核能應(yīng)用與發(fā)展

1、歡迎共閱1.序言1.1經(jīng)典物理學(xué)和量子力學(xué)在這本書中介紹的原子和量子物理學(xué)，基本上是本世紀前第三的產(chǎn)物。經(jīng)典物理學(xué)的分支如力學(xué)、聲學(xué)、熱力學(xué)和光學(xué)必須擴大時，作為物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)知識增加的結(jié)果，原子和量子成為了物理學(xué)研究的對象。因此，在第二十世紀，經(jīng)典物理學(xué)已經(jīng)由原子物理和光或能量量子物理進行了補充。 原子物理學(xué)的目標是對原子結(jié)構(gòu)及其相互作用的理解以及對電場與 磁場的相互作用的理解。 原子是由帶正電荷的原子核和帶負電荷的電子構(gòu)成的。這些粒子相互作用的電磁力在經(jīng)典物理學(xué)中是眾所周知的。單獨在這些相互作用力基礎(chǔ)下原子核的物理現(xiàn)象是不能夠解釋的。一個新的作用力一一核強相互作用力一一決定了核的結(jié)構(gòu)，并且

2、典型的結(jié)合能是大于那些原子中的電子的數(shù)量級的。因此原子核的研究，基本粒子的研究以及整個高能物理形成了它們自己的物理學(xué)分支。 本書不會探討這些內(nèi)容。1.2簡史X . i.i I | ' ; /單詞原子出自于希臘語并且譯為“不可分割的物質(zhì)”，是物質(zhì)的最小組分，不可能再進一步分割。這個概念是在公元前 5世紀和前4世紀中期被希臘自然哲學(xué)家引入的。最早的物.I質(zhì)結(jié)構(gòu)原子理論是由德謨克利特（公元前460370年），柏拉圖（公元前 429348年）和亞里士多德（公元前384322年）提出的。它經(jīng)歷了兩千多年才使這種推理的原子論演變成 為現(xiàn)代意義上的精確的原子物理學(xué)。原子這個詞的含義如果翻譯成拉丁語的

3、話就會產(chǎn)生更少的誤解：不可分割的物質(zhì)是大型集合中的最小的單元，它擁有這個集合中所有的本質(zhì)特征。從這個意義上說，原子實際上就是不可分割的。誠然，有一種是可以的，把一個氫原子分離成一個質(zhì)子和一個電子，但是氫在分離的過程中就已經(jīng)被破壞了。例如沒有一個人能在氫原子光譜上觀察它的光譜線特征。原子論按照現(xiàn)代科學(xué)的理解首先被發(fā)現(xiàn)于物質(zhì)之中，然后是電子，最后是能量。物質(zhì)的原子論，有一個公認的事實那就是所有的化學(xué)成分室友原子組成的，這是根據(jù)化學(xué)研究推斷的。恒量定律和倍比定律分別是由J.L普魯斯特和道爾頓約在 1799年和1803年提出，這些定律可以很簡單地解釋原子假說。反應(yīng)方程式14g N + 16g O =3

4、0g NO14g N + 32g O =46g NC2意思就是氮和氧原子的重量是相關(guān)的14:16只有整個原子相互作用，第一個原子模型（W.普羅特1815）是假設(shè)除了氫原子之外的所有元素的原子是組成整體的。作為一個啟發(fā)性原理， 這個假設(shè)最終基于化學(xué)性質(zhì)形成了有序元素的體系，L.邁耶和D.I.門捷列夫化學(xué)周期系。更多關(guān)于這個學(xué)科的內(nèi)容會在化學(xué)入門 教材講到。幾乎在同一時間（1808年），蓋-呂薩克發(fā)現(xiàn)不僅是質(zhì)量而且氣態(tài)反應(yīng)物的量都是以整 數(shù)的定量發(fā)生的。在上面的例子1體積N +1體積0產(chǎn)生2體積NO1體積N +2體積O產(chǎn)生2體積N02相似的觀察形成了阿伏伽德羅假設(shè)：同等體積的氣體在相似的狀態(tài)下（壓

