核辐射应用技术课件.pptx

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1、诱变育种诱变育种概念概念 利用物理、化学因素诱导植物的利用物理、化学因素诱导植物的遗传特性发生变异，根据育种目标要遗传特性发生变异，根据育种目标要求，求，对突变体进行选择和鉴定，直接对突变体进行选择和鉴定，直接或间接地培育成生产上有利用价值的或间接地培育成生产上有利用价值的新品种的育种途径。新品种的育种途径。第1页/共106页成就成就p新品种及应用新品种及应用 据FAOIAEA突变品种数据库最新统计，到2009年9月底，有60多个国家在170多种植物上育成并通过商业注册的植物突变品种总数已达3088个，其中突变体直接利用品种1984个，占突变品种总数的642。我国已累计在45种植物上培育出80

2、2个植物突变品种，占国际同期育成植物突变品种总量的14强、国内同期各种方法培育成新品种总数的86，种植面积约占全国推广良种种植面积的10，最大年种植面积达到900万hm2。第2页/共106页p新种质新种质及及利用利用 与诱发突变品的直接利用相比，诱变创生的种质资源的利用价值则更大。利用诱变手段几乎可以实现对植物所有重要性状的改良，如生育期、株型结构、抗耐逆境、籽粒与营养品质和产量潜力等。辐射突变种质资源在品种培育和功能基因组等基础研究中发挥着重要作用。突变体基因资源不仅对定位和克隆未知基因具重要意义，对研究已知相关基因的结构与功能也有重要价值。第3页/共106页特点特点p提高突变率提高突变率,

3、扩大变异谱扩大变异谱自自然然突突变变频频率率低低,辐辐射射可可增增大大突突变变频频率率1000倍倍左左右右，诱诱发发全全新新类类型型，迅迅速速丰丰富富基基因库，扩大选择范围。因库，扩大选择范围。p适于改良品种的个别单一性状适于改良品种的个别单一性状对亲本辐射诱导点突变，可改变某一对亲本辐射诱导点突变，可改变某一缺馅，提高其综合性状缺馅，提高其综合性状,如作物的抗逆性诱如作物的抗逆性诱变。变。p育种程序简单育种程序简单,年限短年限短第4页/共106页p打破打破不良不良基因连锁基因连锁,促进有利基因重组促进有利基因重组p克服远缘杂交不亲和性克服远缘杂交不亲和性通过照射花粉，可克服不亲合性，提高结实

4、通过照射花粉，可克服不亲合性，提高结实率，使远缘杂交成功。率，使远缘杂交成功。p其他独特用途其他独特用途如促进孤雌生殖；诱发染色体结构变异创造如促进孤雌生殖；诱发染色体结构变异创造不育性或无籽果实；诱发体细胞突变，创造果树不育性或无籽果实；诱发体细胞突变，创造果树及无性繁殖植物的新品种等。及无性繁殖植物的新品种等。p诱变的方向和性质难以控制诱变的方向和性质难以控制p在一个突变体中，很难出现多个理想性状的变异。在一个突变体中，很难出现多个理想性状的变异。第5页/共106页类型类型诱变常用的辐射类型诱变常用的辐射类型 电离辐射电离辐射 非电离辐射非电离辐射 微粒辐射微粒辐射 电磁辐射电磁辐射 紫外

5、线紫外线 不带电粒子不带电粒子 带电粒子带电粒子 射线射线 射线射线 中子中子 质子质子 粒子粒子 粒子粒子第6页/共106页第7页/共106页其他最新技术其他最新技术p 激光辐照诱变激光辐照诱变 辐照源为辐照源为2000-10000 2000-10000 AA激光激光 。p离子注入诱变离子注入诱变：辐照源为加速器产生辐照源为加速器产生的各类粒子束流。的各类粒子束流。p空间诱变育种空间诱变育种通过返回式卫星或高通过返回式卫星或高空气球空气球(30-40km)(30-40km)搭载，搭载，利用空间的特殊环境进行利用空间的特殊环境进行诱变的途径。诱变的途径。第8页/共106页航航航航 天天天天 葫

