最新人类生存发展与核科学第五章PPT课件
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• 核分析方法是其中的一种，它的出现和广泛的应用对传统 的化学的、物理的方法是一个挑战，具有高灵敏、快速和 不破坏样品等特点，有时，“非核莫属”，是一种不可替 代的特殊的分析技术。这是和平利用核科学和核技术的重 要方面。
16
2 什麽是核分析
• 核分析：利用核辐射粒子与物质的原子或原子核相互作用， 采用核物理实验技术获得可观测信息，分析研究物质材料 成分和结构的方法。
14
核分析与核检测技术
• 核分析技术的优点和特点： 灵敏度高 准确度好，误差小，不破坏样品的宏观结构 可多元素同时分析 易于自动化和原距离控制
15
1 核分析特点
• 在近代科学的发展中，人们十分重视材料的研究和发展。 许多材料的重要的物理性能和化学性能与材料中的痕量杂 质元素、晶体的缺陷和微观结构有关。人们发展了许多物 理的和化学的分析方法，对元素成分、物质结构以及杂质 浓度体分布和表面层的形貌特征等进行测量和表征。这些 分析方法同样也适用其它领域。
的了解和控制。 2 核检测特点
高度准确可靠 能在恶劣环境工作 不可替代 3 应用
工业生产自动化：监测炼钢质量 橡胶 铝箔 纸张厚度 工业及国防无损探伤：检查喷气发动机 炼钢炉 检查道路表面和里面的密度 管道焊接的强度 烟雾报警器 等
19
料位测量：利用射线辐射强度的变化，可测量密封式的罐装
生 产过程的料位指示，如油罐、化学溶剂、制酪、酿酒、罐 头、食糖以及矿石、水泥、石灰、煤炭的装载和运输
10
放射性示踪法的特点
• 灵敏度高 可探测<1 nCi, 10-1410-13 g 化学分析只能达到10-9 g
• 测量简便、易分辨 不受非放杂质干扰，活体研究，体外测量
• 提供原子、分子水平的研究手段 微观作用机理、动态变化过程
• 合乎生理条件 不扰乱体内生理过程的平衡状态
• 能定量定位：组织器官、细胞、亚细胞水平
13
Hale Waihona Puke Baidu
核分析与核检测技术
• 定义： 核分析方法是利用中子，光子和带电粒子与物质
的原子或原子核相互作用，采用核物理实验技术，探测 和研究物质的成分和结构的方法。
• 分类： 活化分析(Activation Analysis) 离子束分析(Ion Beam Analysis) 核效应分析(Nuclear Effect Analysis)
质量测量：测量物质的特征X射线，确定存在元素的成分及
含量，可用与分析合金、矿石、海2关0 检测、刑侦。
1） 火灾报警
放射性同位素烟雾报警器广 泛用于火灾早期报警，寒暑 昼夜每时每刻都在监视着周 围的烟火动静。避免火灾 救 人性命。
21
火灾报警器基本构造 241Am 放射源 + 电离室 + 电流灵敏电子仪器
+V
火灾报警器
电
流
表
放射源
241Am
22
2） 海关缉私检查 X射线集装箱检查系统
人类生存发展与核科学第五 章
核技术在工业领域的应用
• 辐射加工： 利用电离辐射与物质的相互作用，使物质的品质或性 能得以改善或合成新产品的技术。
• 辐射作用： 物理效应 化学效应 生物效应 • 广泛应用： ✓ 辐射改性：聚烯烃材料的辐射交联与降解（分子结构
改变） 电线电缆，热收缩材料，泡沫塑料 ✓ 表面涂层固化：液体涂料迅速固化成膜技术
1） 离子束分析 卢瑟福背散射分析 沟道技术分析 核反应分析 质子x荧光分析
2） 活化分析 中子活化分析 带电粒子活化分析
3） 核效应分析 穆斯堡尔效应分析 正电子湮没技术 扰动角关联 核磁共振
4） 超灵敏质谱分析
18
现代化工业生产的尖兵 ——核分析与核检测
1 何谓核检测？ 利用放射性与核测量仪器，传感过程参量信息，达到对过程
2
核技术在食品卫生领域的应用
• 食品的消毒保鲜技术 原理：直接作用或间接作用消灭食物中的微生物 或病菌，控制代谢，减少腐败。
特点：
✓ 杀菌种类广泛：以食物为载体的病菌： 沙氏门菌，大肠杆菌，链球菌
✓ 易于规模化生产 ✓ 不改变外观和口感，不含添加剂
3
核技术在农业领域的应用
• 辐射育种： 利用电离辐射处理作物种子，花粉或植株等材料，诱使遗传 物质发生改变，导致有关形状的变异，然后通过选择和培育 使有益的变异遗传下去，达到改良和创新品种的目的。
• 防止和根除害虫 化学杀虫剂的有限性：土壤污染；害虫耐药 原理： 辐射不育法导致“以虫灭虫”的生物防治
7
核技术在环境保护领域的应用
