提起核,大家首先想到的是原子弹,其次想到的是核电站,实际上就技术在人类生活各方面的产业化应用来看,核技术的民用实在是一个极大的门类,国际原子能机构(IAEA)曾指出:“就应用的广度而言,只有现代电子学和信息技术才能与同位素及辐射技术相提并论。”
但为什么我们平时总是想不起来核能应用在了哪里呢?也许最根本的原因还是在于它的巨大破坏性,这种破坏带给人类的负面情绪远远超过了其正面效益,到现在世界上已有近150个国家和地区开展了核技术的研究、开发和利用,世界核技术应用产业的年产值近万亿美元。如果您对这个数字不是太有感觉,那么拿美国举例,它的核技术应用产业的年产值占其GDP的比例近年一直保持在3%至4%,这样的GDP产值规模已经超过它的核电产值规模,既是高新产业,也是名副其实的国家重要支柱产业。
核能所应用的地方,与人们的生活密切相关,来看一看,一定让你大开眼界。
1.农产品和食品辐射加工
经过核辐射的地方寸草不生,是真的吗?假的。食品的辐射加工就是一种经过了核辐射却还能让人安全食用的保鲜方法,可以说是核辐射带给人类的一个大惊喜。农产品和食品经辐照后,可以有效地杀死全部微生物,这个特点非常厉害,例如,辐照后的粮食3年内不会生虫、霉变,土豆和洋葱经过辐照后能延长保存期6~12个月,一些肉类和奶类食品经辐照处理后可以杀灭全部的霉菌、大肠杆菌,大大延长了农产品和食品的保存期限,明显提高了农业和食品行业的经济效益。
采用γ射线穿透被加工的农产品和食品,因为不需要拆开包装,做到了无损,因为不用加热去杀死细菌,做到了冷加工,这两个特点大大地简化了食品保鲜的程序和工作,被加工后的食品风味、营养成分和外观变化小,而且不用拆开包装,既避免了包装浪费,也能避免食品在包装过程中所造成的二次污染,省工又省钱。
用辐射来加工农产品和食品,有这么多的优势,但作为公众,把这些食品送入口中之前是不是会担心?这些食品会有核辐射吗?这个担心是人之常情,要知道,核辐射在人体内的照射是危害很大的,要将可能带有核辐射的东西吃进嘴里,谁都会担心。
要解决这个问题,需要了解被辐照加工的食品是怎样接触核辐射的?实际上,被加工的食品并不会直接接触核辐射物质,发出射线的放射源是被罩在两层密封不锈钢外壳内,它发出的γ射线穿透了包装作用在食品上,食品则完全不会受到放射源的沾染和污染。而γ射线并不具有放射性,它只是放射性物质发射出的一种射线,这种射线只是能够穿透物体,但本身并不具有放射性,只有当这种射线的能量强度达到10MeV以上,才会使被它穿透的物体产生放射性,这叫作感生放射性,很显然,辐照加工企业绝不会使用大于这个能量数值之上的射线来辐照产品,一般而言,钴-60放射源放出的γ射线的最大能量仅为1.33MeV,远低于能产生感生放射的阈值,因此也就不会让被辐照的食品带上放射性了。
正因为辐射加工技术拥有如此多的优点,既不损坏食品,也不会产生核辐射残留,对食物所含营养素的破坏还很少,可以说既方便又省钱还对用户非常友好,因此,这种保鲜技术的普及潜力可想而知,是具有非常大的全球性技术价值和经济价值的。正如相关国际卫生组织和国内的食品标准所明确的那样—经辐照的食品是安全的,完全可以放心使用。
2.肿瘤放射治疗
核辐射在医疗领域治疗肿瘤的应用,就是我们俗称的放疗—放射性疗法,放疗与手术、化疗并称为目前肿瘤临床治疗的三大核心手段,是核技术在医学领域应用的最大规模,也是发展潜力最大的一个方向。
肿瘤,这个对当今人类还代表着痛苦和不幸的名字,象征着遗憾与害怕的名字,缺少温暖和希望的名字,恐怕是每一个得了此病的病人和他的家人的梦魇。人类目前的技术是无法实现把肿瘤细胞全部清除的,我们自然地认为那些治好的病例,是杀掉了所有的肿瘤细胞,达到“彻底治愈”,其实并不是。肿瘤临**有三年生存率、五年生存率、十年生存率这样的术语,讲的就是治好的肿瘤病人在未来的三年、五年、十年中复发的概率,一般用五年生存率较多,如果治好后五年内没有复发,那么就达到了医生所认为的“完全缓解”—也就是“临床治愈”—也就是普通人认为的“彻底治愈”,但是,依然有可能复发。
