放射性同位素

唯一编码,从编码中可以了解到放射源的生产厂
家(或国家)㊁放射源中的放射性核素㊁出厂日期
和放射源类别等信息㊂
放射性核素
㊀㊀放射性核素(radionuclide):通过各种途径自发发生核衰变的不稳定核素㊂辐射是放射性核素所具有的特性,每一个放射性核素都具有自己的核衰变特征㊂元素周期表中每个核素可以有多个同位素㊂有的仅有一个或多个稳定同位素,其他均为不稳定放射性同位素;有的元素如锝㊁钷㊁钚㊁砹等均无稳定同位素㊂可以通过用专门仪器探测放射性射线特征谱来识别每种放射性核素的存在以及数量㊂美国1996年出版的同位数表中收录了111种元素的近2200种放射性核素㊂放射性核素又分为天然放射性核素(natural radionu-clide)和人工放射性核素(artificial radionuclide)㊂天然放射性核素是自然界中原本就存在的放射性核素,包括原生放射性核素和宇生放射性核素㊂原生放射性核素是从地球形成开始一直存在于地壳中的放射性核素㊂以铀-238为首的铀系㊁以铀-235为首的锕系和以钍-232为首的钍系衰变链以及钾-40是主要的原生放射性核素,这些
核素都是长寿命放射性核素㊂宇生放射性核素是
宇宙射线与地球上的物质相互作用产生的,如氚㊁
铍-7㊁碳-14和钠-22等㊂
人工放射性核素是指稳定的核素经过各种入
射粒子的辐照(如中子辐照㊁带电粒子辐照等)而
产生的放射性核素㊂至今发现的2000多种放射性核素,绝大多数是人工放射性核素㊂
随着人类对能源的需要增加,核能的规模也
将会发展,更多核电厂的运行会积累更多的乏燃
料和核废物,而工业和医用放射性同位素的种类
和规模也日益扩大,因此,人工放射性核素的产量
将会越来越多㊂对于放射性核素,尤其是长寿命
放射性核素的安全使用和处理处置,尽可能降低
其对于环境和人类的负面影响,已是当前国际上
一个共同关心的重要问题㊂
放射性同位素
㊀㊀放射性同位素(radioisotopes):放射性同位素是指质子数相同㊁中子数不同的放射性核素㊂1910年英国化学家索迪提出了同位素假说,即存在不同原子质量和放射性,但其它物理化学性质完全相同的核素,这些核素处在周期表的同一位置,因而命名为同位素㊂1912年英国物理学家汤姆逊利用磁场作用制成了一种磁分离器(质谱仪的前身),用氖气进行实验时发现了原子质量为20和22的氖,这是第一次发现稳定同位素,即无放射性的同位素㊂自然界中的所有元素都由两种或两种以上同位素组成㊂自然界存在的同位素大部分是稳定同位素,而人工产生的同位素基本上是放射性同位素㊂
放射性同位素的原子核是不稳定的,会自发地转变成另一种原子核或另一种状态并伴随一些粒子或碎片的发射,这就是核衰变㊂放射性同位素进行核衰变时有多种形式,如α衰变㊁β衰变㊁
γ衰变,还有自发裂变及发射中子㊁质子的蜕变过程㊂放射性同位素衰变的快慢,通常用半衰期来表示;半衰期(T1/2)即一定数量放射性同位素原子数目减少到其初始值一半时所需要的时间;半衰期越长,说明衰变得越慢,半衰期越短,说明衰变得越快;半衰期是放射性同位素的特征常数,不同的放射性同位素有不同的半衰期;实验发现,用加压㊁加热㊁加电磁场㊁机械运动等物理化学手段不能改变放射性同位素的半衰期㊂衰变是一个统计的过程,对于单个原子核的衰变,只能说它具有一定的衰变概率,而不能确切地确定它何时发生衰变㊂
放射性同位素技术是以核物理㊁放射化学和 44
辐射防护通讯㊀2023年12月第43卷第6期
相关学科为理论基础,研究放射性同位素及其制品特性㊁制备㊁鉴定和应用的一门综合性高技术,包括制备技术和应用技术㊂制备技术指利用反应堆和加速器等手段,专门为获取放射性同位素及其制品的各种技术;应用技术指运用放射性同位素及其制品以取得实际应用的各种技术,包含信息获取技术㊁辐射效应应用技术㊁衰变能利用技术㊂因此放射性同位素领域包括放射性同位素制备㊁放射源制备㊁放射性药物制备㊁标记化合物及放射免疫试剂等分支学科㊂
自从放射性同位素发现以来,它的生产和应用一直得到了科学家的重视㊂至今为止,除了发现的天然放射性同位素外,还利用反应堆和加速器人工制造出2200多种放射性同位素㊂放射性同位素在医学上的应用已有近一个世纪,主要用于疾病的诊断㊁治疗和放射免疫分析等,包括了99m Tc㊁131I㊁18F和192Ir等多种放射性核素;工业方面使用的有241Am/Be测井中子源㊁137Csγ源㊁85Kr测厚仪等;农业领域采用60Co开展辐照育种及食品保鲜和灭菌;在一些特殊领域放射性同位素也发挥着不可替代的作用,如美国的深空探测器上携带的放射性同位素电池,其中主要的原料就是钚-238放射性同位素;在分析方法和研究方法中,放射性同位素示踪等已经得到广泛应用㊂放射性同位素技术的发展趋势是:放射性同位素制备向获得高活度㊁高纯度㊁高浓度的放射性同位素发展;放射源制备向高均匀性的大尺度放射源和微型放射源发展;放射性药物制备向靶向性好的高比活度放射性药物发展;标记化合物向高比活度定位标记产物发展㊂
放射性半衰期
㊀㊀放射性半衰期是放射性核素的原子核经过衰变使本身的数目变为原先的一半所需要的时间,通常用符号T1/2表示㊂不同放射性核素的半衰期差异很大,短的只有10~22s,长的可达几十亿年㊂例如铀-238的半衰期约为45亿年,铀-235的半衰期为7亿年;氚的半衰期为12.33a;碳-14的半衰期为5730a;钴-60的半衰期为1925d;钼-99的半衰期仅为65.94h㊂半衰期越短,代表其原子核越不稳定㊂每种放射性核素的半衰期是核素自身的特征㊂用探测仪器来测量各种放射性核素的半衰期,常作为识别核素的判据之一㊂放射性核素的衰变过程是一个统计过程㊂描写衰变概率的另一个参数是衰变常数λ㊂假定某种放射性核素原有N0个,那么单位时间发生衰变的核数目为d N=-λN d t㊂核数目随时间的变化为N(t)=N0e-λt㊂半衰期与衰变常数的关系式为T1/2=0.693/λ㊂
短半衰期的放射性物质搁置一定时间后,其放射性活度会降到很低,不会对环境产生影响;但对于长半衰期的放射性核素,有限的时间对其放射性活度的减少几乎不起作用㊂因此,核工业及核技术应用尤其要重视对长放射性半衰期核素的使用㊁运输和储存,以防止其对环境的辐射影响㊂
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辐射防护术语介绍。