第四講輻射加工1目前一頁\總數六十二頁\編于十一點什么是輻射加工？廣義的輻射加工就是利用粒子束輻照物質，物質發生各種效應。原理和核心是輻射化學、利用的是輻射效應輻射化學：研究射線與物質相互作用引起物質分子發生電離、激發等效應所導致物質結構（電離效應）或狀態（激發）發生變化的科學。產生粒子束的設備：加速器、反應堆、離子注入機、放射源（鈷源）、紫外光設備、激光器粒子束種類：電子束、中子、γ射線、UV、激光、X射線及μ子（μ+，μ-）等2目前二頁\總數六十二頁\編于十一點

由于輻射作用于物質可以誘發物理效應、化學效應和生物效應，因此其應用范圍十分廣泛，主要領域如下：輻射育種，食品輻射消毒、滅菌、保鮮；輻射改性聚烯烴絕緣材料，如電纜、熱收縮材料一次性醫療用品輻射消毒；涂層輻射固化，包括木塑復合材料的輻射制備；輻射技術在生物醫學和生物工程中的應用；工業三廢的輻射凈化等。輻射加工的研究對象和應用3目前三頁\總數六十二頁\編于十一點輻射加工的優點合成新材料：無需高溫高壓、甚至低至-100℃、無催化劑殘留。固、液、氣。材料改性：實現材料交聯、接枝、降解、固化高度自動化：自動控制和傳輸節能、環保（無有毒有害氣體釋放）、高效率高工藝參數穩定可調人員勞動強度低工作環境優良4目前四頁\總數六十二頁\編于十一點輻射加工業輻射加工業70年代興起，80-90年開始代迅速發展，從輻射育種，輻射刺激生長開始起步，逐漸擴展到輻射保鮮，輻射高分子材料改性及合成，輻射殺蟲，輻射消毒滅菌，輻射治理三廢及輻射治療疾病等。目前輻射加工業已形成全世界每年千億美元的產業。輻射加工技術確有優點，但也不可過于夸大，因為它也有一些缺陷，如：一次性投資較高；與常規方法競爭激烈；多數人在心理上有排斥性。

綜合而言，輻射加工業會得到較快發展，但消極和過熱都不是正確的態度。5目前五頁\總數六十二頁\編于十一點

輻射源可分為三種類型（1）放射性核素源，如60Co、137Csγ源；（2）機器源，如電子或粒子加速器；（3）反應堆中子源。6目前六頁\總數六十二頁\編于十一點設備--鈷源、加速器7目前七頁\總數六十二頁\編于十一點鈷源輻照裝置的組成輻照源室

輻射源

水井和水

升降源設備

安全聯鎖系統、控制系統傳輸系統、劑量監測系統、控制室通風系統

、操作間、原料庫、成品庫

8目前八頁\總數六十二頁\編于十一點小型鈷源（60Co）9目前九頁\總數六十二頁\編于十一點加速器提供電子束傳導裝置束下裝置ElectronBeam10目前十頁\總數六十二頁\編于十一點

輻射加工技術是用于工業、農業等部門的實用技術。它基于輻射作用下物質的物理性質、化學性質或生物性質發生暫時性或永久性的變化。涉及輻射物理、輻射化學、輻射生物學等問題。為了度量射線的電離作用，需要測定射線穿過物質時所釋放的能量。----吸收劑量：單位質量物質受輻射后吸收輻射的能量，單位為戈（Gy）,1戈瑞=1焦耳/公斤。---輻射化學產額：它反映輻射化學過程的效率。定義為每吸收100eV能量所轉換或產生的分子、原子、離子的數目。輻射加工技術11目前十一頁\總數六十二頁\編于十一點生物體輻照電離輻射具有明顯的生物效應，吸收不同劑量在生物體內引起不同的效果。這些生物效應包括促進生長、減緩生長、遺傳變異、消毒、生命功能終止等。對農產品可以起到抑制發芽、推遲成熟期，延長貯藏壽命，殺滅致病微生物等，從而構成食品輻照研究和實用化的主要內容。

