【种花家务·物理】4-11-02放射性同位素的应用『数理化自学丛书6677版』

【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。 

第十一章放射性同位素

【山话||  本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于4.186焦耳；电荷的单位静库（1库伦=3×10⁹静库）；电势的单位静伏等于300伏特。另外这套老教材中力的单位常用公斤、克等，但如今是不允许的，力是不能使用质量单位的。】

§11-2放射性同位素的应用

【01】放射性同位素在工农业生产、医疗卫生和科学研究等方面都有广泛的应用。根据放射性同位素的性质和特点，在应用上大致可以分为两类：1.射线的利用；2.示踪原子的利用。

1、射线的利用

【02】放射性同位素放出的射线（α 射线、β 射线或 γ 射线等）都有穿透物质的本领，其中以 γ 射线的穿透本领为最大；这些射线能使物质分子电离，如 α 和 β 射线的电离本领都比较大，它们能引起化学变化或生理变化。下面列举它在工农业生产、医疗和科学研究中应用的一些实例。

(1)工业方面

【03】利用射线的穿透本领来检查金属材料的内部损伤和金属板的厚度。

【04】金属制品内部有缺陷，会大大影响成品的强度。过去检查制品内部损伤，一般是用硬 X 射线透视的方法，但是 X 射线设备复杂、笨重，而且 X 射线的穿透的本领一般也比 γ 射线来得小。现在采用放射性钴60（这是放射性同位素中价格最便宜的一种），它能够穿过 20 厘米厚的金属材料，使底片感光，从而可以检查出有没有缺陷存在和缺陷所在的部位。图11·2就是利用 γ 射线探伤的示意图。

【05】检查金属材料的厚度，原理也大致相似。如图11·3所示，把放射性同位素放在轧制的金属板下面，射线穿过金属板以后就被计数器记录下来。如果板的厚度不合要求，为记数器记录的射线强度也就有变化，如果把计数器发出的信号加以放大，通到自动操纵设备上去，就能够很快的调节压延设备使得金属板厚度合乎标准。

【06】在工业方面还能利用射线的电离本领来消除有害的静电积累。在工业生产的快速运转过程中，常常会由于摩擦而造成静电的积累，给生产造成困难或带来危险。例如印染机的滚筒由于静电积累而产生的电火花，容易使易燃溶液燃烧起来。所以利用放射性同位素的电离作用，可以使空气电离，从而把积累的静电逐渐中和掉，以不致发生危害（如图11·4）。

(2)农业方面

【07】用适度的放射性同位素射线照射种子，可以使作物早熟和增产；在放射性元素的适当的溶液中浸过的某些种子（例如豌豆），产量也可以提高。实验证明：经过较弱射线的照射，有些作物的品种可以得到改良。例如小麦和燕麦的种子经过中子射线照射以后，可以获得抗锈菌力很强的优良品种。

【08】利用射线还可以防止虫害。在田间用不太强的射线照射，就可以使害虫的成虫失去生殖能力，使幼虫失去发育能力。由于射线的穿透本领比较强，对躲在树皮、土壤或作物里面的害虫也具有同样的杀害能力，因而比一般的农药效果好。在大的谷仓里，也可以用较强的射线来使粮食最主要的害虫——象鼻虫的幼虫受到严重的抑制甚至死亡，使粮食得到妥善的保藏。

(3)医疗方面

【09】放射性同位素的射线在医疗方面可以用来抑制或医治恶性肿瘤。由于放射性同位素的体积小，可以做成各种不同形状适合于各种部位使用的放射源，以及能够大量生产，这就使它在治疗癌肿方面有 X 射线所不能比拟的优点。有些癌肿部位不固定，很难用 X 射线照射，这就可以用内服一些含有放射性同位素的药剂来治疗。目前常用来作射线治疗的同位素有：钴60、碘131、磷32等，特别是放射性钴60，能够制成很强的放射源，而价格又比较低廉。

2、示踪原子的利用

【10】不具有放射性的同位素跟同一元素的放射性同位素，化学性质完全相同。如果在元素里渗入一些它的放射性同位素，那么无论这种元素到达什么地方，总有它的放射性同位素相伴随，它们经历着相同的过程。要了解一般元素在物体里的分布或转移过程是不容易的，但是由于放射性同位素总和它在一起，我们就可以通过计数器来探测它的位置。在这里，放射性同位素起了一种“指示踪迹”的作用，所以又称做“示踪原子”。示踪原子在科学技术中的应用也很普遍，下面简单介绍它的具体应用。

