原子能的利用

原子能的利用生醫(yī)20124320112張艷平簡介原子能又稱“核能”，原子核發(fā)生變化時釋放的能量，如重核裂變和輕核聚變時所釋放的巨大能量。放射性同位素放出的射線在醫(yī)療衛(wèi)生、食品保鮮等方面的應用也是原子能應用的重要方面。在發(fā)現原子能以前，人類只知道世界上有機械能，如汽車運動的動能；有化學能，如燃燒酒精轉變?yōu)槎趸細怏w和水放出熱能；有電能，當電流通過電爐絲以后，會發(fā)出熱和光等。這些能量的釋放，都不會改變物質的質量，只會改變能量的形式。核能如何釋放？核能的獲得主要有兩種途徑，即重核裂變與輕核聚變。U-235，有一個特性，即當一個中子轟擊它的原子核時，它能分裂成兩個質量較小的原子核，同時產生2—3個中子和β、γ等射線，并釋放出約200兆電子伏特的能量。如果有一個新產生的中子，再去轟擊另一個鈾-235原子核，便引起新的裂變，以此類推，這樣就使裂變反應不斷地持續(xù)下去，這就是裂變鏈式反應，在鏈式反應中，核能就連續(xù)不斷地釋放出來。世界能源消耗加快世界能源儲備緊張現代最廣泛的應用---核電站利用鈾、钚、釷等核燃料在核反應堆中核裂變所釋放出的熱能，將水加熱成高溫高壓蒸汽以驅動汽輪發(fā)電機組發(fā)電的一種發(fā)電方式。核電的優(yōu)點核電站并不排放這些有害物質，不會造成“溫室效應“，與火電廠相比，它能大大改善環(huán)境質量，保護人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境等。經濟能源世界上有核電國家的多年統(tǒng)計資料表明，雖然核電站的比投資高于燃煤電廠，但是，由于核燃料成本顯著地低于燃煤成本，以及燃料是長期起作用的因素，這就使得核電站的總發(fā)電成本低于燒煤電廠?？沙掷m(xù)能源

世界上已探明的鈾儲量約490萬噸，釷儲量約275萬噸。按世界能源消費的水平，地球上可供原子核聚變的氘和氚，能供人類使用上千億年。因此，有些能源專家認為，只要解決了核聚變技術，人類就將從根本上解決了能源問題。原子能的其它應用--放射性偵察放射性偵察還可以保護機器操作人員的安全。比如，沖壓機操作人員的手可用放射性袖口來加以保護，當他沒有及時把手抽出來的時候，機器便因放射線的關系而自動停止下來。有些貨箱在脫離生產線的時候，可以用放射性同位素來檢查，如果一個貨箱裝得不好，在貨箱經過兩邊分別設置有同位素和蓋革計數器的通道時放射線增加，一只警告燈便亮了起來，或者可以調整機器，使之能適時地剔出包裝不良的貨箱。原子能的其它應用--活化分析活化分析是原子能在工業(yè)界最有意思的應用。當某物一經放射性照射，其每一種構成元素都會變?yōu)橐环N同位素，而且每一種同位素都有其獨特的放射方式。利用這種方法，科學家可以鑒別物體里的材料種類，以及每一種成份的精確數量?；罨治鲇袃纱髢?yōu)點，其中之一就是可在幾分鐘內準確無誤地鑒定物質。若用過去的老方法，可能需要數天甚至數周的時間。放射性同位素可用作一種檢查工具，尋找飛機機身損壞的部位，和電氣系統(tǒng)聯(lián)接不良的地方。機身上有些部位不容易達到，但是使用放射性同位素如銫137可以進行檢查，而且輕而易舉。原子能的其它應用--產品檢驗的質量和效果放射性在工業(yè)上還有一種應用，即檢驗產品的質量和效果。以肥皂和洗滌劑為例。細菌小而又小，不用顯微鏡便無法看到它們。不過，如果用放射性同位素來培養(yǎng)細菌，它們都變得有放射性，可以很容易地用蓋革計數器測出來。如果為了檢查各種肥皂和洗滌劑的清潔能力，把放射性細菌放在衣服上，再各用不同的肥皂和洗滌劑清洗，測量殘留的細菌就可以知道每一種肥皂和洗滌劑的好壞。原子能的其它應用--醫(yī)學治療誰都知道，用放射性來治療癌癥是很有效的。美國的醫(yī)生就曾用一種金屬制的彈丸，使其具有放射性，然后利用特別的槍把彈丸射入根深蒂固的腫瘤里面。割除癌性腫瘤后，外科醫(yī)生用具有放射性的鈷絲縫合創(chuàng)口，不僅可以起到一般縫合的作用，而且還有放療殺癌細胞的功能，可謂一舉兩得。使用放射性可追蹤碳原子在生命過程的行蹤。如讓老鼠吃有放射性碳（碳14）的糖，則通過蓋革計數器可偵察到糖的行蹤。如果在老鼠的脂肪里找到了放射性的碳原子，就可以判斷糖已經轉化為脂肪了。放射性同位素對診斷癌癥也很有幫助。哈佛醫(yī)學院和麻薩諸塞州的許多醫(yī)院，都在使用一種“正子診察機”來檢查腦瘤，而不必開顱。將少量的放射性砷注射到患者的靜脈里，幾小時后，帶有放射性標簽的砷便在蓋革計數器上顯現出來，并顯示出何處砷的數量最多。由于癌瘤比正常的組織吸收較多的放射性砷，在大多數情況下，醫(yī)生都可以準確地判斷癌瘤的大小和位置。

