東北石油大學(xué)核測(cè)井物理論文

1、核測(cè)井物理基礎(chǔ)論文論文題目 放射性的特征及應(yīng)用 指導(dǎo)教師 王升 學(xué) 院 地球科學(xué)學(xué)院 班 級(jí) 勘技13-4 姓 名 梁法森 學(xué) 號(hào) 日 期 2015年4月21日 放射性的特征及應(yīng)用摘要：自貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的天然放射性以來(lái)，放射性得到了充分的研究。放射性射線與放射性同位素在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、考古方面的應(yīng)用發(fā)揮了重要的重用。放射性的應(yīng)用像一把雙刃劍，一方面為人類帶來(lái)了新的科研成果，另一方面給人類帶來(lái)了一些危害。所以，利用放射性物質(zhì)的時(shí)候，人們應(yīng)該加強(qiáng)防范，妥善處理遺留的放射物，讓人類更加健康的生活。關(guān)鍵字：放射性；放射性射線；放射性同位素 引言1898年，居里夫婦發(fā)現(xiàn)了放射性更強(qiáng)的釙和鐳。由于天然放射性這

2、一劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)，居里夫婦和貝克勒爾共同獲得了1903年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。此后，居里夫婦繼續(xù)研究了鐳在化學(xué)和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，并于1902年分離出高純度的金屬鐳。因此，居里夫人又獲得了1911年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。在貝可勒爾和居里夫婦等人研究的基礎(chǔ)上，后來(lái)又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了其它元素的許多放射性核素。有力地推動(dòng)了放射性現(xiàn)象的理論研究和實(shí)際應(yīng)用。然而，頻繁的核泄漏、放射物管理不當(dāng)給人類帶來(lái)嚴(yán)重的災(zāi)難。本文就放射性應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。1.放射性的簡(jiǎn)介 1.1什么是放射性某些元素的原子通過(guò)核衰變自發(fā)地放出或射線(有時(shí)還放出射線)的性質(zhì)，稱為放射性。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

3、有的放射性。它們大多屬于由重元素組成的三個(gè)放射系。人工放射性是指用核反應(yīng)的辦法所獲得的放射性。按原子核是否穩(wěn)定，可把核素分為穩(wěn)定性核素和放射性核素兩類。一種元素的原子核自發(fā)地放出某種射線而轉(zhuǎn)變成別種元素的原子核的現(xiàn)象，稱作放射性衰變。能發(fā)生放射性衰變的核素，稱為放射性核素。在目前已發(fā)現(xiàn)的100多種元素中，約有2600多種核素。其中穩(wěn)定性核素僅有280多種，屬于81種元素。放射性核素有2300多種，又可分為天然放射性核素和人工放射性核素兩大類。1.2放射性同位素的特性1.2.1能放出各種不同的射線放射線有的放出射線，有的放出射線，有的放出射線或者同時(shí)放出其中的兩種射線。其中，射線是氦核，它是2個(gè)

4、質(zhì)子和2個(gè)中子構(gòu)成的，放射射線的原子核放出一個(gè)粒子后，它的電荷減少2個(gè)單位，質(zhì)量減少4個(gè)單位，它變?yōu)樵有驍?shù)減少2、質(zhì)量減少4的另一個(gè)原子核。射線就是電子，放射負(fù)射線的原子核放出一個(gè)負(fù)電子后，它的電荷增加1個(gè)單位而質(zhì)量變化很小，變?yōu)樵有驍?shù)增加1的另一個(gè)原子核。有些人工產(chǎn)生的放射元素放出正射線，這些原子核放射后，變?yōu)樵有驍?shù)減1的另一個(gè)原子核。射線是光子，不帶電，無(wú)靜止質(zhì)量。它的放出不改變?cè)拥碾姾?，?duì)質(zhì)量的影響亦極微小。1.2.2具有一定的壽命把一定量的某種放射元素單獨(dú)收存起來(lái)，它的數(shù)量就會(huì)逐漸的減少，因?yàn)橐徊糠纸?jīng)過(guò)放射過(guò)程后變成另一種元素了。這叫衰變。實(shí)驗(yàn)表明放射衰變遵守下列定律： (1)

5、式(1)中時(shí)間t=0時(shí)的原子核數(shù)目，N是經(jīng)過(guò)t時(shí)后還殘留的原子核數(shù)目。在足夠多原子核中，每一個(gè)核在什么時(shí)候發(fā)生放射變化是不可預(yù)知的。但是如果在短的時(shí)間dt內(nèi)，有dN個(gè)和改變，從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)，改變率必定當(dāng)時(shí)存在的總原子核數(shù)目成正比，即 (2)是比例常數(shù)，是放射物衰變快慢的標(biāo)志，稱為衰變常數(shù)。如果經(jīng)一段時(shí)間T，原子核的數(shù)目減少到原來(lái)的一半，則稱為半衰期。由下式 ，即T= (3)得出半衰期T同衰變常數(shù)的關(guān)系。種放射性核素都有其特定的半衰期，由幾微秒到幾百萬(wàn)年不等在一種放射物質(zhì)中，有些原子早變，有些晚變，就是說(shuō)有的壽命短，有的壽命長(zhǎng)。由式 (4)可得出該元素的平均壽命。2放射性的應(yīng)用2.1在工業(yè)方面的應(yīng)