5、強，溫度）包含同等數(shù)量的分子。在19世紀間對氣體的繼續(xù)研究調(diào)查引出了熱原子論，它對熱量在通常的情況下進行了解 釋，尤其是在一系列的原子運動和原子間碰撞的熱力學(xué)定律。大約在1870年，這一首個理論包含了整個物理學(xué)分支，氣體分子運動論由物理學(xué)家克勞修斯和玻爾茲曼完成。電磁感應(yīng)是在1833年被英國科學(xué)家邁克爾法拉第發(fā)現(xiàn)的，基于對電解液體非常仔細測量 的定量計算，他用公式表達了他著名的定律：分解的元素的電量與電荷傳輸過程的電量成正比，不同的元素被相同電量的電荷分離成等效權(quán)重。由此法拉第總結(jié)出：原子的帶電成分是在它的質(zhì)量與電荷定義后70年，這個帶電物質(zhì)就是電子與物質(zhì)的原子相關(guān)。原子能的發(fā)現(xiàn)可以追溯到底：

6、1900年十二月14號，在那次柏林物理學(xué)會的演 講中普朗克給出了黑體輻射規(guī)律的推導(dǎo)。 為了推導(dǎo)出這些定律，他假定諧波振蕩 器的能量只能采取離散的值一一對于在經(jīng)典理論中能量值是連續(xù)的， 這是相當矛 盾的。這一天可以稱為量子理論的誕生日。原子與量子物理學(xué)的進一步發(fā)展是這本書 的主題。我們對原子結(jié)構(gòu)的認識受到了光學(xué)譜研究的強烈影響。在1860年基爾霍夫和本生發(fā)現(xiàn)光學(xué)光譜所發(fā)射或吸收的光的元素的特征后，巴爾默在原子光譜中成功 地找到一個有序原理，用公式8.1表示，這個公式是以他的名字命名并描述了氫 原子的發(fā)射譜線。基于盧瑟福提出的原子模型，玻爾才能夠在1913年用公式表示原子中電子軌道的量子化的基本原

7、則。 這些量化的規(guī)則是由索末菲大大推廣的。 通過玻恩，海森伯，薛定諤，泡利，狄拉克和其他研究人員在1920年到1930年的十年之中取得了實際突破。當前研究關(guān)心的原子物理問題：關(guān)于原子的電子殼層結(jié)構(gòu)及其激發(fā)的越來越詳細的描述原子與輻射場的相互作用，以其在光泵浦（第二 章）和激光物理（第二 十二章）中的應(yīng)用為例原子物理基礎(chǔ)研究原子數(shù)據(jù)的計算物理學(xué)科技應(yīng)用固體物理學(xué) 量子電子學(xué) 測定單位 理想與缺陷結(jié)構(gòu)激光器，頻率標準，航行，大地測量學(xué)基本常數(shù)化學(xué)物理學(xué)醫(yī)療技術(shù)空間研究分子形成輻射效應(yīng)地球和行星大氣，氣象天體物理學(xué)通信技術(shù)環(huán)境原子光譜激光技術(shù)，電離層污染物檢測等離子體物理能源冋題激發(fā)機制能源生產(chǎn)新方

8、法生物物理學(xué)復(fù)雜分子結(jié)構(gòu) 地球物理學(xué)地球磁場領(lǐng)域圖1.1原子物理學(xué)與其他科學(xué)、科技學(xué)科的關(guān)聯(lián)原子在氣相碰撞過程中和分子形成過程中的相互作用單個原子凝聚相形成原理，和它們的性質(zhì)因此，在原子物理和化學(xué)的基礎(chǔ)上，分子和固體物理也不斷使用它的規(guī)律和原則。與此同時，對于許多其他研究，科技以及應(yīng)用學(xué)科而言，原子物理學(xué)是一門基礎(chǔ)科學(xué)。舉 例如圖1.1所示。下面的章節(jié)不會給出一個歷史或時間順序介紹。然而，這些章節(jié)展現(xiàn)了發(fā)展和探索的總路線。在滿足獲取物理知識方面，它是很少用的。物理學(xué)家必須學(xué)會分析，解釋，并從實驗結(jié) 果中提取出要點。在這個過程中，重要的是要認識到與其他實驗結(jié)果的關(guān)系，并能夠預(yù)測新實驗的結(jié)果。然后

