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放射性同位素及辐射技术(七)

(2019-03-22 10:29:10)
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放射性同位素避雷针

长明灯

原子灯

分析环境污染

高超的侦破技术

分类: 前沿科技

高超的侦破技术

活化分析的特点就是测定的灵敏度特别高,远远优于其它的分析方法在一般的分析方法中,灵敏度最好的要数分光光度分析和质量分析法可是,与活化分析法相比,它们就显得大为逊色了因为活化分析法的灵敏度比它们还要高出100倍以上尽管活化分析法对于不同的元素具有不同的灵敏度,但是,一般说来,欲分析的物料重量大致在一千亿分之一克到一兆分之一克的范围

由上可知,即使是肉眼看不见的像尘埃那么大小的物料,只要放到反应堆里照射一下,就能定量地测定出其中所包含的许多种微量元素例如,铝锌等等这种测定方法还可用于别的研究例如,调查直升飞机喷洒农药的分散效果农药散布到稻田以后,从各个不同部位采集稻秧,放到反应堆中照射,经过活化分析,便可测出微量农药的放射性从而可以知道每颗稻秧上粘附的农药量根据这些测定数据可以绘制出农药散布量的分布图

活化分析技术应用于侦破化学,也是很有成效的通常,刚打过手枪的罪犯,在衣服袖口和前胸等部位总是附着一些硝烟痕迹从嫌疑犯的衣服上剪下一小片,放到反应堆中接受照射,进行活化分析于是,硝烟中的各种微量元素,比如锑钡等等便可以清清楚楚地显示出来然后,把这些数据与被害者身上测到的数据进行对照,就能弄清两者是否相同从而可以拿出罪犯料想不到的铁证

此外,对于罪犯留在作案现场的毛发,也常常要通过活化分析来进行调查研究比如,某小汽车后面的行李箱内所发现的头发是不是被害者的,便可通过活化分析来判断在这里不必再举拿破仑遗发的例子,因为原理一样,把收集到的毛发放到反应堆中照射,进行活化分析,测出其中的微量元素,根据这些测定数据就能判断甲乙或者其他某人是否与案件有关

在侦破化学中,活化分析还可用来搜查兴奋剂和麻醉毒品通过对兴奋剂进行活化分析,测定出表示各种合成方法特征的微量药品,然后根据这些微量药品的混入情况就能鉴别兴奋剂的制造方法再如,从世界各地来的大麻或鸦片之类的毒品中,含有铈(Ce)镧(Lα)钕(Nd)等等不同的微量稀土元素,通过活化分析测出这些元素的含量,就能了解这些毒品的产地从而可以查清毒品是否相同,与贩私组织有什么联系等等的问题

此外,如能配备中子发生器,放到深海底部,就可用于探查海底物质;也可以用来测定古代货币或青铜镜等古代文物与考古学史料等等据说,为了辨明一幅关于猫的画是否是日本名画家藤田嗣治的名作,就是利用了活化分析的方法将画放到反应堆接受照射,很快就揭下了假面具因为分析结果显示出较多的银含量,证明这是一幅巧妙的伪造作品,是通过照片复制而成的

分析环境污染情况

为了调查由工厂排出的煤烟或废水引起的公害,也常常离不开使用活化分析例如,对大气中的微量尘埃取样,进行活化分析,就能获得很多有关大气的情报如尘埃中含有哪些元素?每种元素的含量是多少也可以查清城市废物焚烧炉各种锅炉钢铁厂的冶炼电炉等不同污染源与环境污染的关系等等

另一个与环境污染有关的问题,就是煤烟或废水是如何扩散的?要想得到这一问题的答案,

也需要利用活化分析进行研究例如,从工厂烟囱排放雾状的硫酸钴,或者把溴化铵的溶液混入排水中,然后从各个取样点采集尘埃或水样,放到反应堆中接受照射,便能获得放射性的钴-60和溴-82,它们能够放出γ射线和β射线;再将它们与标准进行对照,以作定量测定这样就能了解煤烟和废水在各处的分布状态