6、葫葫葫 芦芦芦芦第9页/共106页航椒航椒航椒航椒1 1 1 1号号号号航茄航茄航茄航茄2 2 2 2号号号号第10页/共106页机理机理 在在分子水平上，诱变机理研究主要围绕分子水平上，诱变机理研究主要围绕DNADNA损伤、修复及其与突变形成的关系进行损伤、修复及其与突变形成的关系进行的。的。辐射可使辐射可使A-TA-T，C-GC-G之间的氢键断裂；之间的氢键断裂；DNADNA链中糖与磷酸基之间发生断裂链中糖与磷酸基之间发生断裂;DNA;DNA上相上相邻胸腺嘧啶之间形成二聚体；邻胸腺嘧啶之间形成二聚体；DNADNA链的断裂链的断裂和交联。和交联。DNADNA损伤后，若发生错误修复，并在复损伤

7、后，若发生错误修复，并在复制过程将其保留，则制过程将其保留，则形成突变。形成突变。第11页/共106页染色体畸变染色体畸变指染色体数目的增减或结构的改变。因此，染色体畸变可分为数目畸变和结构畸变两大类。数目畸变数目畸变 1）单体性二倍体细胞的某同源染色体只有一个而不是两个的现象，即2n-1。2）缺体性二倍体生物的体细胞缺失了某一对同源染色体的现象，即2n-2。3）三体性二倍体细胞的某同源染色体为三个的现象，即2n+1。4）多体性二倍体细胞的某同源染色体的数目在三个以上的现象。第12页/共106页结构畸变结构畸变 在射线作用下，染色体断裂的频率增加，断在射线作用下，染色体断裂的频率增加，断裂后的

8、染色体重新连接，产生四种结构变异染色裂后的染色体重新连接，产生四种结构变异染色体体 缺失缺失 丢失了带有基因的片段。丢失了带有基因的片段。重复重复 染色体个别节段的增加。染色体个别节段的增加。倒位倒位 染色体的某一节段发生断裂后，倒转染色体的某一节段发生断裂后，倒转180180又重新连结起来。又重新连结起来。易位易位 非同源染色体之间交换片段。非同源染色体之间交换片段。第13页/共106页第14页/共106页第15页/共106页第16页/共106页第17页/共106页基因突变基因突变分子机制:基因相当于染色体上的一点，称为位点(1ocus)。一个位点还可以分成许多基本单位，称为座位(site)

9、。一个座位一般指一个核苷酸对，其中一个碱基发生改变可能产生一个突变。所以，突变就是基因内不同座位的改变。一个基因内不同座位的改变形成许多等位基因复等位基因。第18页/共106页第19页/共106页突变类型突变类型 转换 同型间 TC 碱基替换 取代突变 颠换 异型间 AC 碱基倒位基因突变 碱基缺失 ATCGATATGAT 移码突变 碱基插入 ATCGATATCGGAT第20页/共106页第21页/共106页p外照射外照射 指被照射植物材料置于外部辐射源接受照射的方法。这种方法简便，在诱变育种中比较常用。钴室钴圃方法方法第22页/共106页3诱变机理：.自发突变：由宇宙射线或环境中的其它天然诱

10、变因素引起；由于正常细胞中酶出“差错”在内部形成能起诱变作用的代谢产物改变DNA分子的结构。重组本身不对等交换，也能产生可遗传变异。果蝇：16A区段16A重复棒眼 第23页/共106页 根据照射时间的长短，分为急性照射和慢根据照射时间的长短，分为急性照射和慢性照射。性照射。急性照射急性照射指采用较高的剂量率进行短时间处理。慢性照射慢性照射是在长时间内进行低剂量率的缓慢照射。材料在慢照射时较急照射时的损伤轻,形态畸变少,且诱变效果稳定。照射材料包括照射材料包括：种子、球茎、块茎、鳞茎、花粉、植株等。第24页/共106页p内照射内照射 将放射性核素引入植物体内，在体内将放射性核素引入植物体内，在体