國際原子能機構（IAEA）、聯合國糧農組織（FAO）和世界衛生組織（WHO）對推動食品輻照起了促進作用，成立了關于輻照料食品健康問題的聯合專家委員會。

12目前十二頁\總數六十二頁\編于十一點生物體輻照1980年這個專家委員會在對輻照食品廣泛考查的基礎上發表了一個全球性的標準。認為“在平均吸收劑量上限為10kGy情況下，輻照食品無毒，也不會引起營養學和微生物學上的任何問題”這一建議和結論在1983年已被聯合國食品法規委員會（CAC）批準。不少國家的政府也立法承認了這一結論，為輻照食品商業化推廣掃清了障礙。13目前十三頁\總數六十二頁\編于十一點在北京舉辦亞運會期間，北京詠竹瑪雅克輻射新技術有限公司輻照泡菜，為運動員提供合格的食品。隨著人民生活水平的提高，輻照消毒在食品加工中的作用將得到越來越廣泛認識。輻照是冷消毒，不會改變食品風味；輻照沒有殘留，不會給消費者帶來危害；輻照是整箱消毒，不須拆包裝，造成二次污染。80年代我國對蔬菜及水果的輻射研究表明，蘋果，柿子經輻照后可保存6個月，超過一般冷凍保存的效果，同時也證明了輻射對延緩西紅柿的后熟也有一定的作用。14目前十四頁\總數六十二頁\編于十一點輻射食品保鮮杜牧--過華清宮：

長安回望繡成堆，山頂千門次第開。一騎紅塵妃子笑，無人知是荔枝來。

白居易在《荔枝圖序》中說：果子若離本枝則“一日而色變，二日而香變，三日而味變，四五日外色香味盡去矣。”15目前十五頁\總數六十二頁\編于十一點輻射食品保鮮古人采用“密封自發氣調保鮮法”。保存幾天現代采用”輻照保鮮”保存幾十天16目前十六頁\總數六十二頁\編于十一點食品保鮮食品輻照不加入化學藥物，常溫下用射線對食品做滅菌保鮮處理，小于10千戈瑞的劑量被認為是安全的，不會產生放射性、不破壞營養價值，沒有致病作用。17目前十七頁\總數六十二頁\編于十一點輻射裝置：高能所研制的10MeV/15kW電子加速器的電子束輻照地點：高能所I號廳，加速器調試現場—實驗條件簡陋食品：是從市場購買的鮮肉和香菇選用的是低劑量的保鮮劑量（0.4-2kGy）：目的是降低食品中的微生物及其他細菌數量，延長新鮮食品的后熟期及保藏期方法：將鮮肉塊切成半公分厚的薄片，用塑料薄膜包好分成6組，分別用0.4-2.0kGy的不同劑量進行電子束輻照，然后與未經輻照的對比組同時放在冰箱的冷藏區（5C）儲存輻照后按3個時段：5，15，37天作保鮮觀察輻射保藏的實例18目前十八頁\總數六十二頁\編于十一點鮮肉塊輻照5天后，除對照組顏色開始變深，輻照組基本完好。15天后，對照組開始變黑。低劑量試樣A1-1，A2-1（0.4，0.8kGy）開始變壞。37天后，除2kGy輻照劑量的鮮肉（A-5-1）仍保持完好外，其余鮮肉均已變質。輻射保藏的實例19目前十九頁\總數六十二頁\編于十一點受不同吸收劑量的香菇，在輻照15天后的保鮮效果0.2kGy輻射保藏的實例20目前二十頁\總數六十二頁\編于十一點由此看出：鮮肉的輻照保鮮隨著劑量的逐步提高，保鮮效果更加明顯，本實驗中2kGy以上的劑量是合適的。對香菇也有相似的保鮮效果。合適的輻照劑量約為0.2kGy由于受目前實驗條件的限制：傳送系統比較簡陋，輻照劑量的控制與檢測精度不夠好等原因，輻照保鮮的效果暫時難于定量描述，但初步的實驗結果已經可以看出：電子束食品輻照，保鮮效果明顯，貨架壽命有大的提高，具有很大的應用前景和社會效益。