6、用輻射加工現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛用于制備優(yōu)質(zhì)電線電纜、熱收縮材料、發(fā)泡材料、超細(xì)粉末、人造皮膚、高效電池隔膜、隱形眼睛等，以及木材與磁帶磁盤(pán)的涂層固化、橡膠硫化、紡織品改性等領(lǐng)域。 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)中也有重要應(yīng)用。早期的射線探傷是利用加速器產(chǎn)生的電子束打靶產(chǎn)生的X射線照射工件形成平面圖像。70年代醫(yī)用X-CT誕生后，80年代即出現(xiàn)工業(yè)CT,并很快應(yīng)用到熱軋無(wú)縫鋼管的在線測(cè)試、發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)、以至大型火箭的整體檢測(cè)中。另一種重要的無(wú)損檢測(cè)是中子照相，用其檢測(cè)火藥繼電器發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等有高的靈敏度和分辨率，在航天與航空工業(yè)和國(guó)防上有重要應(yīng)用。 22在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用有關(guān)光合作用的基本產(chǎn)物的知識(shí)，是在利用二氧化碳-

7、14（14CO2）作為示蹤劑之后才被人們所了解的。目前，除了碳-14以外，還可配合使用其它的放射性同位素，如磷-32、氫-3等作示蹤劑，從而使一些研究工作能夠做得更加細(xì)致周密。活化分析是一種揭示微量雜質(zhì)的存在及其數(shù)量的分析方法。用中子（如反應(yīng)堆中子）輻照可能含有某種痕量元素的材料樣品，不同的原子核吃掉慢中子后產(chǎn)生的放射性同位素會(huì)進(jìn)行完全不同的核衰變，通過(guò)測(cè)量其發(fā)射的或射線的特有能量和強(qiáng)度，就能得到有關(guān)雜質(zhì)的含量。即使是肉眼看不見(jiàn)的像塵埃那么大小的物料，只要放到反應(yīng)堆里照射一下，就能定量地測(cè)定出其中所包含的許多種微量元素。 這種測(cè)定方法用途廣泛。例如，調(diào)查直升飛機(jī)噴灑農(nóng)藥的分散效果。農(nóng)藥散布到稻

8、田以后，從各個(gè)不同部位采集稻秧，放到反應(yīng)堆中照射，經(jīng)過(guò)活化分析，便可測(cè)出微量農(nóng)藥的放射性。從而可以知道每顆稻秧上粘附的農(nóng)藥量。根據(jù)這些測(cè)定數(shù)據(jù)可以繪制出農(nóng)藥散布量的分布圖。2.2.1輻射育種隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們已不再單純地利用植物本身自然產(chǎn)生的變異，而是能夠應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)的成就來(lái)人工創(chuàng)造新的變異類型，這種方法叫“人工引變”。大體說(shuō)來(lái)，應(yīng)用人工引變誘發(fā)的有利突變可以有千分之一的機(jī)率，而自然產(chǎn)生的突變只有百萬(wàn)分之一的機(jī)率，人工引變可以提高突變率一千倍。但是到目前為止，人們還不能控制變異的方向。我們必須在各種變異的后代中，進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的選擇，才能育成符合我們所期望的良種。這種應(yīng)用射線引變選育良種的

9、方法叫做“輻射育種”。它是繼“系統(tǒng)選種”、“雜交育種”之后而興起的一種新的育種方法。2.2.2輻射滅蟲(chóng) 大量的輻照也可以使某些害蟲(chóng)發(fā)生變異。例如：螺旋蠅的幼蟲(chóng)在經(jīng)過(guò)一定輻射后，就會(huì)喪失生育能力。然后，讓這些絕育的螺旋蠅與蟲(chóng)災(zāi)地區(qū)的螺旋蠅進(jìn)行交配，可讓交配后的雌蟲(chóng)再也不會(huì)產(chǎn)卵繁殖了。這樣，經(jīng)過(guò)大約一年半的時(shí)間，就可以使這種蠅滅絕。這種消滅害蟲(chóng)的作戰(zhàn)方法叫做“輻射絕育法”，也叫“雄性不育法”。 2.2.3食品保鮮 就是利用放射性同位素或低能加速器放出的射線對(duì)食品進(jìn)行輻射處理，達(dá)到長(zhǎng)期保藏食品的目的。放射線有一些特殊的本領(lǐng)。它具有較高的能量，穿透物質(zhì)的能力強(qiáng)。一定劑量的照射，能殺死寄生在食品表面及內(nèi)