11、内进行照射。其具有剂量低、持续时间长、进行照射。其具有剂量低、持续时间长、多数植物可在生育阶段进行处理等优点，多数植物可在生育阶段进行处理等优点，但操作和管理较麻烦，但操作和管理较麻烦，目前已很小应用。目前已很小应用。第25页/共106页程序程序 处理材料的选择处理材料的选择剂量和剂量率的选择剂量和剂量率的选择诱变处理和的栽培选育诱变处理和的栽培选育突变体的筛学与鉴定突变体的筛学与鉴定第26页/共106页p处理材料的选择处理材料的选择综合性状良好，只存在个别缺点的品种综合性状良好，只存在个别缺点的品种杂交材料杂交材料单倍体单倍体多倍体多倍体第27页/共106页处理部位的选择处理部位的选择可处理

12、干种子,湿种子,萌动种子,应用较多的是处理干种子。优点是很少产生嵌合体 一旦获得好的突变体,就可直接繁殖利用。有时可诱发孤雌生殖 1.种子种子2.完整植株完整植株3.花粉花粉4.子房子房5.合子合子6.营养器官营养器官7.组织培养物组织培养物第28页/共106页p剂量和剂量率的选择剂量和剂量率的选择作物的因素作物的因素对辐射的敏感性。测定辐射敏感性 的指标：生长受抑制的程度 半致矮剂量半致矮剂量(D50)植株成活率 致死剂量致死剂量（LD100）辐射引起植株全部死亡剂量。半致死剂量半致死剂量（LD50）辐射引起50%植株死亡剂量。临界剂量临界剂量 辐射后植株存活40%的剂量。第29页/共106

13、页植株不育程度（不育株%）幼苗根尖和幼芽细胞分裂时染色体畸变率以细胞分裂间期细胞体积、染色体体积作指标。第30页/共106页第31页/共106页对辐射敏感性的差异对辐射敏感性的差异 1）不同科、属、种、品种敏感性不同 豆科豆科 禾本科禾本科 十字花科十字花科 2）不同倍数植物敏感性不同 二倍体二倍体 多倍体多倍体 3）不同器官、组织、细胞、成分敏感性不同 植株植株 种子；根种子；根 叶；分生组织叶；分生组织 其它组织其它组织 性细胞性细胞 体细胞；卵细胞体细胞；卵细胞 花粉细胞花粉细胞 4）不同发育时期、不同生理状态辐照敏感性不同 幼龄植株幼龄植株 老龄植株老龄植株；未成熟种子未成熟种子 成熟

14、种子；萌动芽成熟种子；萌动芽 休眠芽休眠芽。第32页/共106页环境因素环境因素影响辐射效应的环境因素。氧效应：氧效应：在有氧条件下能显著增加辐射的敏感性。在有氧条件下能显著增加辐射的敏感性。水水分分效效应应：当当种种子子含含水水量量增增加加到到使使种种子子萌萌动动的的程程度度时时，对辐射的敏感性急剧增加。对辐射的敏感性急剧增加。温度：温度：辐射敏感性随辐照时温度的降低而减弱。辐射敏感性随辐照时温度的降低而减弱。化学因素化学因素辐辐射射敏敏化化剂剂 抑抑制制染染色色体体的的扩扩散散,如如EDTA EDTA，抑抑制制损损伤伤的的修修复复,如如咖咖啡啡因因；辐辐射射保保护护剂剂 有有利利于于损损伤

