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核技术在其他领域的应用
发布日期:2022-04-21      信息来源:核安保中心     【字体 分享:
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核技术在其他领域的应用
发布时间:2022-04-21 来源: 核安保中心  字号:

  放射性同位素电池

  “放射性同位素电池”简称同位素电池。由放射性同位素的衰变能转换为电能的机制有十几种,如“放射性同位素温差发电器、“辐射伏特效应”、“衰变耦合磁共振”、“往复式震荡悬臂梁”、“热离子发射”、“衰变能-光能-电能”等。

  放射性同位素电池的热源是放射性同位素。它们在蜕变过程中会不断以具有热能的射线的形式,向外放出比一般物质大得多的能量。这种很大的能量有两个令人喜爱的特点。一是蜕变时放出的能量大小、速度,不受外界环境中的温度、化学反应、压力、电磁场的影响,因此,核电池以抗干扰性强和工作准确可靠而著称。另一个特点是蜕变时间很长,这决定了放射性同位素电池可长期使用。放射性同位素电池采用的放射性同位素来主要有锶-90(Sr-90,半衰期为28年)、钚-238(Pu-238,半衰期 89.6年)、钋-210(Po-210半衰期为138.4天)等长半衰期的同位素。将它制成圆柱形电池。燃料放在电池中心,周围用热电元件包覆,放射性同位素发射高能量的α射线,在热电元件中将热量转化成电流。

  放射性同位素电池的核心是换能器。目前常用的换能器叫静态热电换能器,它利用热电偶的原理在不同的金属中产生电位差,从而发电。它的优点是可以做得很小,只是效率颇低,目前热利用率只有10%~20%,大部分热能被浪费掉。

  在外形上,放射性同位素电池虽有多种形状,但最外部分都由合金制成,起保护电池和散热的作用;次外层是辐射屏蔽层,防止辐射线泄漏出来;第三层就是换能器了,在这里热能被转换成电能;最后是电池的心脏部分,放射性同位素原子在这里不断地发生衰变并放出热量。

  考古

  放射性碳测年简介

  碳14 是放射性非常微弱的碳同位素;也称为放射性碳,它是一个同位素计时器。

  放射性碳测年仅适用于有机和一些无机材料(不适用于金属)。

  气体正比技术、液体闪烁技术以及加速器质谱是三种主要的放射性碳测年方法。

  放射性碳测年技术对现代人类产生了重要影响,成为20世纪最重大的发现之一。没有其他科学方法能像放射性碳测年技术那样不仅彻底改变了人类对现在的认识,而且彻底改变了人类对数千年前已经发生事件的认识。

  考古学和其他人文科学使用放射性碳测年证明或反驳各种理论。多年来,碳14测年也被发现应用于地质学、水文学、地球物理学、大气科学、海洋学、古气候学,甚至生物医学领域。

  碳测年的基本原理

  放射性碳或碳14是碳元素的不稳定和弱放射性的同位素。稳定同位素是碳12和碳13。

  碳14由于受到宇宙射线中子对氮14原子的作用,不断地形成于大气上层。它在空气中迅速氧化,形成二氧化碳并进入全球碳循环。

  动物和植物在它们的一生中都从二氧化碳中吸收碳14。当它们死亡后,就停止与生物圈的碳交换,其碳14含量开始减少,减少的速度由放射性衰变决定。

  放射性碳测年本质上是一种用来测量剩余放射能的方法。

C-14测年示意图

  同位素避雷针

  同位素避雷针使附近的空气大量地电离,主动打开一条与云中电荷相通的电的通路。它能及早放电,使保护区内无闪电产生,保护范围也大很多。

  例如同位素避雷针(镅-241),它放射的α射线具有很强的电离能力,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,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半衰期达433年,可以长期使用。

同位素避雷针(镅-241)

  同位素火灾报警器

  同位素火灾报警器是一种含有镅-241的火灾报警装置。

  常见的同位素火灾报警器使用二氧化镅(Am)作为电离辐射源,其结构和抗静电刷中的金属箔类似,它能稳定地释放比Ra多5倍多的α粒子,却释放很少的对人体有害的γ辐射。其所释放的粒子流可以使电离腔内空气局部电离,令其能够导电,从而允许电流在其中通过,而当烟雾粒子进入电离腔时,会与离子相结合并降低空气导电性,减小通过其中的电流。若电流变得足够小,探测器就会发出警报。

同位素火灾报警器

 
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