9、預(yù)測必須得到實驗檢驗。因為這個過程，物理不是一成不變的，最終確定的科學(xué)，而是處于一個不斷發(fā)展的狀態(tài)。由于新的實驗技術(shù)開辟了新的研究領(lǐng)域，而另一方面，發(fā)展物理概念的過程中帶來了有史以來最新的實驗的理念。核能的應(yīng)用.,引言人類的一切活動都離不開能源，能源是發(fā)展工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科學(xué)技術(shù)和 提高人民生活水平的重要基礎(chǔ)。1939?年原子核裂變的發(fā)現(xiàn)，開辟了核能利用的 新時代.。特別是在能源結(jié)構(gòu)從石油轉(zhuǎn)入非油能源的新時期里，核能被認為是解 決世界能源短缺的一種重要途徑，可開發(fā)的核燃料資源所提供的裂變能、聚變能， 可供人類大規(guī)模長時期的利用。核能具有獨特的優(yōu)越性開發(fā)和利用新型的核能源 是人類社會生存發(fā)展的

10、必然趨勢。 近年來，大力發(fā)展核電是許多國家在研究本國 能源現(xiàn)狀和前景之后，所采取的一種比較普遍的基本政策。核能發(fā)現(xiàn)？核能的發(fā)現(xiàn)凝聚了眾多科學(xué)家的智慧和汗水。1932年，英國物理學(xué)家查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，為人類提供了打開核能利用大門的一把鑰匙，1939?年，費米利用中子轟擊鈾發(fā)現(xiàn)反應(yīng)能產(chǎn)生中等重量的元素，居里夫人的女兒伊倫居里進行了類似的研究，但得到了不同的反應(yīng)產(chǎn)物。德國科學(xué)家哈恩重復(fù)他們的實驗證 實中子轟擊鈾能產(chǎn)生重量為鈾一半的元素，并確定它是鋇，他的進一步工作證實了伊倫居里實驗的產(chǎn)物是鑭。接著，流亡瑞典的奧地利女科學(xué)家邁特納提出了 鈾核裂變的概念，并指出裂變能放出能量。為了能持續(xù)地放出核能，匈

11、牙利物理學(xué)家西拉德最先考慮了鏈式反應(yīng)發(fā)生的可能性。1939?年約里奧居里夫婦等人，通過實驗發(fā)現(xiàn)一個鈾核（U?-?235裂變會釋放出2 3個中子，用實驗證實了鏈式反 應(yīng)的可能性。1941年12月到1942年12月,費米領(lǐng)導(dǎo)一批物理學(xué)家在芝加哥大學(xué) 斯塔克運動場的西看臺下成功地建造了世界上第一座原子核反應(yīng)堆發(fā)出了200W的電，解決了受控自持鏈式反應(yīng)的眾多技術(shù)問題，這標志著核能和平利用時代的到來。核能的發(fā)展？第一代核電站。核電站的開發(fā)與建設(shè)開始于20世紀50年代。1954年前蘇聯(lián)建成發(fā)電功率為5兆瓦的實驗性核電站；1957年，美國建成發(fā)電功率為9萬 千瓦的Ship?Ping?Port原型核電站。這些