15、伤恢恢复复，降降低低辐辐射射生生物学效应的物质，如酪氨酸物学效应的物质，如酪氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 色氨酸。色氨酸。物理因素物理因素主主要要射射线线种种类类、剂剂量量率率、照照射射方方式式等等对对植植物物辐辐射射敏敏感感性性的的影响。影响。第33页/共106页诱变剂量的确定原则诱变剂量的确定原则 诱变效应与剂量成正比关系，剂量过高存活率太低，或染色体畸变较多，过低则突变率太低。原则：活：后代要有一定的成活植株。变：在成活植株中，有较大的变异效应。优：产生的变异有较多的有利突变。第34页/共106页诱变处理后的选育诱变处理后的选育无性繁殖园艺作物后代选择无性繁殖园艺作物后代选择特点特点存在嵌合体

16、；存在嵌合体；处理群体小；处理群体小；评选优良基因型需要时间长。评选优良基因型需要时间长。方法方法分离繁殖法分离繁殖法短截修剪法短截修剪法不定芽法不定芽法第35页/共106页有性繁殖园艺作物后代选择有性繁殖园艺作物后代选择p诱变一代M1 经过诱变处理的种子或营养器官所长成的植株或直接处理的植株。M1的种植与选择 按不同处理点播或稀条播，如果处理的是种子，多采用密植；M1的选择，原因：M1存在着生物学损伤，植株生长较差。突变往往发生在个别细胞中，植株是由变异和不变异的细胞组成的嵌合体。突变多是隐性突变，形态上不易显露出来。第36页/共106页p诱变二代M2M2的种植：根据收获种子的方式按处理点播

17、M2的选择：是选择的关键世代，根据育种目标多采用单株选择法。pM3及以后世代的种植与选择种植：入选突变株种成株行。选择：稳定的株行可混收，分离的株行继续选株。第37页/共106页 突变体鉴定和选择突变体鉴定和选择形态鉴定形态鉴定细胞学鉴定细胞学鉴定DNA分子标记与突变体的筛选和鉴定分子标记与突变体的筛选和鉴定目测或借助于简单工具进行观察、记载、考种 鉴定染色体的结构变异,用材料的初生根 通过分析DNA标记，间接对某些农艺性状进行选择 第38页/共106页提高诱变育种效率的方法提高诱变育种效率的方法p衡量诱变效果的指标衡量诱变效果的指标突变率 某一突变类型个体数占调查群体总数。诱变效率 第39页

18、/共106页p工艺及技术手段工艺及技术手段选择适宜的育种材料。确定适宜的诱变剂和诱变剂量。采用适宜的处理生育期。可采用综合诱变处理。与其它育种方法相结合。第40页/共106页展望展望与杂交育种结合与杂交育种结合将突变性状转到另一品种，突变体之间杂交可将突变性状转到另一品种，突变体之间杂交可以产生更优良的品种。以产生更优良的品种。与组织培养结合与组织培养结合诱变处理组织和细胞的离体培养，有助于发诱变处理组织和细胞的离体培养，有助于发现、分立和培育突变体。现、分立和培育突变体。与远缘杂交结合与远缘杂交结合通过花粉处理，可克服不亲合性，提高结实通过花粉处理，可克服不亲合性，提高结实率，使远缘杂交成功

19、。率，使远缘杂交成功。与分子标记结合与分子标记结合DNA标记用于突变体的筛选和鉴定。标记用于突变体的筛选和鉴定。第41页/共106页食品辐照保藏食品辐照保藏p概念概念 利用电离辐射照射的杀虫、灭菌、抑制发芽、利用电离辐射照射的杀虫、灭菌、抑制发芽、抑制成熟作用，通过辐照以减少食品贮存和运耗抑制成熟作用，通过辐照以减少食品贮存和运耗损，延长货架期，提高食品的卫生品质的食品加损，延长货架期，提高食品的卫生品质的食品加工技术。工技术。p特点特点 优点优点 杀菌杀虫彻底，剂量可根据需要进行调节。杀菌杀虫彻底，剂量可根据需要进行调节。在剂量（在剂量（5kGy5kGy）照射不会使食品发生感官上）照射不会使