輻射保藏的實例21目前二十一頁\總數六十二頁\編于十一點輻射育種利用放射性射線誘發種子產生變異，從產生的各種各樣的變異中，篩選出有利用價值的突變體，培育出新品種。優點是突變頻率很高，分為外照射和內照射兩種。劑量在100到300戈瑞。外照射：被處理的植物試材受到體外某種輻射源發出的射線的照射。內照射：指放射性元素引入到植物的組織細胞內進行照射。我國用輻照育種技術已培育的良種有水稻“原豐早”，小麥“山農輻63”，玉米“魯原單4號”，大豆“鐵豐18號”、“黑龍26號”，高粱“晉雜1號”．花生“粵油22號”等。其中，“魯棉1號”棉花、“原豐早”水稻、“鐵豐18號”大豆等項目獲國家發明一等獎。22目前二十二頁\總數六十二頁\編于十一點23目前二十三頁\總數六十二頁\編于十一點輻射育種世界主要國家人工誘變作物品種數目24目前二十四頁\總數六十二頁\編于十一點輻射育種輻射育種歸于誘變育種范疇．它可以定義為利用電離輻射處理作物種子、花粉或植株等材料，誘使遺傳物質發生改變，導致有關性狀的變異，然后通過選擇和培育使有益的變異遺傳下去，達到改良和創造新品種的目的。基因突變是指電離輻射與生物體的主要遺傳物質一脫氧核糖核酸(DNA)發生直接作用或通過水輻解產物而發生間接作用，導致DNA堿基對排列順序的改變或失去1個堿基。25目前二十五頁\總數六十二頁\編于十一點DNA結構發生變化后存在一系列修復工程．只有當修復無效或修復發生誤差時才能產生突變。另外受電離輻射作用染色體斷裂后的重排、導致缺失、重復、易位、倒位等染色體畸變也是輻射育種的一個重要的過程。26目前二十六頁\總數六十二頁\編于十一點輻射防治害蟲1916年，Runner發現煙草甲經X射線處理后，后代產生不育現象。1955年，Kniping等成功應用輻射不育技術，對螺旋錐蠅的防治進行了模式試驗。最終使美國東南部螺旋錐蠅完全被消滅。世界各國已研究了100余種害蟲的輻射不育工作，對20余種害蟲應用了輻射不育治蟲技術，在某一區域已取得成功。利用核輻射在一定劑量范圍內輻照害蟲，能導致害蟲不育，發生遺傳突變，甚至直接引起死亡。27目前二十七頁\總數六十二頁\編于十一點

輻射殺蟲輻射殺蟲即是利用電離輻射防治蟲害，其輻射效應與劑量大小有關，其生物效應在適當劑量時導致昆蟲生殖細胞染色體易位，受到損害，使當代受輻射的昆蟲部分喪失延續后代的能力并可遺傳到下一代，使下一代比當代更不育，這種劑量稱為半不育劑量。高于這種劑量，使昆蟲當代完全不育，稱為不育劑量。當輻射劑量再提高時，害蟲就不能完成世代交替，而慢慢地死去，達到防治目的，這種劑量稱為緩期致死劑量。當輻照劑量更高時，可在短時間內直接殺死害蟲，這稱為致死劑量。28目前二十八頁\總數六十二頁\編于十一點用輻射的方法殺死昆蟲和寄生蟲使其喪失繁殖能力。用加速器產生的輻射處理糧食，可以殺蟲、滅卵、不霉變、延長糧食保存期。例如，用100萬電子伏的加速器輻照谷物，一小時可輻照150噸，害蟲殺死率達100%。此外，調味香料、中草藥、保健食品、花生米、核桃等也可以輻照保存。29目前二十九頁\總數六十二頁\編于十一點害蟲絕育斷代先培養出害蟲的幼蟲，給與輻射，其劑量可控，不妨害其成長為成蟲，但變成了不育化。成蟲再交配時產出的卵孵不出幼蟲。日本撲滅瓜實蠅，墨西哥撲滅果蠅，我國撲滅大實蠅30目前三十頁\總數六十二頁\編于十一點雄性不育昆蟲的對比（左為正常雄蟲，右為不育雄蟲）雄性不育法其不育雄蟲釋放為正常雄蟲的9倍，則正常雄蟲與正常雌蟲交配的概率為1/10。