对火灾及毒气报警

小小火焰,由于没有及早发现,引起一场大火,结果烧毁房屋财产,造成人身伤亡

许多年来,人们一直在探求火灾报警的方法,以求灾祸在萌芽时就被发现人们利用火焰燃烧时的各种特性,巳经发明了多种火灾报警装置

例如,利用火焰中含有太阳光中没有的某种紫外光波长制成的感光报警仪器,有着很好的灵敏性,但造价昂贵,不适宜于普遍采用利用火焰燃烧能使环境温度升高制成的感温报警器也是可取的,但只有当温升速率或温度足够高时,感温元件才能发信号火焰萌芽初期首先产生1微米以下的可见烟粒,接着产生10微米左右的可见烟粒利用可见烟粒能遮光的特性,可以制成光电感烟报警器如何探测不可见的烟粒,以达到更早期报警的目的呢?这就要借助于放射性同位素了

放射性同位素的原子核在无外界作用下能自发地发生衰变,变成另一种原子核,同时放出α射线β射线或γ射线等前两种射线都带电,并且具有较高的能量,所以当他们从放射性同位素的原子核内射出,通过空气时,能将空气电离成正负离子而逐渐消耗自身的能

由于烟雾进入电离空间时,吸附了某些离子,使离子迁移速度明显变慢据此,就可以做成离子感烟探头

离子感烟探头与控制电器装置相配合,构成了火灾自动报警仪器由于灵敏可靠,造价不高,目前国内外已大批生产各种型号的离子感烟报警仪,广泛地用于宾馆仓库图书馆通讯中心电视台轮船甚至家庭,成为火灾报警最普遍采用的仪器尤其是随着高层建筑的发展,对消防设计提出了更高的要求目前离子感烟探头及用其他原理制成的各种火灾探测器已能与计算机系统相联,不仅能自动报警,而且能自动灭火,自动切断空调系统及控制电梯降落等等

既然离子感烟探测器感测对象是颗粒极微小的烟雾,那么,不仅可以用它来作火灾报警,而且可以报警各种可能产生烟雾的灾祸,例如可以做成某些毒气的探测报警装置等离子感烟报警的应用范围正在逐步扩大

不灭的长明灯

核技术的放射性同位素,为人们提供了一种新的光源,产生了现代的长明灯——原子灯

提起原子灯,可能有人会感到神秘其实没有什么奥妙,因为,在日常生活中,人们都见过夜光表那为什么夜光表或荧光体在黑暗处能够看得见呢?

这需要从发光粉的发光原理说起有许多叫做发光粉的物质,例如硫化锌硫化钙硅酸锌和多种磷酸等,它们都有1种特性,当其接受光能和其它形式的能量时,本身就会被激发,处于能量的不稳状态中它随时都要从这种不稳定的激发态回到稳定的基态,这时就将多余的能量以光波的形式释放出来

这种光跟萤火虫一闪一闪的黄绿光很相象,我们称之为荧光不过,这类发光粉在失去光源照射之后,荧光就会逐渐暗淡下去如果将某些放射性物质与发光粉混合在一起,则发光粉就会长久发光不熄,我们就把它叫做“永久发光粉”像全天候飞机战舰仪表的指针刻度和字码上,都涂有这种发光粉原子灯的原理与“永久发光粉”发光的原理差不多,都是让放射性同位素发射出来的射线打在发光粉上,把射线的动能转换成可见光

原子灯主要由灯泡和灯具两部分组成灯泡是发光部分,和普通的电灯泡差不多;灯具是固定和保护灯泡用的,并起到防止射线穿透出来的作用原子灯的制造过程大致如下:先把一种含铈元素的玻璃按需要的大小和形状吹成玻璃泡,在玻璃泡的内壁均匀涂上一层液体硅酸钠,吹入硫化锌(铜)发光粉,涂有硅酸钠的地方就把发光粉粘住了,多余的发光粉用压缩空气吹出来,用脱脂棉将透光窗上附着的少量粉末擦干净涂好发光粉的玻璃泡,抽成真空,充入一定压力的气体放射性同位素,烧熔封结,然后用环氧树脂将其封口部与金属灯尾套粘牢,就做成了原子灯泡将原子灯泡装到灯具上就可使用了

