核技術應用及進展概述

核技術應用及進展概述第1頁/共89頁2教材《核技術及應用》，成都理工大學。核技術應用及進展第2頁/共89頁3自然科學學科發(fā)展戰(zhàn)略研究報告核技術作者：國家自然科學基金委員會科學出版社1991年10月第1版參考資料核技術應用及進展第3頁/共89頁4核農學導論

作者：徐冠仁原子能出版社1997年03月第1版參考資料核技術應用及進展第4頁/共89頁5現(xiàn)代高技術叢書核能與核技術作者：李士查連芳趙文彥上?？茖W技術出版社1994年12月第1版參考資料核技術應用及進展第5頁/共89頁6核能源與核技術作者：吳茂良四川大學出版社1994年8月第1版參考資料核技術應用及進展第6頁/共89頁7核科技發(fā)現(xiàn)與發(fā)明縱橫談作者：李盈安原子能出版社1996年4月第1版參考資料核技術應用及進展第7頁/共89頁8聚合物輻射加工作者：[日]幕內惠三著徐俊孟永紅譯2003年03月第1版科學出版社參考資料核技術應用及進展第8頁/共89頁9輻射生物學作者：朱壬葆劉永羅祖玉科學出版社1987年09月第1版參考資料核技術應用及進展第9頁/共89頁10放射性示蹤技術及應用作者：[英]F·安東尼·埃文斯[日本]村松光雄1990年07月第1版參考資料核技術應用及進展第10頁/共89頁11《食品加工與保藏原理》，曾慶孝主編，芮漢明，李汴生副主編，化學工業(yè)出版社，2002.11《中國食品輻照進展》，陳其勛主編，原子能出版社，1998.12《輻射食品衛(wèi)生》，F(xiàn)AO/IEAE/WHO，原子能出版社，1983，5~6《輻射技術基礎》，李承華，原子能出版社，1988《同位素技術》，彭根元等，北京農業(yè)大學出版社，1994參考資料核技術應用及進展第11頁/共89頁12本課程的內容核技術的內涵核技術的用途核技術的發(fā)展概況核技術的產業(yè)化問題核技術應用及進展第12頁/共89頁13前言核技術大事記核技術的地位什么是核技術？核技術能干什么？核技術應用及進展第13頁/共89頁14核技術大事記1896年貝可勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的放射性質1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線鈾礦石世界上第一張X光照片核技術應用及進展1898年居里夫人發(fā)現(xiàn)釙和鐳唯一一位在兩個不同學科領域、兩次獲得諾貝爾獎

第14頁/共89頁15核技術應用及進展1923年Hevesy首先用天然放射性212Pb研究鉛鹽在豆科植物內的分布和轉移。提出“tracer”的概念。1928Geiger&Muller提出測定電離輻射的方法，蓋革、彌勒發(fā)明了為電離輻射計數(shù)的蓋革-彌勒計數(shù)器。豆科植物蓋革計數(shù)器1930年勞倫斯制成的第一臺回旋加速器回旋加速器1932Anderson發(fā)現(xiàn)positron(正電子)，J.Chadwick發(fā)現(xiàn)neutron(中子)。威爾遜云室

第15頁/共89頁161942年EnricoFermi在芝加哥大學展示第一個核子反應堆（我國19？？）。1945年原子彈（我國1964）。核技術應用及進展1934年，約里奧·居里和伊麗芙·居里第一次得到人工放射性物質，EnricoFermi利用中子產生放射性同位素。天然放射性同位素只有40幾種，而今人工制造的放射性同位素已達1000多種。1938Hahn等發(fā)現(xiàn)235U核裂變。1939PierreCurie和Fermi發(fā)現(xiàn)鏈式核反應。第16頁/共89頁171948Hofstadter開發(fā)用于Gamma探測的碘化鈉晶體，scintillationcounter誕生。1952氫彈（我國1967）。1955核潛艇（我國1971）1957核電站（美國60MW）,（我國1983秦山一期開工，自主設計）。