(1)农业方面

【11】利用示踪原子可以了解作物吸收肥料的情况。例如，在棉桃快要成熟的时候，如果向根部施带有放射性磷32 的磷肥，可以发现，这时根部已不大能够吸收肥料；如果把磷肥施在叶子上，计数器就能很快地指示出，在棉株中有放射性磷的“踪迹”出现，并且迅速地移向棉花的子房。这就说明要使棉花增产，可以把磷肥施在叶子上。如果把钾肥浇在果树的树干上，钾肥就会透过树皮进入果树，并迅速地沿着支条上升，积累在花芽中。这种追肥的方法也是利用示踪原子得出来的。

【12】又如在天旱的时候，作物的根部特别需要水分，因为这时候没有足够的水分来供应根，所以要根尖来追逐水源，如果能促使根尖很快的生成，就能使根深入到水分充足的水层里去，帮助作物抗旱。实验表明，把放射性的磷肥（含有磷32）埋在离表面 17 厘米深的土层里作为目标，然后观察施肥的与不施肥的燕麦幼苗根尖的生长情况，可以看出，施肥的燕麦根比不施肥的燕麦根早四天伸展到既定目标的地方（如图11·5所示）。

(2)工业方面

【13】在冶炼钢时，必须注意磷的杂质含量不能过高，为了能在冶炼时及时作出鉴定，可以利用示踪原子的方法。在炼钢炉里渗入少量的放射性磷，它很快就会和普通的磷混在一起，再从钢水中取出试样来，一方面用计数器测出试样中射线的强度，一方面用化学分析的方法，测出这时候钢水中的磷含量，然后找出射线强度跟含磷量的对应关系。这样每隔一定时间测定一次射线强度，只要射线强度降低到一定程度，就表明这时候钢水中的含磷量已经降低到合格的标准了。用这种方法来检查磷含量要比用化学方法来检验快得多。

【14】示踪原子也可以用来检查水库是否有漏水的情况。把少量的放射性同位素放入水库中，由于扩散作用，示踪原子很快就会均匀地分布在水的分子中，通过计数器周密的探测，就会了解水库有没有渗水或漏水的情况。

(3)医学和生物学方面

【15】医学上可以利用示踪原子来作诊断和研究。例如在皮下注入含有放射性钠24 的生理食盐水，就可以研究人体血液循环的情况，对正常的人讲，三小时以后放射性的钠就可以遍布全身；而有些患有心脏病的人，血液循环时间却要增加到 6~12 小时。又例如，人体里的甲状腺含碘量比其他器官大一千倍，甲状腺有了病后，吸收碘的数量就会有很大的改变，服用少量放射性碘131 作为示踪原子，就可以帮助诊断甲状腺的病情。

【16】对动物注射放射性同位素作实验发现，大脑在兴奋的时候，磷的新陈代谢速度比抑制时快得多。利用示踪原子还可以对植物的光合作用、动物体内蛋白质的合成等许多问题进行研究。

【17】应用示踪原子的优点是：

【18】(1)灵敏度高，能够测定极微量的放射性物质。最好的天平，感量可达 10⁻⁶ 克；最灵敏的光谱定量分析，也只能测到 10⁻⁹ 克；但是用示踪原子的方法，通过灵敏的计数器则可以把含有 10⁻¹⁴~10⁻¹⁸ 克的微量放射性物质测出来。

【19】(2)容易辨识，操作方法和过程都很简便。

【20】由于过强的放射性射线照射对人体是有害的，所以在使用的时候应该注意安全防护问题。为了保护工作人员的健康，射线照射人体的时间应当尽可能的短；人要离开射线源远一些；并且用铅、铁、水泥或有机玻璃等适当的物质把射线源屏蔽起来，以吸收或减弱射线强度；最重要的是使人体每天所受到射线照射的剂量不超过规定的限额。总之只要有必要的防护设备，严格遵守安全操作和防护规程，射线对人体可能产生的伤害是完全能够避免的。