讲真，人类确实离不开辐射

1869年，俄国科学家门捷列夫建了一座叫“元素周期表”的楼房。于是，元素便以其质子数为门牌号，住进了对应的房间，元素届变得秩序井然。一开始，大楼入住率不高，只有不到70种元素入住，而如今，该大楼已经住进入了100多种元素，而且还不时有新的元素入住，热闹非凡。

俄国科学家门捷列夫元素周期表并非单身公寓，一人一居室显得枯燥和寂寞。有的元素，质子数相同，但是原子核内中子数不同。它们只能挤在同一个房间内。于是，它们互称对方为“同位素”。地球上存在很多同位素，比如氢元素的氕(piē)和氘(dāo)。(注意：氢还有一种同位素氚，一般从反应堆中制得)氕的原子核就是一个质子，而氘的原子核中有一个中子和一个质子。自然界中大多以重水的形式和普通轻水混合。所以，每天其实我们都会喝下微量的重水。

氢的三种同位素氕、氘、氚自然界中另一组典型的同位素是铀235、铀238和铀234。它们的原子核中都有92个质子，但是原子核内中子数不同，分别为143、146、142。它们与氕氘组合的最大不同在于，它们内心躁动，总是忍不住从原子核中射出点东西，这就是传说中的辐射，或者称之为放射性。经过贝克勒尔、居里夫妇、卢瑟福等一众伟大科学家的探索，人类终于掌握了放射性的奥秘。

居里夫妇及他们在巴黎的实验室

有的原子核中会射出由两个质子和两个中子组成的粒子，这种辐射我们称之为α射线。

有的原子核中会射出高能光子，我们称之为γ射线。

还有的原子核中会射出电子，有可能是正电子，也有可能是负电子，我们称之为β射线。

不同射线的示意图及其穿透性

当然，在射出上述射线后，原子核内的质子数会发生改变，从而变成另一种元素，这个过程我们称之为衰变。

同位素的用途

通过研究，人们发现了放射性同位素的不同用处，如今，放射性同位素已经融入我们生活的方方面面。

1、疾病诊断

在早期癌症、阿尔茨海默症、甲状腺疾病等病症检查时，医生会在患者体内注入含钼-99的显像药物。钼-99衰变后生成锝-99，会在人体特定的组织内沉积，并辐射出光子。在对应检测仪器的眼中，待检测的人体组织在“闪闪发光”，仪器因而能得到清晰的图像，帮助医生诊断。

基于钼-99(99mTc)的单光子发射计算机断层成像诊断技术

2、疾病治疗

如果你不幸患上了甲状腺疾病，医生会推荐你服用一种含有碘-131的药物。服用药物后，碘-131会进入你的甲状腺，用辐射杀灭特定细胞，默默治好你的病，深藏功与名。而对于那些受骨肿瘤折磨的患者，含锶-89的药物则是一剂温柔的药。进入人体后，锶-89利用其衰变发出的β射线，杀死癌细胞，缓解患者的疼痛，改善患者的生活质量。

氯化锶注射液

3、食品保鲜

土豆贮存容易发芽，瓜果成熟后容易腐烂，食品中的保鲜剂也让我们嫌弃，而辐射却可以一“照”解决上述难题。

辐射不仅可以杀灭食品中细菌，还能抑制瓜果发芽，从而实现无添加剂的食品保鲜。

辐射保鲜示意图

4、农业育种

变异是进化的基础。曾经，寻找优良变异培养农作物新产品，是农学家们最耗精力的事情。而有了辐射，情况就大不同了。

辐射可以诱发农作物种子产生各种变异，农学家们只需要将其中的可遗传优质变异选择出来，就可以轻松培育出新的更好的农产品。

山东省原子能研究所用钴60辐射育种技术培育的“鲁棉一号”

5、虫害控制

夏天的苍蝇让你烦恼，你一定诅咒过让它们断子绝孙。而科学家们早就想到了一个消灭苍蝇的好办法。他们先利用辐射使饲养的雄性蝇绝育，然后把绝育后的雄蝇放在环境中。当雌蝇满心欢喜地与这些雄蝇交配时，一定不会想到它们的伴侣“不行”，但产卵期到来时，雌蝇后悔却已经来不及了。

墨西哥利用辐射进行虫害控制成功清除screw蝇

6、辐射灭菌

辐射能大幅提高灭菌效率。新冠疫情期间，根据《医用一次性防护服辐照灭菌应急规范(临时)》我国采用辐射灭菌技术代替传统灭菌技术，对医用防护服进行消毒，将消毒时间从7-14天缩短到1天以内，为我国抗疫做出了很大贡献。

辐射灭菌车间

7、航天电源

放射性同位素的辐射是一种能量，长期、稳定且不受外界干扰，这成为太空探测器理想的能量来源。几十年前，放射性同位素电池就已经应用于太空探测器中，帮助人类探索太空的奥秘。

卡西尼号探测器上的同位素电池正在进行发射前检查

当然，辐射的作用远远不止这些。在环境监测、废物处理、考古、工程测量、工厂设备探伤等方面，辐射也发挥着重要的、甚至不可替代的作用。

同位素生产

既然放射性同位素那么重要，那么，同位素如何生产呢。实际上，同位素生产无非以下几种方法：

反应堆辐照使得中子“嵌入”原子核;

利用加速器将原子核“击碎”;

长周期元素衰变为新的元素。

1、反应堆辐照

大型商用反应堆在正常运行时，会产生大量的中子，将高速运动的中子“嵌入”原子核，这个方法简单而粗暴，是大规模生产同位素最理想的方法。目前，加拿大研发的坎杜重水堆是生产同位素最重要的反应堆，可以生产10多种常用同位素。我国依靠秦山核电三期的两座坎杜重水堆生产同位素，就从同位素净进口国变为了出口国。

秦山核电三期生产的同位素钴60

2、加速器生产

回旋加速器可以将质子加速，加速后的质子如子弹一样轰击原子核，使得原子核分裂或衰变，从而生产出我们需要的同位素。例如，碳11的生产，就是用质子轰击氮14的方法制作的。

医用回旋加速器

3、核素发生器

某些长半衰期的核素衰变后，会变成短半衰期元素。所以，我们可以生产长半衰期元素贮存起来，制成核素发生器，然后静静等待，就可以得到需要的同位素。例如，钼99衰变后可以生产锝99，我们将钼99装在一根柱上，使用时把柱中的锝99定时洗脱下来使用，就像奶牛挤奶一样方便。

钼锝发生器

4、高放废物中提取

当然，我们也可以去废物中收集。像乏燃料等高放射性废物中，本来就含有各种同位素，如果采取适当的方式提取出来，就可以获得我们需要的同位素。

后处理厂内的乏燃料

同位素产业是一个与核电相当的原子能产业。2004年，美国同位素销售额就已经达到了3000亿美元。目前，我国同位素产值规模也超过了3000亿人民币，而且还在以每年20%的速度快速增长。

同位素的生产技术和用途拓展，依然是原子能研究的重点和热点。