10、部的微生物和害蟲(chóng)。適當(dāng)劑量的照射，能抑制農(nóng)畜產(chǎn)品的生命活動(dòng)。這就從根本上消除了食品霉?fàn)€變質(zhì)的根源。 輻照保鮮是一項(xiàng)發(fā)展極快的食品保藏新技術(shù)。研究結(jié)果表明輻照食品對(duì)人體沒(méi)有任何不良影響，可以供人食用，安全可靠。 2.3在醫(yī)療方面的應(yīng)用核素顯像是利用照相機(jī)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層（SPECT）或正電子發(fā)射斷層（PET）來(lái)探測(cè)給予病人的放射性藥物所產(chǎn)生的輻射，從而確定病灶部位。很多器官的顯像，如肺、甲狀腺、腎和腦可用于疾病診斷。2.3.1輻照滅菌 利用放射性同位素發(fā)出的射線徹底滅菌，是射線殺傷力的一種最直接的利用。尤其是人們經(jīng)常利用射線對(duì)醫(yī)療器械進(jìn)行滅菌消毒。如：手術(shù)時(shí)縫合傷口用的縫線、腸壁縫合線；一

11、次性注射器；插入支氣管用的探針導(dǎo)管、手術(shù)用的橡皮手套、取血用的采血板、 人工腎臟透視器等等，也都采用射線消毒技術(shù)。治療癌癥 根據(jù)醫(yī)學(xué)辭典的解釋，治療癌癥最有效的手段之一就是放射治療。對(duì)于內(nèi)臟器官上的癌，以手術(shù)切除為主，照射為輔。但是有一些癌癥表面上看來(lái)范圍很小，卻有可能潛藏著已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)移的癌細(xì)胞；一旦有癌細(xì)胞殘留下來(lái)，即使是很少的一點(diǎn)，也有可能引起癌癥的復(fù)發(fā)。所以，手術(shù)的面積要大些，手術(shù)后再用射線進(jìn)行照射，以殺死殘余的癌細(xì)胞，根除癌癥。 隨著射線療法的不斷發(fā)展，有很多癌癥病例采用射線療法要比手術(shù)治療效果更好。而且，有些癌癥如用手術(shù)治療已經(jīng)為時(shí)過(guò)晚，對(duì)于這些患者，可以寄希望于射線療法。要是在過(guò)去

12、，不能進(jìn)行手術(shù)就意味著絕望；顯然，今天的情況與過(guò)去大不一樣了。近年來(lái)，利用加速器治病獲得很大發(fā)展。因?yàn)榧铀倨鳟a(chǎn)生的射線具有相當(dāng)高的能量，有一定的穿透能力。如X射線、射線、電子束、質(zhì)子束、中子束、介子束等，都能穿過(guò)人體皮膚和組織，到達(dá)腫瘤。大體上說(shuō)，中子輻照時(shí)對(duì)癌細(xì)胞的殺傷力最強(qiáng)。為什么射線療法能夠用于治療癌癥呢？那是因?yàn)椋?xì)胞分裂越是活躍的組織，它對(duì)射線的耐受能力就越弱。因此，像癌細(xì)胞那樣，不斷迅速繁殖的、無(wú)法控制的細(xì)胞組織，在射線進(jìn)行照射時(shí)，對(duì)它的殺傷力就顯得特別大。那正是射線療法的目標(biāo)，是人們所希望的。當(dāng)然，對(duì)于正常的細(xì)胞，如果采用大劑量射線進(jìn)行輻照，也會(huì)受到損傷。但是，只要對(duì)準(zhǔn)癌細(xì)胞的巢

13、穴，用適度的射線劑量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼丈?，可以做到只殺死癌?xì)胞，而對(duì)其周?chē)恼＝M織不會(huì)造成傷害或少受傷害。2.4在考古方面的應(yīng)用 宇宙空間一直在不斷地向我們的地球發(fā)射各種各樣的射線，這種射線叫做宇宙射線。其中有一種射線叫做中子射線。這些中子和大氣中的氮原子核發(fā)生碰撞，打出質(zhì)子。同時(shí)產(chǎn)生出一種新的核素-碳-l4，它是碳原子的放射性同位素。結(jié)果，在地球的大氣中，碳-l4的含量不斷地增加。但是，正如前面所說(shuō)，放射性同位素是有一定壽命的，它會(huì)不斷地發(fā)生放射性衰變。碳-l4的半衰期是5568年。就是說(shuō)，每隔5568年，碳-l4的含量注定要減少一半。這樣，碳-l4不斷地產(chǎn)生，同時(shí)又不斷地死亡，結(jié)果使大氣中的放射性碳-l4濃度達(dá)到一定的平衡值。當(dāng)動(dòng)植物體死亡以后，體內(nèi)碳-l4的濃度就要發(fā)生變化。因?yàn)樗c外界的交換完全隔絕，不再