20、食品发生感官上的明显变化。的明显变化。高剂量（高剂量（10kGy10kGy）照射，食品中总的化学变化）照射，食品中总的化学变化也很微小，没有感生放射性。也很微小，没有感生放射性。没有非食品物质残留。没有非食品物质残留。第42页/共106页第43页/共106页优点优点 产生的热量可忽略不计，保持食品原有的特性产生的热量可忽略不计，保持食品原有的特性和风味。和风味。放射线穿透能力强、均匀，对其辐照过程可准放射线穿透能力强、均匀，对其辐照过程可准确控制。确控制。对包装无严格要求，并可连带包装照射，避免对包装无严格要求，并可连带包装照射，避免二次污染。二次污染。第44页/共106页缺点缺点杀菌剂量的照

21、射下，酶一般不能完全被钝化。杀菌剂量的照射下，酶一般不能完全被钝化。经辐照处理，食品的化学变化虽然在量上是微经辐照处理，食品的化学变化虽然在量上是微乎其微的，但敏感性强的食品经高剂量照射可能乎其微的，但敏感性强的食品经高剂量照射可能发生感官性质的变化。这些变化是因游离基的作发生感官性质的变化。这些变化是因游离基的作用而产生的。用而产生的。第45页/共106页p应用应用进出口水果及农畜产品的辐照检疫处理；进出口水果及农畜产品的辐照检疫处理；低质酒类辐照改性；低质酒类辐照改性；干果、脱水蔬菜和肉类辐照杀虫；干果、脱水蔬菜和肉类辐照杀虫；调味品的辐照灭菌；调味品的辐照灭菌；中药材的灭菌和杀虫；中药材

22、的灭菌和杀虫；辐照处理和其他保藏处理方法综合应用的研究。辐照处理和其他保藏处理方法综合应用的研究。第46页/共106页第47页/共106页第48页/共106页p安全安全 感生放射性感生放射性 感生放射性的产生与使用辐照剂量有关。射线能量了只有达到一定阈值后,才能使被照物质产生感生放射性。目前应用于食品辐照的放射源几乎都是Co-60和Cs-137 的射线和电子加速器为能源的食品辐射能量都远低于产生感生射线的能量阈值。因此辐照食品本身不会产生感生放射性。放射性沾染放射性沾染 辐照食品本身不存在放射性物质沾染问题。辐照时,辐射源密闭于多层钢管内不会泄漏,只是以辐射照射食品，因此，不存在放射性物质沾染

23、的可能。毒理性指标毒理性指标 大量的物毒理试验表明，在通常照射剂量下,食物未出现致畸、致突变与致癌反应。WHO 及FAO于1980 年正式提出了“经小于10KGy 剂量辐射的任何食品,都没有毒理方面的问题,没有必要再进行毒理学试验”的结论。参见：张伟参见：张伟.关于参加在美国举办的用辐照技术确保食品微生物安全培训的报关于参加在美国举办的用辐照技术确保食品微生物安全培训的报告告.口岸卫生控制,2003,8(2)第49页/共106页工业用食品辐照装置是以辐射源为核心，并配有严格的安全防护设施和自动输送、报警系统。p 设施设施第50页/共106页p食品辐照的生物学效应食品辐照的生物学效应 生物学效应

24、指辐射对生物体如微生物、病毒、昆虫、寄生虫、植物等的影响，这些影响是由于生物体内的化学变化造成的。微生物微生物p直接效应直接效应A.细胞内蛋白质、DNA受损 即 DNA分子碱基发生解离或氢键断裂等，DNA分子本身受到损伤而致使细胞死亡直接击中学说。B.细胞内膜受损 造成细胞膜泄漏，酶释放出来，酶功能乱，干扰微生物代谢，使新陈代谢中断，从而使微生物亡。第51页/共106页G-G+酵母 霉菌(敏感度)第52页/共106页昆虫昆虫p立即致死立即致死 立即致死剂量往往很大，一般要在几千戈瑞才有效。这种剂量具有杀虫迅速的优点，但费用很高。p缓期致死缓期致死 害虫受到照射后，要经过一个星期以上的潜伏期才能