31目前三十一頁\總數六十二頁\編于十一點輻射不育治蟲技術原理第一代以后若釋放與第一代同等數量的不育性雄蟲，則不育性雄蟲與正常雌蟲比例急劇增大，即正常雄蟲與正常雌蟲之間的交配概率急劇減小。第五代防治對象的種群就可以滅亡。32目前三十二頁\總數六十二頁\編于十一點抑制農作物在貯存過程中發芽土豆、洋蔥、大蒜貯存后，代謝作用仍進行，過了休眠期，就會發芽、長根。長芽的土豆有毒性，不能使用。長芽的洋蔥、大蒜變空也不能食用。用低的劑量照射時，可抑制芽細胞的發育和長根，放到地窖貯存到來年夏天，拿出來還跟收獲時一樣新鮮。33目前三十三頁\總數六十二頁\編于十一點小劑量刺激農作物生產小劑量刺激作用的方法：（1）播種前照射種子（或塊莖等）（2）直接照射作物（3）用放射性礦物作為微量元素施入土壤三種方法中，播種前照射種子在生產上應用方便，種子適合大規模的連續處理，并且容易掌握各種處理參數（劑量，劑量分布均勻度，處理種子的純度、品質和生理狀況等）。

34目前三十四頁\總數六十二頁\編于十一點定義：在輻射作用下，低分子化合物的不飽和分子彼此連接形成具有高分子量的聚合物的化學過程，稱為輻射聚合。主要用來制備木制聚合物材料和水泥聚合物材料。制備的木制材料輻射劑量10—15戈瑞，可耐火、防菌、防腐蝕。制備的水泥輻射劑量10—15戈瑞，抗拉伸、扭曲、強度增大、滲水性低，在凍結-解凍循環中的耐寒性增強。輻射聚合35目前三十五頁\總數六十二頁\編于十一點輻射聚合36目前三十六頁\總數六十二頁\編于十一點聚烯烴絕緣材料輻射交聯改性

聚合物接受電離輻射能會產生一系列化學變化，其中最主要的是分子鏈的交聯與降解。

交聯即聚合物中性分子以化學鍵聯系在一起，增大了分子量。交聯程度不斷增加導致形成凝膠，即不溶于任何溶劑也不能熔融的網狀結構。

降解則是打斷分子鏈使分子量減少。上述兩種變化都是無規則而且是同時發生的。以交聯為主的聚合物，如聚乙烯、天然橡膠是交聯型，以降解為主的聚合物，如聚四氟乙烯、棉纖維素則是降解型。這種分子量和分子結構的變化會導致聚合物物理、力學等一系列性質的有益變化，提高了高分子材料的質量及應用范圍。分子交聯引起聚合物性能優化更具有實用性，而輻照法常優于化學法。

