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在元素周期表中，一个元素占据一个位置。后来，科学家又进一步发现，同一位元素的原子并不完全一样，有的原子重些，有的原子轻些；有的原子很稳定，不会变，有的原子有放射性，会变化，衰变后成了另一种元素的原子。我们把这些处于同一位的元素但有不同性质的原子称为同位素。同位素中有的会放出射线，因此称放射性同位素。放射性同位素具有以下三个特性：

第一，能放出各种不同的射线。有的放出α射线，有的放出β射线，有的放出γ射线或者同时放出其中的两种射线。还有中子射线。其中，α射线是一束α粒子流，带正电荷，β射线就是电子流，带有负电荷。

第二，放出的射线由不同原子核本身决定。例如钴－60原子核每次发生衰变时，都要放射出三个粒子：一个β粒子和两个光子，钴－60最终变成了稳定的镍－60。　　

第三，具有一定的寿命。人们将开始存在的放射性同位素的原子核数目减少到一半时所需的时间，称为半衰期。例如钴－60的半衰期为5.27年

放射性同位素有三个主要来源——加速器中带电粒子的产物，反应堆中的中子轰击产物和分离出的裂变产物。使用放射性同位素的主要优点是可以通过测定它们发射的粒子和鉴定其特有的半衰期和辐射性质，探测它们的存在。放射性同位素在能源、工业、农业、医疗、环境、考古等诸多方面都有着广泛的应用。

示踪技术

示踪方法是引入少量放射性同位素，并随时观察其行踪的方法。例如在肥料中掺入少量的放射性磷-32（半衰期为14.28天，发射1.7兆电子伏的β粒子），可以找到给植物施磷肥的最好方法。用探测或照相胶片测量辐射随时间的变化及其在植物中的位置，就能得到磷的摄入率和累积率的准确资料。同样，给人体注射无害的放射性钠-24（半衰期15.03小时）溶液，可以进行人体血液循环的示踪实验。为了医学诊断的目的，希望引入足够的放射性物质以便提供所需要的数据，但是放射性物质不能达到有害于人体的程度。

再如，监视掺合了放射性同位素流体的行踪可以确定许多种物质的流速，如人体中的血液，输油管中的石油或排入江河中的污水等。利用示踪技术还可以对生物体内的农药形式进行分析，研究农药施用后发生的变化及其在生态系统中运动的规律。

有关光合作用的基本产物的知识，也是在利用二氧化碳-14（¹⁴CO₂）作为示踪剂之后才被人们所了解的。二氧化碳-14中的碳-14是碳的一个放射性同位素。此外，有些植物具有非常巧妙的机能--在夜间，不断地吸收二氧化碳，到了白昼，就在叶子中进行光合作用。这一现象也是利用二氧化碳-14进行研究后才发现的。

利用示踪剂二氧化碳-14还可以研究有关植物呼吸的详细情况。例如，由于昼夜之间的差别，植物的呼吸情况有什么不同？呼吸对光合作用有什么影响？不同植物之间，呼吸有什么差异等等。

此外，由光合作用产生的淀粉、蛋白质、脂肪等各种物质，在植物体内是怎么样运动、转移的？又是怎么样积累并贮存到各种不同的“仓库”里去的？这些“仓库”包括果实（像稻米、小麦）、
茎（像土豆）、根块（像甘薯）等。所有这些自然界的巧妙安排和行为，也都是在利用示踪剂--二氧化碳-14进行研究之后才得以解释清楚。目前，除了碳-14以外，还可配合使用其它的放射性同位素，如磷-32、氢-3等作示踪剂，从而使一些研究工作能够做得更加细致周密。

还有一些工作，如除草剂的研究、家畜或鸡饲料中养分的传送方式的研究以及各种昆虫的生态方面的研究等等，都离不开使用示踪剂的方法。正是因为有了示踪剂技术，才为各种精密的研究开辟了新的道路，促进了各方面研究工作的开展。

中子活化分析

活化分析是一种揭示微量杂质的存在及其数量的分析方法。用中子（如反应堆中子）辐照可能含有某种痕量元素的材料样品，不同的原子核吃掉慢中子后产生的放射性同位素会进行完全不同的核衰变，通过测量其发射的β或γ射线的特有能量和强度，就能得到有关杂质的含量。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。

这种测定方法用途广泛。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。

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。另外，活化分析也可以研究煤烟或废水是如何扩散的？

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，也常常要透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，便可透过活化分析来判断。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、乙或者其它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。透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（La）、钕（Nd）等等不同的微量稀土元素，透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，是透过照片复制而成的。

引发物种变异

应用原子反应堆产生的热中子或加速器产生的快中子，以及放射性同位素放出的射线都可以使生物细胞内遗传物质的结构发生改变，因而引起生物形形色色的性状突变。放射性同位素的这种性质可以为我们：

1. 辐射育种

随着科学技术的发展，人们已不再单纯地利用植物本身自然产生的变异，而是能够应用现代科学的成就来人工创造新的变异类型，这种方法叫“人工引变”。大体说来，应用人工引变诱发的有利突变可以有千分之一的机率，而自然产生的突变只有百万分之一的机率，人工引变可以提高突变率一千倍。但是到目前为止，人们还不能控制变异的方向。我们必须在各种变异的后代中，进行认真仔细的选择，才能育成符合我们所期望的良种。这种应用射线引变选育良种的方法叫做“辐射育种”。它是继“系统选种”，“杂交育种”之后而兴起的一种新的育种方法。

2.辐射灭虫
大量的辐照也可以使某些害虫发生变异。例如：螺旋蝇的幼虫在经过一定辐射后，就会丧失生育能力。然后，让这些绝育的螺旋蝇与虫灾地区的螺旋蝇进行交配，可让交配后的雌虫再也不会产卵繁殖了。这样，经过大约一年半的时间，就可以使这种蝇灭绝。这种消灭害虫的作战方法叫做“辐射绝育法”，也叫“雄性不育法”。