四、放射性同位素及其应用

1934 年，约里奥·居里和伊丽芙·居里夫妇在用 α 粒子轰击铝箔时，除探测到预料中的中子外，还探测到了正电子。正电子是物理学家在 1932 年发现的，它的质量跟电子的相同，带一个单位的正电荷，跟电子正好相反，更意外的是，拿走 α 放射源以后，铝箔虽不再发射中子，但仍继续发射正电子，而且这种放射性随时间衰减的规律跟天然放射性一样，也有一定的半衰期。原来，铝核被 α 粒子击中后发生了下面的反应：

²⁷₁₃Al + ⁴₂He→³⁰₁₅P + ¹₀n

反应生成物 ³⁰₁₅P 是磷的一种同位素，它有放射性，象天然放射性元素一样发生衰变，衰变时放出正电子。我们用符号 ⁰₁e 表示正电子，于是 ³⁰₁₅P 的衰变反应可写为：

³⁰₁₅P→³⁰₁₄Si + ⁰₁e

这种具有放射性的同位素，叫做放射性同位素。用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现。后来用质子、氘核、中子和 γ 光子轰击原子核，也得到了放射性同位素。这样就进一步认识了原子核的性质，并知道了制造放射性同位素的方法，天然放射性同位素只不过四十几种，而今天人工制造的放射性同位素已达一千多种，每种元素都有了放射性同位素。于是放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究的许多方面得到了广泛的应用。

放射性同位素的应用主要分为两类。

1．利用它的射线

例如利用钴 60 放出的很强的 γ 射线来检查金属内部有没有砂眼或裂纹，这叫做 γ 射线探伤（图 9–9），用 γ 射线比用 X 射线好，用 X 射线只能检查 2 ~ 3 厘米厚的钢板，并且 X 射线装置很复杂，使用也不方便。用 γ 射线可以检查 30 厘米厚的钢铁部件，放射性同位素还可以放进器件的内部，操作很方便。

利用放射线的贯穿本领跟物体的厚度和密度的关系，可以用放射性同位素来检查各种产品的厚度、密封容器中的液面高度，从而自动控制生产过程。图 9–10 是轧钢机上钢板厚度自动控制装置原理图。让放射线穿过钢板射到探测器上，钢板的厚度发生变化时，透过钢板的射线的强度也随着变化，探测器把它转变为电信号输入到厚度指示装置和厚度控制装置，于是厚度指示装置就显示出厚度的变化，同时厚度控制装置自动地调整轧钢机上两轧辊的距离，使钢板的厚度恢复正常，从而保证钢板的厚度不超出公差的范围。

在化纤、纺织等工业生产中，由于摩擦、分离等原因，织物和纤维上常聚集有害的静电，将放射源放在容易产生静电的地方，放射性物质放出的射线可以使空气分子电离变成导电气体，这样可以把静电荷泄出。

用剂量不大的 γ 射线照射植物（棉花、白菜、萝卜等）的种子能使产量显著增加。利用射线可以防治害虫，射线照射能使幼虫失去发育能力，大剂量的照射能直接杀死害虫。射线照射还能引起生物遗传特性发生突变以培育良种，在医疗上射线可以使癌细胞受到抑制或死亡，因此常利用钴 60 的 γ 射线来治疗肺癌、食道癌等。射线还可以消毒灭菌，处理医院排除的污水，杀死各种病原体，保护环境卫生。

2．做为示踪原子

放射性同位素跟同种元素的非放射性位素的化学性质完全一样，如果在某种元素里搀进一些放射性同位素，那么，无论这种元素走到哪里，它的放射性同位素也经历同样的过程，由于放射性同位素会不停地放出放射线，用适当的探测仪器探测这些放射线，就会知道这种元素通过什么路径，运动到哪里了。人们把作这种用途的放射性同位素叫做示踪原子。

示踪原子的应用是多方面的。在内燃机工作时，活塞上的活塞环由于摩擦而磨损；如果使用带有放射性同位素铁 59 的活塞环，这时具有放射性的铁 59 被磨掉而混入润滑油中，测出油中的放射性就可以了解活塞环的磨损情况，而不必拆开内燃机去检查。在农业施肥中，在肥料中加一些放射性同位素，就会知道哪种农作物在什么季节最能吸收含哪种元素的肥料。

在生物科学研究方面，同位素示踪技术也起着十分重要的作用，我国科学家首先用人工方法合成了牛胰岛素，这是我国科学战线上的一项重大成就，在这项工作中需要证明人工合成的牛胰岛素结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质，因此，在合成过程中搀入放射性碳 14 作示踪原子，然后把用碳 14 标记的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合到一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性碳 14 分布均匀的牛胰岛素结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质，从而为我国在国际上首先合成牛胰岛素提供了有力的证据。

放射线对人体组织是有伤害作用的，在使用放射性同位素时必须注意安全，要防止放射性物质对水源、空气、用具、工作场所的污染，并且要防止射线过多地照射人体。

练习二

（1）用 α 粒子轰击氮核使它发生转变。从云室的照片中为什么可以确定细而长的径迹是质子产生的，粗而短的径迹是反冲氧核产生的。

（2）用 α 粒子轰击氩 40，复核衰变时产生一个中子和一个反冲核，这反冲核是什么？写出核反应方程。

（3）用 α 粒子轰击硼 10，产生一个中子和一个具有放射性的核，它是什么？这个核能放出正电子，它衰变后变成什么？写出核反应方程。

（4）用中子轰击氮 14，产生碳 14，碳 14 具有 β 放射性，它放出一个 β 粒子后衰变成什么？写出核反应方程。

（5）用中子轰击铝 27，产生钠 24，写出核反应方程。钠 24 是具有放射性的，衰变后变成镁 24，写出核反应方程。

（6）带电的验电器在放射线照射下电荷会很快消失，说明原因。

发布时间：2025/8/12 下午8:59:10  阅读次数：183