12、成就證明了利用核能發(fā)電的技術(shù)可行性。 國際上把上述實驗性的原型核電機組成為第一代核電機組。？第二代核電站。20世紀60年代后期，在實驗性和原型核電機組基礎(chǔ)上，陸 續(xù)建成發(fā)電功率30萬千瓦的壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨水冷堆等核電機組， 他們在進一步證明核能發(fā)電技術(shù)可行性的同時， 使核電的經(jīng)濟性也得以證明。目 前，世界上商業(yè)運行的400多座核電機組絕大部分是在這一時期建成的，習慣上 稱為第二代核電機組。？第三代核電站。20世紀90年代，為了消除三里島和切爾諾貝利核電站事故 的負面影響，世紀核電業(yè)界集中力量對嚴重事故的預(yù)防和緩解進行了研究和攻關(guān)， 美國和歐洲先后出臺了先進輕水堆用戶要求文件，即 U

13、RD文件和歐洲用 戶對輕水堆核電站的要求，即EUR文件，進一步明確了預(yù)防與緩解嚴重事故， 提高安全可靠性等方面的要求。國際上通常把滿足URD文件或EUR文件的核電機組稱為第三代核電機組。對第三代核電機組要求是能在2010年前進行商用建造。？第四代核電站。2000年1月，在美國能源部的倡議下，美國、英國、瑞士、 南非、日本、法國、加拿大、巴西、韓國和阿根廷共10個有意發(fā)展核能的國家， 聯(lián)合組成了“第四代國際核能論壇”，與 2001年7月簽署了合約，約定共同合 作研究開發(fā)第四代核能技術(shù)。,I I核能原理？核能（或稱原子能）是通過轉(zhuǎn)化其質(zhì)量從原子核釋放的能量，符合阿爾伯 特愛因斯坦的方程E=mc2?

14、其中E=能量，m=質(zhì)量，。=光速常量。核能通過三 種核反應(yīng)之一釋放：1、核裂變，打開原子核的結(jié)合力。2、核聚變，原子的粒子 熔合在一起。3、核衰變，自然的慢得多的裂變形式。核能發(fā)電的能量來自核反 應(yīng)堆中可裂變材料（核燃料）進行裂變反應(yīng)所釋放的裂變能。裂變反應(yīng)指鈾 -235、 钚-239、鈾-233等重元素在中子作用下分裂為兩個碎片，同時放出中子和大量能量的過程。反應(yīng)中，可裂變物的原子核吸收一個中子后發(fā)生裂變并放出兩三個中 子。若這些中子除去消耗，至少有一個中子能引起另一個原子核裂變， 使裂變自 持地進行，則這種反應(yīng)稱為鏈式裂變反應(yīng)。實現(xiàn)鏈式反應(yīng)是核能發(fā)電的前提。核能的應(yīng)用？一、核能在農(nóng)業(yè)方面的

15、應(yīng)用？將農(nóng)學(xué)與核科學(xué)結(jié)合起來的新興學(xué)科稱核農(nóng)學(xué)， 其目的在于為農(nóng)業(yè)科學(xué)研究和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供新的手段，促進農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化。核技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用是1955年第一屆國際原子能和平利用會議以后，逐漸在各個國家發(fā)展起來的。中國于 1956年開始制訂這門學(xué)科的發(fā)展規(guī)劃。1957年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院建立了第一個 原子能農(nóng)業(yè)利用研究室，后發(fā)展為研究所。至今全國各省、市、自治區(qū)和少數(shù)地 區(qū)的農(nóng)業(yè)科研單位已廣泛開展這方面的研究， 并取得了顯著成績。主要包括下列 內(nèi)容：？輻射育種即利用y、x、B射線或中子流等高能量的電離輻射處理植物的 器官，使細胞內(nèi)產(chǎn)生不同類型的電離作用，進而誘發(fā)產(chǎn)生可遺傳的突變，從中選擇 和培育符合生

