廣島上空巨大的蘑菇云讓全世界都認(rèn)識(shí)了核能的威力。戰(zhàn)爭(zhēng)的陰霾煙消云散之后,核能的和平利用為人類未來的新生活撒下了一縷陽光。特別是近年來,為了保護(hù)人類的生存環(huán)境,大力發(fā)展以核能為代表的清潔能源已成為全世界的共識(shí)。在美國(guó)和日本的國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值中,核技術(shù)的貢獻(xiàn)約占3%—4%,美國(guó)核技術(shù)產(chǎn)業(yè)的年產(chǎn)值約為3500億美元,日本約為1500億美元,而我國(guó)的核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值為386億,僅占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的0.4%。
放射性同位素工業(yè)是核工業(yè)的一個(gè)重要分支。放射性同位素技術(shù)應(yīng)用于工、農(nóng)、醫(yī)中而產(chǎn)生出工業(yè)同位素示蹤、放射性診斷和治療、輻射育種和輻射加工工業(yè)等行業(yè)。輻射加工被稱為同位素工業(yè)中的輕工業(yè)。全世界輻射加工的年產(chǎn)值為200億,每年以20%的速度增長(zhǎng)。用于輻射加工的電子加速器超過1000臺(tái),總功率約為45MW,Co60輻照裝置220座,強(qiáng)度約1億居里。
同位素在衰變時(shí)釋放出射線,發(fā)生核輻射,當(dāng)核輻射直接或間接的使物質(zhì)產(chǎn)生電離就是電離輻射。輻射加工是利用電離輻射為手段對(duì)物質(zhì)和材料進(jìn)行加工處理的一門技術(shù)。這門技術(shù)涉及到物理學(xué)、化學(xué)、輻射化學(xué)、生物化學(xué)、輻射生物學(xué)、食品學(xué)、遺傳學(xué)和微生物學(xué),是一門綜合應(yīng)用科學(xué)技術(shù)。目前,輻射加工已在醫(yī)療衛(wèi)生用品、藥品的滅菌和消毒、食品保存、抑制農(nóng)作物發(fā)芽、酒醇化、三廢處理、交聯(lián)線纜、熱縮材料、橡膠硫化、泡沫塑料、表面固化、中子嬗變摻雜單晶硅等領(lǐng)域取得顯著成效,形成了產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
輻射加工業(yè)的特點(diǎn)及發(fā)展前景
輻射加工行業(yè)的蓬勃發(fā)展,依賴于輻射加工技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn):一是輻射加工可在常溫下進(jìn)行,適用于對(duì)熱敏感的產(chǎn)品;二是輻射的穿透性強(qiáng),作用均勻徹底;三是無殘留;四是輻射源發(fā)射射線的能量及強(qiáng)度穩(wěn)定可靠,易于控制;五是操作簡(jiǎn)便,速度快,易于實(shí)現(xiàn)工藝的自動(dòng)化六是不易污染環(huán)境。輻射加工為諸多行業(yè)的生產(chǎn)帶來了重要的技術(shù)變革,也因此而成為代表高科技的朝陽產(chǎn)業(yè)。
輻射加工的設(shè)備
輻射加工的設(shè)備通常有兩類:一種是電子加速器,它的優(yōu)點(diǎn)是易于控制,缺點(diǎn)是電子射線的穿透性差(與γ射線比),不易到達(dá)物質(zhì)的深層。另一種是鈷60-γ輻射裝置,這是我國(guó)目前最普通的輻射加工設(shè)備,它的優(yōu)點(diǎn)是穿透性好,可形成較均勻的劑量場(chǎng)。
輻射加工的范圍及應(yīng)用
醫(yī)療衛(wèi)生用品的消毒和滅菌
這種處理的目的是殺滅醫(yī)療衛(wèi)生用品中的致病微生物(消毒)或所有微生物(滅菌),電離輻射可使微生物的核糖核酸、蛋白質(zhì)及酶變性、失活,使其致死。同時(shí)也可電離微生物細(xì)胞中的水分子,所產(chǎn)生的自由基與核糖核酸、蛋白質(zhì)及酶發(fā)生氧化還原反應(yīng),也可致死微生物。
當(dāng)前,用于醫(yī)療衛(wèi)生用品的消毒和滅菌的方法有十幾種,如:還氧乙烷、高壓蒸汽、微波、膜過濾、高頻極化等,其中,以輻射(以鈷-60γ輻射為主)和環(huán)氧乙烷占的市場(chǎng)份額最大。環(huán)氧乙烷滅菌產(chǎn)生的廢氣可能污染環(huán)境,被滅菌產(chǎn)品中的殘留化學(xué)物質(zhì)對(duì)人有致畸致癌的作用,因此,環(huán)氧乙烷滅菌醫(yī)療衛(wèi)生用品在歐、美國(guó)家受到限制。輻射方法的優(yōu)點(diǎn)是消毒、滅菌徹底,節(jié)省能源,不污染環(huán)境,無殘留物、操作簡(jiǎn)便且是冷處理,特別適合風(fēng)險(xiǎn)高和滅菌要求高的醫(yī)療用品。