可以做原子灯的放射性同位素有氢-3氪-85等国产的原子灯是用氪-85作为幅射激发剂,用硫化锌铜(发绿光)或硫化镉(发红光)作发光体为什么要选用氪-85呢?这是因为氪是一种惰性气体元素,在一般条件下它不与其他物质发生化学反应氪-85的毒性较小,而且是处理核工业废气收回得到的一种副产品,价格比较便宜,基本上是个β射线放射体,伴生的γ射线只有千分之四,略加防护就不会对人造成危害氪-85放置10.7年后只“死掉”一半,用它制造的原子灯,使用寿命很长

原子灯的优点很多,它不消耗任何燃料,也不需要电源就能自动发光,可使用一二十年这种灯的安全性特别好,一直发出柔和的荧光绝对不会因打火花而引起火灾和爆炸事故这种灯也不需要维修,不管在任何恶劣的自然环境中都能正常工作它是弹药易燃易爆品仓库和炮兵夜间训练作战和指挥的理想照明工具

原子灯的亮度主要由充入的放射性气体的多少和所涂发光粉的厚度及面积来决定供炮兵使用的小型原子灯,灯泡只有大拇指那么大小,里面装的氪-85还不到一居里在黑暗处,可在这种灯下看报纸,也完全满足炮具的照明之用,但在十几米之外,则又不容易发现它,符合隐蔽的要求如果在弹药库房的墙壁上,每隔一定距离装上一盏原子灯,一旦走进库房就象走进神话里的宝库一样,沉浸在柔和的绿光之中,可以毫不费力地辨认出各种弹药假如将原子灯装饰在塑像的头上,虔诚的佛教信徒在晚上见到它,还会以为菩萨真的下了凡,头上发着灵光呢!

原子灯还有许多用途,例如它可以作地下矿井坑道的照明和安全指示,可作高速公路的交通标志,在海军和航海上也可用于夜间照明

同位素避雷针

雷电是怎样产生的,避雷针又是怎样避雷的呢?

大气由于宇宙射线或其它电离现象的作用,会产生正负离子正负离子能自由运动,这就使空气能导电当大气各处电位不同时,负离子向正电区运动,正离子向负电区运动,进行正负电荷中和,达到电的平衡

但是,在云层里,情况就不太一样云是由许多微小的水滴组成的,离子吸附在水滴上,成为球电荷由于水滴的质量大,行动笨拙;即使是直径只有几个微米的水滴,也是气体离子的一个沉重包袱所以云里的电荷移动缓慢,不易达到电平衡在大气电场影响下,正负电荷在云的上下层分别积累常常是正电荷聚集在云的上层,负电荷聚集在云的下层

当带电的云离地面较近时,云和地形成一个巨大的电容器云和地各是电容器的一个极,云和地之间的大气就是电介质雷雨时,两极之间的电压差别很大,能达每米几万伏

当电场强度超过空气的介电强度时,就会把空气击穿,进行放电放电时,带电粒子撞击空气分子,使空气分子电离在云和地之间形成一条由电子离子组成的电的通路云中的电荷就沿着这条通路入地,这就是我们看到的发自云中而窜入地下的闪电由于瞬时电流可达几万甚至几十万安培,闪电周围空气的温度达几万度,由于气体的受热,附近气压突然升高到几十以至几百个大气压,巨大的气压向四周爆发时,发出吓人的响声,像爆炸一样,这就是雷鸣

被闪电击中的地方,瞬时能量极大,会使所触及的树木房舍炸裂起火,就像命中一枚炸弹一般

捷径人人爱走,电也是这样,要走电阻最小的通路避雷针就是竖立在建筑物最高处的—根与地相通的金属杆杆的上端是尖的,尖端容易放电,形成电阻小的通路云中的电荷可经避雷针入地,建筑物即可免受雷击