而乳癌可以利用放射性鉀來診斷，

因為放射性鉀集中于乳瘤的部分

遠比其他部位多。原子能的其它應用--農業(yè)隨著生物技術的發(fā)展，放射性同位素在農業(yè)上也有廣泛的應用。全美國的農民每年用于肥料上的金錢要超過1000萬美元。放射性同位素可以指導他們如何利用這筆投資來獲取更大的收益。對于每一種農作物，農民都可以利用放射性同位素確定何種肥料及多大施用量為最合適，并能確定施肥的最佳時機和最佳方法。以前人們一直認為植物所有的養(yǎng)分都是由其根部吸收的，但是利用放射性同位素作示蹤劑證明，事實并非如此。果樹、番茄、馬鈴薯以及其他植物的葉也可以迅速有效地吸收肥料。根據這種情況，農民不僅把肥料施用于土地上，也噴灑在葉子上，這樣植物對肥料的吸收量大約可增加10倍以上。使用放射性同位素還可以改良植物的品種。原子能的其它應用--“第四代”核電技術

利用反物質的原子，制造無任何污染的核能源。將氫原子核中的質子與氫原子加速對撞，產生反氫原子，此時的原子核為負電荷，外圍電子為正電荷，當反氫原子與氫原子相遇時，灰飛煙滅，瞬間產生強大的光輻射能和波能并摧毀一切，核聚變過后，不會剩余任何的核污染物。可利用正反物質的原子核聚變，來生產新型的核能源，以代替重污染的核材料。科學家正在尋找簡便的方法來制造反物質，利用外太空收集器的方式，收集反物質粒子，也可利用高強度的激光照射黃金，產生黃金的反物質，也就是制造反金原子。用以減少制造反物質的成本，加速新型核能源的生產。原子能的其它應用--軍事原子能的首次應用在軍事武器上，人們通過戰(zhàn)爭第一次見識到了原子能的毀滅性力量。核的危害1945年8月6日和9日美國將兩顆原子彈先后投在了日本的廣島和長崎。核的輻射性很強，造成的危害嚴重且持久，后果不堪設想，人類至今不能很好地控制它，核研究任重而道遠。中國核發(fā)展2008年1-11月，中國核力發(fā)電行業(yè)實現累計工業(yè)總產值22,877,173,000元，比上年同期增長了5.13%；實現累計產品銷售收入22,372,958,000元，比上年同期增長了12.15%；實現累計利潤總額10,548,918,000元，比上年同期增長了78.86%。2012年9月26日中國國家電監(jiān)會透露，截至2011年底，中國已有7個核電站投入運營，總裝機達到1257萬千瓦，為2002年裝機447萬千瓦的2.8倍。據