1956年美國(guó)Ethicon公司首次采用電子加速器進(jìn)行手術(shù)縫合線和一次性使用注射器及針頭的滅菌實(shí)驗(yàn),60年代,澳、英、法等國(guó)家工業(yè)化的輻照裝置相繼投入運(yùn)行。經(jīng)過40-50年的發(fā)展,目前,全世界45個(gè)國(guó)家的220座輻照源中80%用于輻照醫(yī)療衛(wèi)生產(chǎn)品。在美國(guó)、日本、歐洲(德國(guó)除外),60%的醫(yī)療衛(wèi)生用品采用輻射處理。1989年我國(guó)建立了第一個(gè)醫(yī)療用品輻射消毒實(shí)驗(yàn)開發(fā)基地,即北京射線應(yīng)用研究中心。但由于種種原因,我國(guó)醫(yī)療衛(wèi)生用品的輻射加工量?jī)H占全部輻射加工量的10%-20%。
可輻射加工處理的醫(yī)療衛(wèi)生用品有上千種,如:人工關(guān)節(jié)、人造皮膚、注射器、輸液器、外科手套、外科敷料、紗布、衛(wèi)生巾、手術(shù)器械、手術(shù)衣等。隨著醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展,人民醫(yī)療衛(wèi)生水平的提高及對(duì)傳染病控制的加強(qiáng),醫(yī)療衛(wèi)生用品的滅菌需求將不斷增大。特別是,在各種物理化學(xué)消毒滅菌方法的誘變下,微生物世界不斷產(chǎn)生新種,被篩選出新種耐受消毒滅菌方法的抗性也在不斷增強(qiáng),Y輻射能夠破壞微生物分子的各級(jí)結(jié)構(gòu),徹底殺滅微生物,是有效的滅菌方法,因而在保護(hù)人民健康、預(yù)防和控制傳染病中將起到越來越重要的作用。
藥品的消毒和滅菌
這種處理的目的是殺滅藥品中的致病微生物(消毒)或所有微生物(滅菌)�？诜幰话悴捎孟�,創(chuàng)傷及無菌體腔用藥一般采用滅菌。在我國(guó),成產(chǎn)業(yè)規(guī)模輻照的品種主要是中藥。
1978年以來,國(guó)家科委在“六五”、“七五”、“八五”三個(gè)五年計(jì)劃中組織了15年中藥輻照的研究,從事中藥研究、檢測(cè)、生產(chǎn)和輻射加工的28個(gè)單位參加了研究工作,先后對(duì)204種藥材、44種單品蜜丸、74種中成藥及54種化學(xué)成分單體進(jìn)行了60Co-γ射線輻照前后的質(zhì)量考察,對(duì)其中部分品種作了化學(xué)、藥理、毒理研究。對(duì)部分中成藥有效成分輻照前后的變化作了考察。對(duì)6種藥材、7種化學(xué)成分單體及3種成藥附加劑的輻解產(chǎn)物作了深入研究。研究結(jié)果肯定了輻照滅菌效果。依據(jù)以上研究成果,衛(wèi)生部制定了中藥輻照規(guī)范。中藥輻射消毒方法的設(shè)立在中藥微生物標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立之初為中藥消毒提供了一個(gè)有效的、不可缺少的方法。事實(shí)上,中藥材的輻射消毒已成為中藥加工的一道工序,近20年來,中藥輻照一直在輻射加工中占有較大的比重。
隨著技術(shù)進(jìn)步,現(xiàn)在用于藥品消毒滅菌的方法有近10種之多,如:低溫等離子技術(shù)、高頻極化技術(shù)、超高靜壓技術(shù)、膜過濾技術(shù)等,但還沒有一種技術(shù)像輻射加工技術(shù)這樣,就其在加工藥品中的應(yīng)用,經(jīng)過如此系統(tǒng)的、大規(guī)模的研究和論證。
食品保存
輻照食品的目的是提高食品衛(wèi)生質(zhì)量,延長(zhǎng)保存期。食品輻照的優(yōu)點(diǎn)很多:一是節(jié)能,與冷藏相比較,輻射加工的耗能要低十幾至幾十倍.二是環(huán)保。核能是清潔能源;三是方便快捷高效。輻照裝置可以連續(xù)、大批量地處理各種包裝的產(chǎn)品,支持工業(yè)化的規(guī)模生產(chǎn);四是保持食品風(fēng)味。由于冷消毒,所以口味破壞較熱加工少;五是安全,沒有殘留。
從20世紀(jì)50年代開始,許多國(guó)家都開始了食品輻照的研究。1961年聯(lián)合國(guó)FAO/IAEA/WHO三個(gè)組織正式成立食品輻照安全聯(lián)合專家委員會(huì)。經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的研究與論證,1999年FAO/IAEA/WHO正式宣布:“在當(dāng)前技術(shù)可達(dá)到的任何劑量的處理下,這些食品都是安全的和具有營(yíng)養(yǎng)適宜性”。到2003年,已有52個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)了輻照食品, 其中,33個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。