这种避雷方法是富兰克林发明的,所以叫富兰克林避雷针这种避雷针的保护范围有似把没有撑足的伞,它的保护半径只有避雷针安装高度的1一1.5倍因此,当建筑物很大时,就要在上面装许多支避雷针特别是平顶的大建筑群,避雷针排列成行,宛如针林一般

如何提高避雷针的效能,早在1914年,匈牙利物理学家爱尔齐拉特已发现利用放射性物质能使空气电离的原理可以增强避雷效能近年来随着同位素技术应用日益普及,许多先进国家,研制出了放射性同位素避雷针

在欧州雷电最频繁的意大利和西班牙半岛上,许多易受雷电影响的建筑,如无线电发射台变电站燃料油或天然气贮存库军工厂核工厂都装置了这种新型的避雷针对一些有保存价值的古代遗迹,如雅典的卫城西班牙的参坦达纪念碑,也采用了这种新型的避雷针

我国广州的石油化工厂南京的栖霞山化工厂四川的维尼伦厂等也采用了放射性同位素避雷针北京的长城饭店也已采用

放射性同位素避雷针的避雷原理与富兰克林避雷针的原理是一样的所不同的是前者依靠放射性同位素发射的射线使避雷针附近的空气大量地电离,主动地打开一条与云中电荷相通的电的通路;而富兰克林避雷针的尖端只能产生少量的离子

避雷功能更为强大

放射性同位素避雷针所产生的电离电流要比富兰克林避雷针高10000倍以上,再加上加速装置的作用还可以提高很多它能及早放电,使保护区内无闪电产生还可降低保护区外的电位保护范围也大得多

用作避雷针上的放射源大多是镅-241放射源,它放射α射线,有很强的电离能力,一个α粒子在空气中前进一厘米的路程能产生4万对离子一毫居里的镅-241每分钟所放出的α粒子每前进一厘米能产生90万亿对离子这么多离子在空气中移动,足以造成一条电的通路,把云层中的电荷引下来

镅-241的α粒子在空气中的平均射程不过4厘米镅-241的半衰期(放射性强度降低—半所需要的时间)达433年,一次装上后,使用一二百年是没有问题的

放射性同位素避雷针的类型很多,结构大体相同是由下列各部分组成的:一根尖顶的金属杆;一个与杆绝缘的金属锥体,锥体上装有放射源;锥体四周下垂三根飘带状的大气电势接触天线;一个与杆连接的金属环环与锥体组成激励器

中央的金属杆是接地的,它处于零电位大气电势接触天线处于大气之中,它与周围大气同电位因它与激励器锥体相连,所以锥体上的电位就是围周大气的电位金属环与芯杆相连,所以也是零电位

般情况下,云层底下的大气带负电,因此,激励器锥体上也带负电在锥体附近的空气被射线电离,产生大量的正负离子负离子受到电位比它高的金属环的吸引,就像电子管里的加速栅极的作用一样,加速向上运动一小部分负离子被金属环吸收,大部分离子越过金属环冲向大气,与大气分子碰撞,又产生新的离子新的离子又撞击附近气体,又产生新的离子如此不断反复,像滚雪球一样,产生愈来愈多的离子电离产生的正离子,在大气电场的作用下,加速进入大气,同样像滚雪球那样引起连续的电离作用在云和避雷针之间形成一条由离子组成的导电的离子柱云中电荷可顺此捷径入地

放射性同位素避雷针由于及早造成电的通路,在空气中电场强度较低的情况下,就开始引雷入地,不像富兰克林避雷针要等电场相当强时才能起作用它的保护范围比同样高度的富兰克林避雷针大几倍到几十倍

所使用的放射性物质是严格密封起来的,其发射的射线作用距离很短,对建筑物下面的人没有丝毫危害,是绝对安全的

核技术向社会生活多层次全方位的渗透,有着极为丰富的内涵及外延可以毫不夸张地说,现代核技术与电子技术及材料技术一样,随着现代建设的飞速发展,核技术将成为人类生活不可分割的一部分

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