……………2008我們一起學習核技術。

……………核技術應用及進展第17頁/共89頁18核技術的地位是現(xiàn)代科學技術的重要組成部分；

是當代最主要的尖端技術之一；

是社會現(xiàn)代化的標志之一。在當代高新技術(6項)中，占有重要份額。電子信息技術、生物技術、新材料、新能源、海洋技術、航天技術。

核技術應用及進展第18頁/共89頁19

1）電力系統(tǒng)11）高速公路2）汽車12）航天3）飛機13）因特網4）自來水14）成像技術5）電子技術15）家用電器6）無線電和電視16）保健設施7）農業(yè)機械化17）石油化工8）計算機18）激光和光纖9）電話10）空調制冷20）高性能材料20世紀最偉大工程技術成就-20項

美國工程技術界評出2000/10/1119）核技術核技術應用及進展第19頁/共89頁20社會經濟效益顯著。

1993年，美國核技術的非動力應用對美國經濟的貢獻達到2570億美元，是核電的3.5倍，占美國GDP的3.9％，并創(chuàng)造了370萬個就業(yè)崗位，是核電的3.5倍。

2004年，中國核技朮總產值400億元人民幣。隨后5年達到1000億元人民幣，并長期保持在15％以上的增長速度。核技術的地位核技術應用及進展第20頁/共89頁21什么是核技術？核技術能干什么？核技術應用及進展第21頁/共89頁22什么是核技術？廣義的核技術具體的核技術歷史上的核技術目前的分類研究和應用與“核”有關的技術核武器、核能源、核動力、…..軍用核技術、民用核技術核武器——核變(裂變、聚變)及生化效應核能與核動力(核工程)——反應堆、熱工核技術(非動力核技術)——同位素與輻射技術是指在原子核物理現(xiàn)象基礎上發(fā)展起來的，利用原子核反應堆、粒子加速器、放射性同位素和核粒子探測器等各種核物理設備和核實驗方法為各個部門服務的一門新興技術。

核技術應用及進展第22頁/共89頁23非動力核技術（按技術特征劃分）同位素示蹤技術核成像技術核分析技術：離子束分析、背散射分析技術、中子活化分析、電子掃描探針分析、X射線熒光分析(原位分析、全反射、同步輻射….)

…………….核檢測技術輻射工藝核年代學支撐技術核技術應用及進展第23頁/共89頁24非動力核技術（按領域劃分）核農學核醫(yī)學核分析（工業(yè)）核檢測輻射加工食品、衛(wèi)生其它核技術應用及進展第24頁/共89頁251964年10月14日9時我國第一顆原子彈首爆成功時產生的蘑菇云核技術應用及進展核武器：利用能自持進行核裂變或聚變反應釋放的能量，產生爆炸作用，并具有大規(guī)模殺傷破壞效應的武器的總稱。核武器第一代：原子彈第二代：氫彈第三代：中子彈第四代：即核定向能武器核武器第25頁/共89頁261個235U原子裂變釋放的能量：200MeV1g235U原子裂變釋放的能量：8.2×1010J（2.58t優(yōu)質煤或20tTNT）1g燃料核聚變所產生的能量約為核裂變相應能量的4倍核技術應用及進展核能與核動力第26頁/共89頁27核技術應用及進展1954年在庫爾恰托夫的主持下，蘇聯(lián)建成了世界上第一座核電站——奧布靈斯克核電站。從此，核電站便在世界各地蓬勃發(fā)展起來。

1942年，以費米為首的一批科學家在美國建成了世界上第一座“人工核反應堆”，首次實現(xiàn)了人類歷史上鈾核的可控自持鏈式裂變反應。建造核裂變反應堆的目的“中子源”開展科學研究及實驗供熱、發(fā)電或提供動力核反應堆是使核能以可控方式釋放的裝置1985年，我國第一座自行設計建造的核電站是秦山核電站,位于浙江省海鹽縣杭州灣口岸核能與核動力第27頁/共89頁28核能與核動力優(yōu)點：原料少；污染少。目前核電在全國電力中的比重只有1%強。2020年可望達到4%（4000萬千瓦）。目前和今后幾十年核電的發(fā)展是以壓水堆為主的核裂變能發(fā)電。(東南沿海各省)21世紀下半葉，受控熱核聚變能有可能開始作貢獻。