食品輻照的發(fā)展受到了頻發(fā)的食品中毒事件的推動(dòng)。1993年美國(guó)發(fā)生了因漢堡牛肉餅引發(fā)火腸桿菌0157:H7感染,造成700多人發(fā)病,4人死亡的事件,導(dǎo)致美國(guó)FDA批準(zhǔn)紅肉輻照。繼而發(fā)生的單核細(xì)胞增生李斯特氏菌感染、瘋牛病、禽流感都是由食品不潔引起的。1994年世界衛(wèi)生組織發(fā)表的專題研究報(bào)告《輻照食品在安全和營(yíng)養(yǎng)上的有效性》指出:在發(fā)展中國(guó)家有高達(dá)70%的腹瀉病例是由食物傳染的,患食品傳染病而死亡的人數(shù)約占總死亡人數(shù)的25%。許多國(guó)家已把食品輻照作為預(yù)防食源性疾病的一種有效手段。
我國(guó)從1958年開始食品輻照研究,1984年食品輻照商業(yè)化開始啟動(dòng),1994年衛(wèi)生部批準(zhǔn)了18種輻照食品的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),1997年公布了6類輻照食品的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。1999年食品輻照量達(dá)8.6萬噸,2002年超過10萬噸,位居世界首位。
輻照食品的種類有:花粉、熟畜禽肉、干果果脯、香辛料、新鮮水果、蔬菜類、冷凍包裝畜禽肉、豆類、谷類及其制品、薯干酒等。除此之外還有近年發(fā)展起來的功能食品,如:保健茶、螺旋藻、靈芝孢子粉、龜鱉蛇制品及減肥茶等。輻照食品的種類之多遍及了人們?nèi)粘Ｊ称返母鱾�(gè)角落,而且已形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。由此可見,輻照技術(shù)在食品安全中起著重要作用。
輻照滅菌的食品還可為宇航員和免疫缺陷癥患者服務(wù)。宇航員食用無菌食品是為了避免污染外太空。免疫缺陷癥患者食用無菌產(chǎn)品是為了不因食品引起感染。
輻照技術(shù)還用于處理飼料,無菌飼料喂養(yǎng)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的無菌動(dòng)物;消毒飼料減少飼料中添加的抗生素以提高畜禽肉的質(zhì)量。
殺蟲及抑制農(nóng)作物發(fā)芽、延長(zhǎng)保存期
中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),農(nóng)副產(chǎn)品在儲(chǔ)藏中的損失巨大,被蟲吃掉、霉變和發(fā)酵是主要原因。據(jù)《中國(guó)糧食儲(chǔ)藏大全》記載,我國(guó)的儲(chǔ)糧害蟲有128種。輻照殺蟲是很成熟的技術(shù),除此之外,輻照雄性昆蟲,導(dǎo)致不育后,放歸自然,與雌蟲產(chǎn)生不能發(fā)育的卵,造成昆蟲滅絕,此技術(shù)曾經(jīng)在墨西哥、美國(guó)、智利等國(guó)家成功的用于殺滅和控制地中海蠅。我國(guó)也曾用此技術(shù)以控制棉鈴蟲。
中國(guó)每年進(jìn)口糧食2000多萬噸,還有其他農(nóng)副產(chǎn)品,IAEA鼓勵(lì)各國(guó)家在進(jìn)口檢疫中使用輻照技術(shù),我國(guó)在杜絕進(jìn)口小麥中的矮星黑穗病中使用了輻照技術(shù)。今后,輻照技術(shù)在避免病蟲害進(jìn)口和處理進(jìn)口農(nóng)副產(chǎn)品中會(huì)大有作為。
實(shí)驗(yàn)證明,輻照能夠明顯降低種子的呼吸強(qiáng)度,從而推遲成熟期的到來,達(dá)到延長(zhǎng)貯存期的目的;輻照還可以干擾農(nóng)作物體中ATP的合成,使細(xì)胞核酸減少,從而抑制生物體發(fā)芽。因此,抑制發(fā)芽和延長(zhǎng)貯存期是輻射技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用。輻照土豆、大蒜,抑制發(fā)芽,在土豆大蒜的產(chǎn)區(qū)已被普遍應(yīng)用。
此外,輻照酒以縮短醇化的時(shí)間是輻照技術(shù)的另一個(gè)應(yīng)用,我國(guó)曾經(jīng)做過大量的酒輻照的研究和商業(yè)化嘗試。