说了这么多,肿瘤这么凶险,放疗到底是怎么进行的?为何它能成为治疗肿瘤的核心临床方法呢?原理很简单,类似上一节所讲的农产品和食品辐射保鲜,放疗也是用各种放射源放出的各种射线照射人体的肿瘤组织,只不过不是为了杀灭微生物和细菌,而是为了杀死癌变细胞。这些射线有α、β、γ射线,以及各种X射线或加速器产生的X射线、电子线、质子束等,最新的发展方向为使用大剂量的射线更精准地照射病灶,因为高能射线的穿透力强,利用它的可穿透性,照向病灶后,在人体的皮肤残留的剂量低,骨的吸收量小,旁向的散射少,最大程度减少对病灶之外人体组织的损伤,将剂量照射向病灶的深度后,能量在这个深度达到最大,超过这个深度则剂量急剧下降,也最大限度地保护正常细胞和组织。
人体对放射性射线的敏感度是有区别的,可以这样理解,越是核心的细胞对射线越敏感,例如**细胞、卵子细胞、脊髓细胞等,人体是靠**和卵子结合后的分裂增殖生长出来的,脊髓则提供人体的造血功能,这些细胞非常重要,分裂增殖能力很强,这样的细胞就对放射性射线很敏感,这也是男性女性在怀孕前和孕期不可以接受放射检查的原因所在。另有一些器官的细胞是对放射性射线的敏感度较低的,例如皮肤,还有一些则处于中等敏感状态,例如乳腺。放射性治疗因为人体细胞对射线的敏感程度不同而效果有所差别,从这个角度讲,哪种肿瘤最合适放疗,当然是那些对射线比较敏感器官的癌变了,当然现实并不完全这样,因为还需考虑其他综合因素。
3.电子束辐照技术处理废水
近几十年,环境问题越来越受到社会的关注,环保压力越来越大,工业废水、生活废水、污染废水的净化处理成为举世难题,特别是有机废水、抗生素废水、含致病菌废水等的处理非常棘手,解决这个问题,将成为环保领域的一大突破。
传统水处理技术一般采用生化处理,然后再混凝沉淀,工序多、用时长、效率低,还会产生二次污染,最后的出水只能达到接入城市污水处理厂的纳管标准。另一方面,由于现在人们生产活动的多样性,污水中的污染物质变得非常复杂,仅使用传统的污水处理办法很难彻底解决废水净化问题。
2017年下半年,新的技术诞生了,由中广核核技术发展股份有限公司与清华大学联合创新打造的电子束处理工业废水技术在浙江落地,首次实现产业化,这个技术属于中国首创、世界领先。
所谓电子束辐照废水处理技术,就是利用加速后的电子束流对污水进行辐照,使水中的污染物发生一些常规方法难以引发的物理、化学及生物学反应,将污水中的有毒物质降解、有害微生物发生变性等,最后可以得到非常干净的水。
那么经过电子束辐照处理的干净水最终会染上核辐射吗?我们看一看它的原理:“电子束流的辐照能量大部分会沉积在水分子中,在电子束流作用下,当电子束辐照能量超过水分子化学键的键能和分子的电离势能时,化学键和分子的结合能就会被破坏,污水便被辐照分解生成较强的氧化物质,这些氧化物质与水中的污染物质、细菌相互作用,达到氧化分解和消毒的目的。”可以看到,电子束辐照只作用到污染水的分子层面,并没有深入污染水的原子核,我们知道核辐射是原子核层面的,因此不会使污染水产生新的核辐射。至于为什么只作用在分子层面而不是原子核层面,是因为照射的电子束使用的辐射源能量仅为1到2MeV,远没有达到触发感生放射性的能量阈值10MeV(感生放射性是指原本稳定的材料因为接受了特殊的辐射而产生的放射性),因此不会产生感生放射。废水经过电子束处理后的出水是安全的。
随着社会的发展,废水也变得越来越多样化,相信在不远的将来,用核辐射来处理废水的工艺将会在全球普及,给人类提供一个更安全更美好的生活环境。