核技術應用及進展第28頁/共89頁29核應用技術產業(yè)現(xiàn)狀和前景1.核農學到2002年底，中國已累計育成突變品種638個，超過世界各國輻射誘變育成品種總數(shù)的四分之一；輻射誘變良種年種植面積約占中國各類作物種植面積的10%；輻射誘變良種作物每年為中國增產糧食近40億公斤、棉花1.5~1.8億公斤、油料0.75億公斤。核技術應用及進展第29頁/共89頁30近10年來，中國利用同位素示蹤法，增產糧食19億公斤，創(chuàng)經濟效益28億元；中國自60年代以來，先后對10多種害蟲進行輻射不育研究；近年來對柑橘大實蠅的人工飼養(yǎng)與釋放試驗，取得了成功。核技術應用及進展第30頁/共89頁31同位素示蹤定義：將可探測的放射性核素添入化學、生物或物理系統(tǒng)中，標記研究材料，以便追蹤發(fā)生的過程、運行狀況或研究物質結構等的科學手段。核技術應用及進展第31頁/共89頁32同位素示蹤

1923年，Hevesy在丹麥玻爾實驗室工作期間，將豆科植物浸泡在含有天然放射性核素210Pb(RaD)和212Pb(ThB)的鉛鹽溶液中，研究植物吸收鉛的機制(分布和轉移)。結果發(fā)現(xiàn)：鉛全部被吸附在根部。1949年，Calvin用14C揭示了光合作用第32頁/共89頁33同位素示蹤的應用化學反應過程；在分子水平上，動態(tài)、定量地研究生命現(xiàn)象；免疫化學、疾病的診斷。工程問題地質科學核技術應用及進展第33頁/共89頁34第34頁/共89頁35133Xe-地下管道檢漏第35頁/共89頁362.核醫(yī)學4500余人從事核醫(yī)學的研究應用，15000余人從事放射治療工作；大城市的中心醫(yī)院已普遍建立了核醫(yī)學科；每年核醫(yī)學檢查超過80萬人次，治療1000萬人次；40多家有關的生產企業(yè)可以供應1000余種放射性同位素和制品。核技術應用及進展第36頁/共89頁372.核醫(yī)學40多家有關的生產企業(yè)可以供應1000余種放射性同位素和制品，自給能力超過80%67臺γ刀250臺X刀28臺PET500臺SPECT2000臺放免分析儀400臺后裝治療機460臺cobalt-60治療機60臺熒光免疫分析儀300臺化學發(fā)光免疫分析儀3300臺全身X射線斷層掃描儀100臺γ相機560臺醫(yī)用加速器核技術應用及進展第37頁/共89頁38核成像技術核技術應用及進展醫(yī)學CT(MCT)X射線斷層掃描(XCT)核磁共振CT(NMR-CT)正電子發(fā)射CT(PET)同位素單光子發(fā)射CT(SPECT)康普頓散射CT(CST)穆斯堡爾效應CT工業(yè)CT(ICT)X射線CT

伽瑪射線CT第38頁/共89頁39核成像技術核成象技術的共同原理：利用與核有關的物理量在被測對象中的衰減規(guī)律或分布情況，獲得物體內部的詳盡信息，通過電子計算機對這些信息作快速處理，最終重建被測物的內部圖象。它們的數(shù)據(jù)獲取部分，從物理原理到具體結構均可相距甚遠；但它們的數(shù)據(jù)處理部分．則都基于計算機信息處理和圖象重建技術。第39頁/共89頁40核素掃描機核技術應用及進展第40頁/共89頁41相機核技術應用及進展