輻射化工
輻射化工是利用電離輻射作用于物質(zhì)產(chǎn)生的化學(xué)變化達(dá)到材料改性目的的加工方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:不需要催化劑,反應(yīng)可以在常溫下進(jìn)行,而且,核能無污染、高效、節(jié)能。輻射化工產(chǎn)品涉及到電子通訊、電力交通、石油化工、航空航天和三廢污染治理等諸多方面。
輻射材料改性依發(fā)生反應(yīng)的種類不同而分為輻射交聯(lián)、輻射聚合、輻射固化、輻射降解。輻射交聯(lián)已產(chǎn)業(yè)化,其產(chǎn)品有電線電纜、熱收縮產(chǎn)品、輪胎、聚烯烴發(fā)泡材料、表面涂層固化、高分子PTC元件等。這些產(chǎn)品的產(chǎn)值占輻射化工年總產(chǎn)值的95%以上。輻射聚合的主產(chǎn)品是水性乳膠和離子交換膜,作為家具、木地板的環(huán)保涂料有很好的產(chǎn)業(yè)化前景。輻射固化主要用于表面涂層加工,在一些國(guó)家已形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。輻射降解主要用于天然高聚物、廢塑料、橡膠的再利用,由于成本較高,尚未產(chǎn)業(yè)化。
在美國(guó),輻射化工產(chǎn)品在軍工中使用最早且用量最大,之后,逐漸發(fā)展到民用的通訊、電力、能源等市場(chǎng)。1998年北美輻射硫化輪胎的產(chǎn)值達(dá)到135億美元。在日本,輻射硫化的輪胎對(duì)日本的汽車工業(yè)有著極大的貢獻(xiàn)。在亞洲地區(qū),耐熱線纜、熱縮材料、輪胎也已形成了產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
我國(guó)輻射化工產(chǎn)業(yè)自80年代起步至今已有20余年了,目前,從事輻射化工生產(chǎn)和研究的機(jī)構(gòu)有60多家,到2002年底,我國(guó)輻射化工產(chǎn)品的產(chǎn)值已接近27億,其中交聯(lián)電信電纜和熱收縮材料占輻射化工總產(chǎn)值的80%。與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家比,我國(guó)的輻射化工產(chǎn)業(yè)的規(guī)模小、產(chǎn)品種類少。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的背景下,輻射化工業(yè)存在著極大的市場(chǎng)空間,如:輻射交聯(lián)電線電纜面對(duì)著新型建筑用線、汽車用線、船用線、電力電纜、核電站高性能電纜等市場(chǎng),熱縮材料面對(duì)著信息化向農(nóng)村的推進(jìn)、國(guó)防事業(yè)的進(jìn)步,醫(yī)療制度的改革、西氣東輸及國(guó)際石油管道的建設(shè)等市場(chǎng),環(huán)保涂料每年有100萬噸的需求。
除此之外,將輻射技術(shù)用于制造納米材料是輻射技術(shù)的新應(yīng)用,制造出的納米金屬等產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)藥、化工、軍事、航天航空及生物醫(yī)學(xué)中。
三廢處理
輻射火力發(fā)電廠煙道氣脫硫脫硝,輻射能被煙道氣中的水份、氧及氮吸收,生成的自由基可加速氧化反應(yīng),從而有效地消除煙道氣中的污染物。輻射廢水去除有機(jī)氯和重金屬,在很多國(guó)家都有這種示范工廠。德國(guó)、美國(guó)、日本、印度及阿根廷都建有鈷-60污泥處理廠。韓國(guó)大丘印染聯(lián)合業(yè)1998建立了輻射污水處理廠。
我國(guó)有2000多座火力發(fā)電廠可做輻射處理廢氣,有3000億元的市場(chǎng)規(guī)模。此外醫(yī)療垃圾的輻射無害化處理也是三廢處理的一個(gè)新的方向。
毛皮、煙草、文物等的保存
使用輻射技術(shù)處理毛皮、煙草及文物,以達(dá)到延長(zhǎng)保存期的目的。輻射煙草的目的主要是除霉菌,也有報(bào)道稱,輻射處理過的煙草焦油量降低。毛皮及文物的輻射主要是殺滅各種微生物以阻止微生物對(duì)毛皮和文物的侵蝕。
總之,輻射加工是一種環(huán)保的、使用新型能源的、可廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的技術(shù),全面落實(shí)以人為本、全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展觀,必將為其開拓廣泛的發(fā)展前景。