25、大量死亡所需的剂量为缓期致死剂量，一般在几十戈瑞到几百戈瑞。p不孕效应不孕效应 害虫受到照射后，丧失生殖能力，产生不孕现象所需的剂量为不孕剂量。这种剂量一般在80Gy以下。第53页/共106页植物植物 辐射作用植物性农产品，主要作用为：p抑制发芽抑制发芽 电离辐射抑制植物器官发芽的原归因是于植物分生组织被破坏，核酸和植物激素代谢受到干扰，以及核蛋白发生变性。p调节呼吸和后熟调节呼吸和后熟 跃变型果实经适当剂量照射后，一般都表现出后熟被抑制、呼吸跃变后延、变慢等现象。第54页/共106页辐照工艺及条件控制辐照工艺及条件控制 在食品辐射保藏中，按照所要达到的目的，把辐照三大类，即辐射阿氏杀菌、辐射

26、巴氏杀菌和辐射耐贮杀菌。辐射阿氏杀菌（radappertization）也称商业性杀菌，所使用的辐射剂量可使食品中的微生物数量减少到零或有限个数。在这种辐射处理以后，食品可在任何条件下贮藏，但要防止再污染。剂量范围为10-50kGy。辐射巴氏杀菌（radicidation）所使用的辐射剂量只杀灭无芽孢病原细菌（除病毒外），所使用的辐射剂量使在食品检测时不出现无芽孢病原菌（如沙门氏菌）。剂量范围为5-10kGy。第55页/共106页辐射耐贮杀菌（radu ri zat ion）这种辐射处理能提高食品的贮藏性，降低腐败菌的原发菌数，并延长新鲜食品的后熟期及保藏期。所用剂量在5kGy以下。辐照工艺流

27、程第56页/共106页p食品辐照保藏食品辐照保藏果果蔬类蔬类 目的主要是：防止微生物的腐败作用；控制害虫感染及蔓延；延缓后熟期、防止老化。辐照延迟水果的后熟期，对香蕉等热带水果十分有效，对绿色香蕉辐照剂量常低于0.5kGy，但对有机械伤的香蕉一般无效。用2kGy剂量即可延迟木瓜的成熟。对芒果用0.4kGy剂量辐照可延长保藏期8天，用1.5kGy可完全杀死果实中的害虫。水果的辐照处理，除可延长保藏期外，还可促进水果中色素的合成，使涩柿提前脱涩和增加葡萄的出汁率。通常引起水果腐败的微生物主要是霉菌，杀灭霉菌的剂量依水果种类及贮藏期而定。生命活动期较短的水果，如草毒，用较小的剂量即可停止其生理作用。

28、第57页/共106页粮食类粮食类 造成粮食耗损的重要原因之一是昆虫的危害和霉菌活动导致的霉烂变质。0.1-0.2kGy辐照可以使昆虫不育，1kGy可使昆虫几天内死亡，3-5kGy可使昆虫立即死亡；抑制谷类霉菌的辐照剂量为2-4kGy。畜、禽肉及水产类畜、禽肉及水产类 在通常的辐照量下（100kGy）不能使肉的酶失。需加热使鲜肉内部的温度升高到70，保持30min,使其蛋白分解酶完全钝化后才进行辐照。第58页/共106页 高剂量辐照处理肉类，可达到灭菌保藏的目的，所用的剂量要能杀死抗辐射性强的肉毒芽抱杆菌；对低盐、无酸的肉类（如鸡肉）需用剂量45kG以上。香辛料和调味品香辛料和调味品 辐照处理既