γ相機是一次成像的醫(yī)療設備，它主要由探測器（包括準直器，閃爍晶體光電倍增管等），電子學讀出系統(tǒng)和圖像顯示紀錄裝置等幾部分組成。第41頁/共89頁42CT/PET核技術應用及進展第42頁/共89頁43CT的基本原理計算機斷層成像技術(CT)ComputerizedTomography：是一種重要的無損檢測技術，是物理學與計算機科學的發(fā)展產物?；谏渚€與物質的相互作用原理，通過投影重建方法獲取被檢測物體的數(shù)字圖像。通過測量在不同的方位角下射線穿透被檢測物件后的投影強度，計算出物件橫截面上的衰減系數(shù)分布，轉換成像屏顯示的斷層成像。CT裝置所得到的是被檢客體的斷層圖像。在此圖像上，客體內各部分是分離的，而圖像的灰度值正比于物質的密度。由于各種物質都有自己特定的密度，因而可能由CT圖像灰度值來確定被檢客體的材料性質。第43頁/共89頁44ICT的應用無損檢測質量控制、物件的組成、結構、材料等精密器件的內部探傷安全檢測集裝箱安全檢測航空箱檢測打擊走私第44頁/共89頁45集裝箱CT核技術應用及進展第45頁/共89頁46源前準直器集裝箱拖動裝置后準直器陣列探測器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖像處理系統(tǒng)探測裝置示意圖陣列探測器說明：采用超高壓氣體陣列電離室，共512個探測單元，用來測量γ射線穿透集裝箱后的射線強度。呈扇形排列在以放射源為圓心的弧線上，并與經準直器準直的射線束精確對準。核技術應用及進展第46頁/共89頁47

福來爾轎車透視圖上圖：水平透視圖；下圖：垂直透視圖汽車內部結構掃描核技術應用及進展第47頁/共89頁48CT截面掃描圖左圖：前輪部位；右圖：后輪部位從中可以清晰看出前輪部位減震器彈簧、輪胎等的結構截面，后輪部位的備胎、車廂等截面也很清晰。核技術應用及進展第48頁/共89頁49卡車掃描圖象ImagefromNewsweek,takenatthebordercrossingfromGuatemalatoMexico核技術應用及進展第49頁/共89頁50集裝箱檢測核技術應用及進展第50頁/共89頁51集裝箱和車輛檢測系統(tǒng)FixedPositionTruckScannerMobileTruckandCargoScanner核技術應用及進展第51頁/共89頁52安全檢測物性判別：汽油、炸彈等危險物品例如，同是液體的水和汽油的密度分別是1.0和0.7，很容易區(qū)分。航空箱的斷層圖像箱中有3個塑料瓶子,里面灌滿了汽油(左瓶)、水(中瓶)或是一半汽油一半水(右瓶)。從圖中可以清晰看到瓶中不同性質液體的灰度明顯不同。此外,在一盒黃油脂內埋藏一塊肥皂,利用斷層圖像也能輕易分辨出來。圖中兩個灰度不同的圓分別顯示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的截面。此圖像充分表明CT檢測系確實具備了物性判別的功能。核技術應用及進展第52頁/共89頁53安全控制質量控制小型X射線檢測系統(tǒng)核技術應用及進展第53頁/共89頁54XCT第54頁/共89頁55核分析技術X射線熒光分析(ED、WD、TR)粒子誘發(fā)熒光分析（P、e）微束（微區(qū)）分析中子活化分析粒子束分析背散射分析核技術應用及進展第55頁/共89頁56核分析技術——離子束分析背散射第56頁/共89頁57核分析技術——離子束分析1967年，美國的測量員5號空間飛船發(fā)回月球表面土壤的背散射分析結果第57頁/共89頁58核分析技術——離子束分析越王劍核技術應用及進展第58頁/共89頁59核分析技術——離子束分析含砷頭發(fā)大氣污染第59頁/共89頁60核分析技術——離子束分析核反應分析利用特定的核反應，測定反應產物；對輕元素有利第60頁/共89頁61礦泉水第61頁/共89頁62核分析技術——X射線熒光分析核技術應用及進展第62頁/共89頁63核分析技術——中子活化分析把極少量的待分析樣品經中子源照射后,不同的核素變成其對應的放射性同位素,這些放射性核素一般發(fā)生β衰變或軌道電子俘獲（E.C），放出一定能量的強度的射線。通過測量這些射線的能量和強度，從而就可確定出待測元素的種類和含量。第63頁/共89頁64核檢測技術核子密度計泥沙計濃度計品位儀核子(皮帶)秤核測井射線測厚儀其他灰分測量、煤質檢測核子料(液)位計、核子料(液)位開關水份計核技術應用及進展第64頁/共89頁65核檢測技術——核子密度計例如：選礦工藝中礦漿和浮選液濃度的在線檢測和控制；油田和石油化工過程中油品含水率的測定；選煤廠選煤液密度的檢測和控制；化工廠酸、堿、鹽的濃度以及各種成分配比的在線檢測；造紙廠紙漿濃度的測定和控制；江河中水流含沙量的測定。用途：各種料液濃度的在線檢測和控制。也可通過密度而間接測定出料液中某種成分的含量、以及兩種物料的本比等。第65頁/共89頁66核檢測技術——核子密度計第66頁/共89頁67核檢測技術——核子(皮帶)秤原理：利用物料對γ射線的吸收原理。放射源發(fā)出的γ射線穿過穿透輸送機上的物料后，強度減弱，物料越多，減弱的程度越大，探測器接受的射線強度也減少，根據(jù)探測器輸出脈沖數(shù)變化，就可以測出輸送機上物料的多少。如果同時測出輸送速度，則物料對速度之積分就是單位時間傳送物料的重量。第67頁/共89頁68核檢測技術——核子(皮帶)秤第68頁/共89頁69核檢測技術——料位計及料位開關原理：