37目前三十七頁\總數六十二頁\編于十一點聚合物的輻射交聯輻射交聯聚乙烯38目前三十八頁\總數六十二頁\編于十一點

輻射交聯電線電纜

聚烯烴交聯后其性能得到明顯改善，其中最主要的是其熱穩定性和絕緣性能。如交聯聚乙烯電線在90一1240C溫度下可以長期穩定使用，而其介電常數也從2.3降至2.0。聚烯烴交聯方法通常以過氧化物化學法（CV）和硅烷烴交聯法（SV）為主。60年代發展了輻射交聯法，它在很多方面優于化學法。輻照法的優點主要表現在基材多（化學法則僅限于低密度聚乙烯和橡膠），產品性能好、交聯速度快、運轉費用低。但由于加速器較貴，所以一次性投資較高。輻射交聯產品優越，可廣泛應用于飛機、汽車、宇宙飛船、計算機、電視機等家用電器。美國通訊電線已有90%使用聚乙烯輻射交聯電線。美國ITT公司生產的各種規格的阻燃型電線電纜已廣泛用于海上石油平臺。39目前三十九頁\總數六十二頁\編于十一點

現狀與前景

在輻射加工行業中，高分子輻射改性仍然是產值高、效益好的一個重要領域，它具有很高的附加值。目前全世界總產值約接近200億美元。其中70%一80%是電線電纜和熱收縮絕緣材料輻射交聯作出的貢獻。我國輻射交聯電線電纜的研究與開發有較好的基礎。但產品的種類、規格、性能、數量等方面遠不能滿足市場需求。一些特殊規格的電線電纜還需靠進口補充1988年花費1.2億元，1990年7億元而到1994年需高達10億元，可以看出輻射交線電纜的開發在國內的還是一個重要的領域。40目前四十頁\總數六十二頁\編于十一點

輻射交聯熱收縮材料記憶效應與熱收縮材料

聚乙烯等結晶型高分子材料經輻射交聯后加熱到熔點以上時呈現高彈態。若此時將它用外力擴張則冷卻定型后仍能保持此擴張狀態。除去外力并將冷卻定型的這種材料再加熱到結晶熔化溫度，它可重新收縮恢復到原來的狀態，徑向收縮率可達40%，這一現象被稱作記憶效應。40年代初英國學者Charlesby首先發現的這個重要現象，并開發了一種新型形狀記憶材料。41目前四十一頁\總數六十二頁\編于十一點

熱收縮材料的應用領域，現狀與發展熱收縮材料應用范圍很廣，熱收縮材料的應用范圍包括電力工業（電力電纜附件、絕緣包復帶、電纜封躁等）、通訊電纜附件及石油管道、軍事工業及電子工業（細管直管、雙壁管、異型件、焊接管等），以及包裝工業用熱收縮膜。熱收縮材料不僅種類繁多，每種材料還需要不同規格我國輻射化學研究始于60年代，長春應化所和吉林輻化所合作研制，生產了我國第一代熱收縮管并已成功地應用于我國第一顆人造衛星上。目前已應用于各工業領域，并形成相當規模的生產能力和水平。42目前四十二頁\總數六十二頁\編于十一點典型輻射交聯高分子材料配方43目前四十三頁\總數六十二頁\編于十一點輻射硫化：主要針對橡膠制品，如輪胎、膠帶、醫用導管等，用射線在常溫下實現硫化，使材料有好的耐熱性，高溫下抗老化，更好的耐磨性。比化學硫化方法時間短、能耗少、環保。44目前四十四頁\總數六十二頁\編于十一點涂料輻射固化：輻射固化用的涂料的主要成分為不飽和的低聚物，調節粘度的溶劑也是不飽和的乙烯單體，引發其聚合、交聯反應的是紫外線或電子束，使涂料在常溫下迅速固化成膜的技術。統稱輻射固化。輻射技術在保護和改善古文物中的應用。