29、能控制昆虫的侵害，又能减少微生物的数量，保证原料的质量。p辐照改变食品品质辐照改变食品品质白酒辐照处理；检疫安全处理（杀菌）。第59页/共106页p影响食品辐照的因素影响食品辐照的因素温度 辐射杀菌中，在接近常温的范围内，温度对杀菌效果的影响不大。氧气 辐照可使空气中的氧电离，形成氧化性很强的臭氧。一般情况下，杀菌效果因氧的存在而增强。辐照时是否需要氧，要根据辐射处理对象、性状、处理的目的和贮存环境条件等加以综合考虑来选择。为了防止氧化生成过氧化物，在肉类食品辐照处理时要采用真空包装或真空充氮包装以降低氧的含量，有助于提高产品的质量。含水量 在干燥状态下照射，游离基等的辐射间接作用就会随之降低

30、，因而辐射作用显著减弱。第60页/共106页p影响辐照效果的因素影响辐照效果的因素辐照剂量 剂量影响对有害微生物、虫等的杀灭程度，也影响食品理化学性状，两者要兼顾考虑。一般来说，剂量越高，食品保藏时间越长。剂量率也是重要影响因素。相同剂量时，通常较高的剂量率可获得较好的辐照效果。食品状态 污染的微生物、虫害种类与数量，以及食品生长发育阶段、成熟状况、呼吸代谢的快慢等，对辐照效应也影响很大。第61页/共106页p影响辐照效果的因素影响辐照效果的因素协同作用 高剂量辐照会不同程度地引起食品质构改变，维生素破坏，蛋白质降解，脂肪氧化和产生异味等不良影响等，因此在辐照中，常采用辐照损伤保护剂，以及提高

31、、强化辐照效果的物理方法。如低温下辐照，添加自由基清除剂，使用增敏剂，与其他保藏方法并用和选择适宜的辐照装置。第62页/共106页辐射加工辐射加工概念概念 用电离辐射辐照被加工物体，使其品质或性能得以改善的过程，是20世纪70年代兴起的一门新技术,也称辐射工艺。特点特点 加工温升小，有利于热敏材料的加工；电离辐射穿透性强，可对包装好的物品进行处理，或实现固相物质的反应与改性；加工体系内不需催化剂和化学添加剂，产品纯净、无化学残留；加工过程控制方便而且高效快速，易于实现规模化连续生产；低能耗无公害或少公害。第63页/共106页领域领域应用高分子材料应用高分子材料辐射加工辐射加工、材料、材料表面处

32、理表面处理，医疗用品的医疗用品的辐射消毒辐射消毒等方面，如等方面，如：生产辐射交联的电线电缆、热缩材料、印染助剂发泡材料，进行辐射固化、辐射消毒、新材料制备等。第64页/共106页概况概况全球全球大型大型Co-60源源200余座，总容量余座，总容量260MCi，电子辐照加速器电子辐照加速器1000余台；占医疗器械的消毒余台；占医疗器械的消毒50%的份额；美国，医疗器械的辐照消毒产值的份额；美国，医疗器械的辐照消毒产值1200亿亿U$,有机高分子材料辐照改性产值有机高分子材料辐照改性产值58亿亿U$。中国中国Co-60源源100余座（余座（30万居里），辐照万居里），辐照加速器加速器100余台，

33、总功率余台，总功率7000KW，辐照加工产，辐照加工产值值400亿。亿。参见：崔磊等参见：崔磊等.我国辐照加工产业的发展现状和我国辐照加工产业的发展现状和面临的挑战面临的挑战第65页/共106页高分子材料辐射加工高分子材料辐射加工辐射有机合成成辐射有机合成成在电离辐射作用下，单质或化合物分子被电离激发在电离辐射作用下，单质或化合物分子被电离激发,生成离子和自由基，引起化学反应而形成新的有机化合生成离子和自由基，引起化学反应而形成新的有机化合物的过程。辐射合成的有机化合物主要有：含卤素、硫、物的过程。辐射合成的有机化合物主要有：含卤素、硫、磷、氮、氧、硅等的有机化合物和金属有机化合物。辐磷、氮、