16、產(chǎn)需要的新品種。輻射育種與常規(guī)育種比較，其主要特點為：變異率高。一般可達1/30，比自然突變高100倍以上，甚至可達1000倍。變異范圍廣。誘變產(chǎn)生的變異類 型常超出一般，甚至會產(chǎn)生自然界中未曾出現(xiàn)的或罕見的新類型。其中有的具有利用價值，已為作物提早成熟、植株矮化、增強抗病性、提高蛋白質(zhì)、糖分、淀 粉的含量等創(chuàng)造了豐富的育種原始材料和基因資源。變異穩(wěn)定快。由輻射處理 產(chǎn)生的變異，一般經(jīng)3代即可基本穩(wěn)定，而有性雜交大多要經(jīng)46代才能穩(wěn)定。輻射處理的方法分外照射和內(nèi)照射兩種。外照射是指被照射的種子或植株所 受的輻射來自外部某一輻射源；方法簡便、安全，可以大量處理。內(nèi)照射是將輻 射源引入被照射種子或

17、植物某器官內(nèi)部，常見的有放射性同位素浸種、放射性同位素注射（在莖、枝條、芽或子房部位施用放射性同位素肥料供植物吸收）以及 向植物供給14CO2、使之通過光合作用同化到代謝產(chǎn)物中去誘發(fā)突變等。輻射處理的材料包括種子、花粉、子房、營養(yǎng)器官和整體植株。此外，還可照射愈傷組 織，用于輻射誘變與組織培養(yǎng)相結(jié)合的研究領(lǐng)域（見誘變育種）。輻射不育治蟲原理是通過對防治對象（雄蟲）某個蟲態(tài)的輻照處理，使其生殖 細胞的染色體發(fā)生斷裂、易位，造成不對稱組合，導(dǎo)致顯性致死；而受照射的體 細胞基本上不受損傷。由于輻照后的昆蟲仍能保持正常的生命活動和尋找配偶， 將經(jīng)過輻照處理的不育昆蟲在蟲害地區(qū)連續(xù)大量釋放，就可使其同正

18、常昆蟲進行 交配而不產(chǎn)生后代。經(jīng)過幾代之后，自然種群因不育而數(shù)量減少，以致有可能完 全消滅這一地區(qū)的蟲種。此法不會造成環(huán)境污染，對人、畜和天敵無害，防效持 久，專一性強，對消滅螟蟲、棉鈴蟲等鉆進植物體內(nèi)隱蔽、藥劑和天敵很難觸及 的害蟲效果尤佳。丫射線、X射線、B射線及中子束都可用于照射，而以 60Co 放射源的丫射線最簡便有效。但用高劑量輻照造成的不育昆蟲因無法和自然種群 爭奪配偶，因而影響滅蟲效果。近年來，改用亞不育或半不育劑量處理的害蟲， 可提高受照射昆蟲競爭配偶 的能力，通過遺傳將輻射導(dǎo)致的細胞染色體易位變化傳遞給下一代，使95%以上的下一代害蟲喪失生育力。如玉米螟雄蟲經(jīng)過這樣的處理后，

19、其子代可比親代 更為不育。此法雖不能在當代根除害蟲，但可減少不育蟲的釋放量，使防治成本 降低。因而在成蟲期不危害作物的條件下釋放半不育（其子代完全不育）雄蟲， 一般可比釋放完全不育的雄蟲取得更好的效果。世界上約有？1/3的國家對上百種昆蟲從事輻射不育的研究，已知有 30多 種害蟲進入了中間試驗或應(yīng)用階段。 螺旋蠅、地中海果蠅、紅鈴蟲等一些重要害 蟲用不育方法防治，都取得了重大成果。？輻射食品保藏即通過輻照抑制食用產(chǎn)品器官的新陳代謝和生長發(fā)育，同時 殺滅害蟲和致病微生物，以改進食品品質(zhì)，減少貯運損失，延長貯存期和貨架陳 放期。用于這一目的的輻照源一般包括？60Co 137CS的丫射線源、X光機發(fā)