• 烟道气体除硫净化： 电子束技术处理烟道脱硫脱氮 烟道废气主要成分：SO2和NOX ， 在高能电子束作用下，净化， 生成硫酸铵和硝酸铵（农业化肥） 100MW媒电厂，副产品化肥的产量： 2470kg/h
• 核粒子： 中子、 射线、 粒子、粒子、正电子、质子、 以及加速器出射的其它粒子。
• 相互作用：主要是电磁作用 ，以及核力作用。 • 核分析方法大量出现、发展和广泛应用起始于上世纪60年
代。加速器和反应堆等大型仪器设备从核物理实验专用设 备“解放”出来，有条件用于应用方面的研究。
17
3 核分析分类
厚度测量：利用射线的吸收法及反射法测量板式材料和不易
移动的装置，如钢铁、金属、橡胶、造纸等生产过程的厚度和 均匀度测量
密度测量：用于工业、造船、飞机等大部件探伤，化学塑料、
盐开采、污水等半液态生产过程监测
水分湿度测量：从中子散射法或慢化法探测H可知水含量，
用于铸造、玻璃、陶瓷、混凝土等化学工业生产及粮食储藏的 水分探测
8
放射性核素的示踪
• 示踪剂(TRACER): 一种带有特殊标记的物质，当
它加入到被研究对象中后，人们可根 据其运动和变化来洞悉原来不易或不 能辨认的被研究对象的运动和变化规 律。
9
放射性示踪
• 定义： 将可探测的放射性核素添入化学、
生物或物理系统中，标记研究材料， 以便追踪发生的过程、运行状况或研 究物质结构等的科学手段。
11
放射性示踪剂的特性
• 化学性质完全相同 同位素化学性质相同，可正确反映研究对象在 物理、化学和生物过程中的性质和行为
• 核素的放射特性不改变物质的物理和化学性 质
12
放射性示踪法在生物化学研究的应用
举例：研究植物对磷肥的吸收过程 31P （稳定）
3P 2 3S 2e
T1/2=14.3天 电子能量1.7 MeV
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2 什麽是核分析
• 核分析：利用核辐射粒子与物质的原子或原子核相互作用， 采用核物理实验技术获得可观测信息，分析研究物质材料 成分和结构的方法。
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核分析与核检测技术
• 核分析技术的优点和特点： 灵敏度高 准确度好，误差小，不破坏样品的宏观结构 可多元素同时分析 易于自动化和原距离控制
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1 核分析特点
• 在近代科学的发展中，人们十分重视材料的研究和发展。 许多材料的重要的物理性能和化学性能与材料中的痕量杂 质元素、晶体的缺陷和微观结构有关。人们发展了许多物 理的和化学的分析方法，对元素成分、物质结构以及杂质 浓度体分布和表面层的形貌特征等进行测量和表征。这些 分析方法同样也适用其它领域。
的了解和控制。 2 核检测特点
高度准确可靠 能在恶劣环境工作 不可替代 3 应用
工业生产自动化：监测炼钢质量 橡胶 铝箔 纸张厚度 工业及国防无损探伤：检查喷气发动机 炼钢炉 检查道路表面和里面的密度 管道焊接的强度 烟雾报警器 等
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料位测量：利用射线辐射强度的变化，可测量密封式的罐装
生 产过程的料位指示，如油罐、化学溶剂、制酪、酿酒、罐 头、食糖以及矿石、水泥、石灰、煤炭的装载和运输
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放射性示踪法的特点
• 灵敏度高 可探测<1 nCi, 10-1410-13 g 化学分析只能达到10-9 g
• 测量简便、易分辨 不受非放杂质干扰，活体研究，体外测量
• 提供原子、分子水平的研究手段 微观作用机理、动态变化过程
• 合乎生理条件 不扰乱体内生理过程的平衡状态
• 能定量定位：组织器官、细胞、亚细胞水平
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Hale Waihona Puke Baidu
核分析与核检测技术
• 定义： 核分析方法是利用中子，光子和带电粒子与物质
的原子或原子核相互作用，采用核物理实验技术，探测 和研究物质的成分和结构的方法。
• 分类： 活化分析(Activation Analysis) 离子束分析(Ion Beam Analysis) 核效应分析(Nuclear Effect Analysis)
质量测量：测量物质的特征X射线，确定存在元素的成分及