檢測γ射線穿透料倉或管道中物料后的強度，根據(jù)射線強度的變化來計算、判斷物料的料面水平，控制物料的輸送。放射源安裝在料倉或管道的一側，探測器安裝在另一側。

第69頁/共89頁70核檢測技術——料位計及料位開關用途：用于工業(yè)過程中對料位和液位進行定點檢測和報警控制，適合于各種惡劣環(huán)境下長期使用。也可用于對運動狀態(tài)的設備和工件進行定位檢測或定位控制。更可推廣應用到對運動物體的速度和長度、寬度進行非接觸式檢測。如可用于礦山、煤炭、電力、鋼鐵、冶金、水泥、化肥、化工等系統(tǒng)進行料位上下限的檢測和報警控制；可用于礦車、料斗油罐等的灌裝控制，運輸車、斗的遙控定位。高溫、高壓、腐蝕性液體的液位控制。食品、飲料自動生產線的罐裝自動控制等。

第70頁/共89頁71核檢測技術——射線測厚儀接觸式測厚——機械測厚法。非接觸式測厚——射線測厚法、超聲波測厚法、光學測厚法，等等。第71頁/共89頁72(1)γ射線測厚儀核檢測技術——射線測厚儀第72頁/共89頁73(2)X射線熒光測鍍鋅板的鍍層厚度原理：利用241Am放射源產生的γ射線直接照射在鍍鋅的薄板上，激發(fā)出鋅和鐵的特征X熒光。X熒光經正比計數(shù)管探測后得到Zn和Fe的能譜曲線，根據(jù)譜線的峰面積大小求出鋅層的頂部、底部及平均厚度。第73頁/共89頁74美國EMC公司研制X-RAY在線測厚儀核檢測技術——射線測厚儀第74頁/共89頁75核檢測技術——礦石品位儀礦石品位儀(1)原理：采用電子對效應和散射光子聯(lián)合測定方法。當鐵原子和高能γ射線發(fā)生相互作用時，產生電子對的幾率遠遠大于礦石中的其他元素，對湮沒輻射和散射光子的混合譜進行分析，就可得到鐵的品位值。

(2)用途：用于礦石或礦粉輸送過程中鐵品位的在線連續(xù)檢測。(3)特點：用電子對效應測量鐵礦石(或礦粉)中鐵的品位，不受礦石的顆粒度、密度、疏松度、環(huán)境等外界因素的影響。第75頁/共89頁76核檢測技術——礦漿品位儀礦漿品位儀(1)原理：多能量γ吸收法，選取合適的射線能量，使測量不受礦石粒度、濃度和成分變化的影響。(2)用途：鐵礦石處理工藝中原礦、精礦、尾礦液流中的鐵品位和沙石含量的在線檢測和控制；第76頁/共89頁77核檢測技術——煤質及灰分測量煤灰份是煤的品質的重要指標?，F(xiàn)在通用的方法是化學檢驗法，但化學檢驗法存在著比較大的滯后性，無法在線檢驗，這樣就給生產