20、出的 X射線、電子加速器發(fā)出的小于或等于 10MEV的電子射線等。輻照前處理是輻 照食品的重要環(huán)節(jié)，經(jīng)常采用的手段包括：嚴格控制食品收獲、加工的條件，以降 低害蟲和微生物對食品的污染基數(shù)；通過適當加熱，以鈍化生物酶的活性；通過低 溫暫存和絕氧控制食品代謝的速度，以防止氧化；以及添加抗氧劑、保水劑、輻 射增效劑等。？輻照劑量按輻照的不同目的可分為3類:低劑量用于抑制產(chǎn)品器官的代謝和 殺蟲，劑量范圍在0.1兆拉德以內(nèi)；中劑量用于針對性、選擇性的殺蟲、滅菌和 改進品質(zhì)，劑量范圍在0.11兆拉德；高劑量用于徹底殺蟲、滅菌和長期保存食品， 劑量范圍在16兆拉德。多數(shù)情況下，劑量率在 1010000千拉德

21、/小時范圍 以內(nèi)時,輻照劑量率變化對食品輻照效果的影響不顯著。長期的生物試驗結(jié)果證 明，輻照食品是衛(wèi)生和安全的，不會使食品產(chǎn)生感生放射性；射線殺蟲、滅菌還 能減輕甚至消除病原體及其產(chǎn)生的毒素， 而不會產(chǎn)生病原體及其毒素。人食用輻 射食品后無不良反應(yīng)。？放射免疫分析是一項微量分析技術(shù)。1959年由美國科學(xué)家耶洛與貝松提出。 在畜牧、獸醫(yī)上現(xiàn)已成為家畜生理和獸醫(yī)臨床研究的重要手段，常用以進行激素檢測和細菌、病毒、抗體、維生素、藥物、酶等微量物質(zhì)的定量測定；在植物病 理研究等方面也有應(yīng)用。其基本原理是用放射性同位素標記的抗原與限量特異抗 體發(fā)生反應(yīng)，形成標記抗原-抗體復(fù)合物。這是一種可逆反應(yīng)。在抗體

22、濃度較低 時，此復(fù)合物是可溶的。如向此反應(yīng)系統(tǒng)中加入性質(zhì)相同的非標記抗原，則將以同樣方式與抗體發(fā)生反應(yīng)，即在數(shù)量上與標記抗原發(fā)生競爭。反應(yīng)系統(tǒng)中非標記 抗原的量愈多，同標記抗原相結(jié)合的抗體就愈少。 放射免疫分析就是利用這種競 爭性反應(yīng)。實驗中將一系列不同濃度的非標記抗原加至含有一定量特異抗體和標 記抗原的混合液中，反應(yīng)后，用快速分離技術(shù)使結(jié)合的標記抗原和未結(jié)合的標記 抗原分離，進行放射性測定，即可繪制出劑量 ？-反應(yīng)標準曲線。按同樣程序?qū)Υ?測樣本進行測量，將所得結(jié)果與標準曲線對照，便可求得樣本中抗原的含量。此 法的優(yōu)點是特異性強，靈敏度、準確度和精確度高，樣本用量少，操作程序便于 標準化，放

23、射性物質(zhì)不引入體內(nèi)因而比較安全。？同位素示蹤法是利用放射性或穩(wěn)定性同位素標記的元素或化合物參加到化 學(xué)或生物研究過程中跟蹤某個過程的方法。其特點是： 靈敏度高。一般最精確的化學(xué)分析很少能測到 10-12克，同位素示蹤則可檢 測出10-1410-18克的微量物質(zhì)，這對于動、植物體內(nèi)痕量元素和激素代謝等 的研究十分重要。 操作手續(xù)簡便。只測定試驗樣品中的放射性強度，不受其他非放射性元素 的干擾，因而可以減少繁雜的提取、純化、分離等化學(xué)分析的操作程序。 可區(qū)分試驗體系中原有的分子和新加入的分子。如用放射性同位素32P示蹤方法研究作物對磷的吸收，可以區(qū)分出植株中來自土壤和來自肥料的磷。 可以在正常生理