含量，可用与分析合金、矿石、海2关0 检测、刑侦。
1） 火灾报警
放射性同位素烟雾报警器广 泛用于火灾早期报警，寒暑 昼夜每时每刻都在监视着周 围的烟火动静。避免火灾 救 人性命。
21
火灾报警器基本构造 241Am 放射源 + 电离室 + 电流灵敏电子仪器
+V
火灾报警器
电
流
表
放射源
241Am
22
2） 海关缉私检查 X射线集装箱检查系统
人类生存发展与核科学第五 章
核技术在工业领域的应用
• 辐射加工： 利用电离辐射与物质的相互作用，使物质的品质或性 能得以改善或合成新产品的技术。
• 辐射作用： 物理效应 化学效应 生物效应 • 广泛应用： ✓ 辐射改性：聚烯烃材料的辐射交联与降解（分子结构
改变） 电线电缆，热收缩材料，泡沫塑料 ✓ 表面涂层固化：液体涂料迅速固化成膜技术
1） 离子束分析 卢瑟福背散射分析 沟道技术分析 核反应分析 质子x荧光分析
2） 活化分析 中子活化分析 带电粒子活化分析
3） 核效应分析 穆斯堡尔效应分析 正电子湮没技术 扰动角关联 核磁共振
4） 超灵敏质谱分析
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现代化工业生产的尖兵 ——核分析与核检测
1 何谓核检测？ 利用放射性与核测量仪器，传感过程参量信息，达到对过程
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核技术在食品卫生领域的应用
• 食品的消毒保鲜技术 原理：直接作用或间接作用消灭食物中的微生物 或病菌，控制代谢，减少腐败。
特点：
✓ 杀菌种类广泛：以食物为载体的病菌： 沙氏门菌，大肠杆菌，链球菌
✓ 易于规模化生产 ✓ 不改变外观和口感，不含添加剂
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核技术在农业领域的应用
• 辐射育种： 利用电离辐射处理作物种子，花粉或植株等材料，诱使遗传 物质发生改变，导致有关形状的变异，然后通过选择和培育 使有益的变异遗传下去，达到改良和创新品种的目的。
• 防止和根除害虫 化学杀虫剂的有限性：土壤污染；害虫耐药 原理： 辐射不育法导致“以虫灭虫”的生物防治
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核技术在环境保护领域的应用
• 烟道气体除硫净化： 电子束技术处理烟道脱硫脱氮 烟道废气主要成分：SO2和NOX ， 在高能电子束作用下，净化， 生成硫酸铵和硝酸铵（农业化肥） 100MW媒电厂，副产品化肥的产量： 2470kg/h
• 核粒子： 中子、 射线、 粒子、粒子、正电子、质子、 以及加速器出射的其它粒子。
• 相互作用：主要是电磁作用 ，以及核力作用。 • 核分析方法大量出现、发展和广泛应用起始于上世纪60年
代。加速器和反应堆等大型仪器设备从核物理实验专用设 备“解放”出来，有条件用于应用方面的研究。
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3 核分析分类
厚度测量：利用射线的吸收法及反射法测量板式材料和不易
移动的装置，如钢铁、金属、橡胶、造纸等生产过程的厚度和 均匀度测量
密度测量：用于工业、造船、飞机等大部件探伤，化学塑料、
盐开采、污水等半液态生产过程监测
水分湿度测量：从中子散射法或慢化法探测H可知水含量，
用于铸造、玻璃、陶瓷、混凝土等化学工业生产及粮食储藏的 水分探测
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放射性核素的示踪
• 示踪剂(TRACER): 一种带有特殊标记的物质，当
它加入到被研究对象中后，人们可根 据其运动和变化来洞悉原来不易或不 能辨认的被研究对象的运动和变化规 律。
9
放射性示踪
• 定义： 将可探测的放射性核素添入化学、
生物或物理系统中，标记研究材料， 以便追踪发生的过程、运行状况或研 究物质结构等的科学手段。
11
放射性示踪剂的特性
• 化学性质完全相同 同位素化学性质相同，可正确反映研究对象在 物理、化学和生物过程中的性质和行为
• 核素的放射特性不改变物质的物理和化学性 质
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放射性示踪法在生物化学研究的应用
举例：研究植物对磷肥的吸收过程 31P （稳定）
3P 2 3S 2e
T1/2=14.3天 电子能量1.7 MeV