出土文物的消毒、凈化，出土木器和陶器的固化和定型等。45目前四十五頁\總數六十二頁\編于十一點聚合物的輻射降解輻射交聯的逆過程應用遠景之一是污水的凈化表面活性物質的高穩定性，輻射可以使其降解為較輕的較易排出的物質。46目前四十六頁\總數六十二頁\編于十一點輻射降解的聚四氟乙烯粉末添加到潤滑油中可大大降低摩擦，延長設備使用壽命；聚四氟乙烯粉末添加到低密度聚乙烯中可顯著提高其電學、力學、熱老化等性能。輻射降解目前研究較多的領域是天然材料的輻射降解。棉纖維輻射降解產物是重要的炸藥原材料，比傳統的棉纖維硝化技術具有獨特的優點，抑制了酯化工藝中伴隨聚合物分子量的降低而導致的氧化，硝化時不使用硫酸，提高了炸藥的安全性木、草等纖維經過輻照降解成糖，甚至是乙醇，海洋生物的殼輻射降解47目前四十七頁\總數六十二頁\編于十一點強流電子束在物質中的熱效應輻照可使物體吸收能量從而升溫。例如，當吸收劑量為200戈瑞時，水的溫度升高50℃。與金屬作用48目前四十八頁\總數六十二頁\編于十一點對金屬熱處理電子束熔煉對于鈮、鉭等高熔點金屬很有價值，可獲得高純金屬。49目前四十九頁\總數六十二頁\編于十一點電子束焊接可最大程度降低能耗和工件的溫度變形，使難以焊接的兩種金屬材料接合在一起。廣泛用于航空與空間技術中焊接鈦與鈦合金工件。50目前五十頁\總數六十二頁\編于十一點電子束鉆孔可在硬材料工件，如軸承和金屬沖壓模具上鉆孔，鉆孔時，加工件放在真空裝置中，束流能量在150——200keV，功率在15kW左右。51目前五十一頁\總數六十二頁\編于十一點醫療用品的消毒方法可分為:

加熱消毒法；環氧乙烷（Eto）氣體的化學消毒法；輻射消毒法。環氧乙烷是一種誘變劑，排出室外會造成環境污染，及殘留物對人體有害，近年來有衰落趨勢。輻照法卻由于節能安全無污染，消毒徹底而有較快發展。所消毒的醫療器件達幾十種，包括注射器、橡膠手套、靜脈導管、縫合線等。輻照法所用輻射源主要是60Co核素源的γ射線，最近有使用10MeV以下高能電子束的趨向。產品經24kGy劑量輻照即可達到消毒的要求。醫療用品的輻射消毒52目前五十二頁\總數六十二頁\編于十一點53目前五十三頁\總數六十二頁\編于十一點

輻射滅菌的劑量標準

輻射消毒的基礎是電離輻射的殺滅致病微生物的能力，“滅菌保證水平”是一個重要概念。在輻射消毒中，樣品接受多大劑量才能達到“無菌保證水平”呢？這個值可用下列公式計算。

式中：SD為達到“滅菌保證水平”所需劑量；No、N為輻射滅菌前樣品中初始污染菌數和滅菌處理后樣品中污染菌的存活數；D10為樣品中細菌減少到原始數量1/10所需劑量。54目前五十四頁\總數六十二頁\編于十一點三廢處理隨著世界經濟的高速發展和人口的增長，廢水、廢氣、和廢物的數量與資源的消耗量也急劇上升。保護環境、保護人類賴以生存的地球和節約資源，已成為世界各國政府和公眾共同的呼聲。廢氣廢水污泥55目前五十五頁\總數六十二頁\編于十一點全世界每年排入大氣中的有害氣體有幾億噸，帶來了環境污染和酸雨危害。我國火力發電占75%，大部分燒煤。我國的煤炭含硫量較高，發電廠、冶煉廠等燒煤大戶釋放了大量二氧化硫和氮氧化物到空氣中，造成嚴重的酸雨和空氣污染。煙道廢氣現在多用化學法處理，運行費用高，效果差。電子加速器輻射治理煙道廢氣是一種環保的新技術。56目前五十六頁\總數六十二頁\編于十一點

電子束氨法煙氣脫硫脫硝技術是我國核技術在環保領域的典型應用，是軍轉民工作的重要成果。該技術利用電子加速器產生的電子束輻照含二