24、條件下進行試驗。如用常規(guī)方法研究家畜營養(yǎng)代謝往往要 引入比正常生理劑量大得多的藥理劑量， 而使用同位素示蹤劑只要微量就可達到 目的，因而可避免對正常生理的干擾和破壞。 可以準確定位。用放射性自顯影術(shù)可以確定放射性示蹤劑在組織或器官中 的位置和分布；而用顯微自顯影或電鏡自顯影，則可進行細胞甚至亞細胞水平的 定位觀察。？同位素示蹤法在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用可分為下列兩類。？放射性同位素示蹤又分為3種類型： 利用同一元素的同位素化學(xué)性質(zhì)相同的示蹤試驗。 這類試驗所采用的放射 性示蹤劑和研究對象二者的化學(xué)性質(zhì)以及試驗過程中所經(jīng)歷的化學(xué)和生物學(xué)反 應(yīng)都相同，如用放射性32P標記的過磷酸鈣去追蹤作物對磷肥吸收的研究

25、就屬此 類。 利用放射性示蹤劑和被研究對象完全物理混合的試驗。二者的重量比在整個試驗過程中保持不變。如在農(nóng)藥溶液中加入一定量可溶解于農(nóng)藥的短半衰期的 放射性同位素，可用以測定飛機噴灑農(nóng)藥的分布范圍。 利用放射性作標記的示蹤試驗。這類試驗要求示蹤劑在試驗過程中牢固地 和被追蹤物結(jié)合在一起。如將放射性 131I或60Co附加（通過喂食、噴灑、沾著 等方法）在昆蟲身上后釋放，再在不同的時間和地點捕捉昆蟲并檢測其放射性，便可得知其遷飛的速度和分布范圍。？穩(wěn)定性同位素示蹤穩(wěn)定性同位素是天然存在的不能探測到放射性的同位素。 用以作為農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的示蹤劑，具有下列優(yōu)點： 沒有放射性，適用于生物有機體的研究；

26、 標記物的合成和處理較簡單，同位素不會衰變，實驗不受時間限制； 農(nóng)業(yè)科學(xué)研究中最常用的穩(wěn)定性同位素如 13C、15N、180等都無毒性，且 是有機體的組成元素，氮和氧沒有較長半衰期的放射性同位素，因而15N、180是 農(nóng)學(xué)研究中唯一適用的示蹤元素； 用質(zhì)譜技術(shù)測定“同位素比值”，要比放射性示蹤測定方便。基于這些優(yōu)點，穩(wěn)定性同位素示蹤法已日益成為農(nóng)學(xué)研究不可缺少的手段。如土壤科學(xué)中用以研究氮素轉(zhuǎn)化、肥料氮在土壤中的移動和固定、氮的循環(huán)以及氮的利用和損失； 生理研究中用以揭示植物蛋白質(zhì)的形成過程、生物固氮和動物的氮代謝；生物工程中通過13C、15N等同位素標記核酸、核苷酸或核苷進行追蹤，用以揭示DNA 的重組和復(fù)制過程等。此外，還可利用13C、15N標記農(nóng)藥，研究其在作物和土壤 中的殘留和降解產(chǎn)物，利用180研究土壤水分以及利用10B研究植物對微量元 素硼的需要等。？放射自顯影術(shù)是定位地記錄放射性物質(zhì)在動、植物體內(nèi)分布的方法。攝取了放射性物質(zhì)的動、植物標本的表面，在與感光乳膠相接觸后，感受了放射性的乳 膠經(jīng)顯影加工，就能反映放射性在體內(nèi)分布的影象。由于乳膠中的鹵化銀顆粒極 其細小，且每一顆粒都獨立地與放射性物質(zhì)相作用，故影象能在細胞水平上（光學(xué)顯微自顯影）和亞細胞水平上（電子顯微自顯影）上反映，