大体上说，中子辐照时对癌细胞的杀伤力最强。

　为什么射线疗法能够用于治疗癌症呢？那是因为，细胞分裂越是活跃的组织，它对射线的耐受能力就越弱。因此，像癌细胞那样，不断迅速繁殖的、无法控制的细胞组织，在射线进行照射时，对它的杀伤力就显得特别大。那正是射线疗法的目标，是人们所希望的。当然，对于正常的细胞，如果采用大剂量射线进行辐照，也会受到损伤。但是，只要对准癌细胞的巢穴，用适度的射线剂量进行适当的照射，可以做到只杀死癌细胞，而对其周围的正常组织不会造成伤害或少受伤害。

　2.4在考古方面的应用

　宇宙空间一直在不断地向我们的地球发射各种各样的射线，这种射线叫做宇宙射线。其中有一种射线叫做中子射线。这些中子和大气中的氮原子核发生碰撞，打出质子。同时产生出一种新的核素--碳-l4，它是碳原子的放射性同位素。结果，在地球的大气中，碳-l4的含量不断地增加。但是，正如前面所说，放射性同位素是有一定寿命的，它会不断地发生放射性衰变。碳-l4的半衰期是5568年。就是说，每隔5568年，碳-l4的含量注定要减少一半。这样，碳-l4不断地产生，同时又不断地死亡，结果使大气中的放射性碳-l4浓度达到一定的平衡值。

　当动植物体死亡以后，体内碳-l4的浓度就要发生变化。因为它与外界的交换完全隔绝，不再摄取二氧化碳气体，也就不会再增加新的碳-14。相反，从这时起，生物体内原先含有的碳-14的浓度却要按照5568年的半衰期一半、一半地不断减少下去。就是说，“历史时钟”的定时器这时已经拨好了。这样，透过测定碳-l4的浓度就可以进行多种多样的测定工作。

　结语

　 综上所述，放射性广泛地应用于工业、农业、医疗等其他行业。不难发现物理学上的重大发现会给其他学科带来巨大突破。相信在不久的将来，放射性的应用会给人类带来更多的福音。