34、氧、硅等的有机化合物和金属有机化合物。辐射合成的研究始于射合成的研究始于1950年，年，1963年美国道化学公司开年美国道化学公司开发了由乙烯和溴化氢直接合成溴乙烷工艺，产额高（发了由乙烯和溴化氢直接合成溴乙烷工艺，产额高（G值为值为3.9104），成本低，且无副产物。），成本低，且无副产物。辐射合成法除具有辐射化学反应的一般特点外，还辐射合成法除具有辐射化学反应的一般特点外，还具有独特的优点：具有独特的优点：反应一般按链式过程进行反应一般按链式过程进行,G值大；值大；反应不需经过中间步骤，直接合成为新的有机化合物，反应不需经过中间步骤，直接合成为新的有机化合物，收率高，副反应少；收率高，副反

35、应少；工艺过程简单，便于连续生产。工艺过程简单，便于连续生产。第66页/共106页辐射聚合反应辐射聚合反应 烯类单体或某些环状单体在高能射线作用下进行的聚合的反应。辐射聚合所得的高分子具有较高的纯度，没有化学引发剂遗留的残渣；聚合反应可以在低温和固相下进行，且较易控制；射线能量高，可以使难以聚合的单体发生聚合；但因辐射作用无选择性，会使反应比较复杂。辐射产生的化学效应与射线的类型关系不大，主要取决于辐射剂量的大小。一般用G 值来表示辐射化学的能量效率,即每吸收100电子伏特能量所产生的化学变化的粒种数。一般认为，辐射聚合的反应历程是在高能射线作用下，单体和化合物分子发生激发和电离，生成离子和自

36、由基，引发单体聚合，所以辐射聚合可按自由基型或离子型反应历程进行，并各有特点。第67页/共106页 由于辐射聚合的引发反应不受温度的限制，聚合反应可在较低温度下，在固态或亚稳固态中进行，也可以在晶体的晶道中或某些无机物的夹层中进行，从而获得某些定向聚合的高分子,如反式-1,4-聚丁二烯。特别是低温玻璃态的辐射聚合反应，既能生成无畸变的光学有机玻璃，而且由于低温反应可降低生物活性物质因高温反应而引起的损耗，如某些酶。因此目前广泛采用低温玻璃态聚合制备固相酶及其他生物活性高分子材料。电离辐射具有能量高、透过力强的特点，因此可使很多难聚合的单体聚合，得到高分子量的产物；辐射乳液聚合可以在远低于乳化剂

37、的临界胶束浓度下得到超高分子量的高分子化合物，纯度也较高；用辐射法生产的木材-塑料复合材料、水泥-塑料复合材料、金属-塑料复合材料都受到普遍的重视。第68页/共106页辐射交联反应辐射交联反应 由高能射线引发的高分子链间形成新连接键而生成网状结构高分子的反应。20世纪50年代初发现聚乙烯经辐照交联可以提高其性能以后，这一方法引起了广泛的重视，目前已成为高分子改性的重要手段。高分子辐照交联后由线型转变为网状结构，其性能发生相应的变化：从可熔融变为不熔，耐高温性能及高温下的强度有明显的提高；分子间形成新的连接键，阻止了分子的相对滑移，刚性增加，蠕变行为减小；耐应力开裂性能有所提高。辐照交联的聚乙烯

38、、聚氯乙烯已广泛应用于电缆电线的绝缘层以及电讯工程的重要配件热收缩管。橡胶胶乳的辐照硫化、油漆辐照固化等也已用于工业生产上。第69页/共106页辐射接枝聚合辐射接枝聚合 由辐射得到由两种不同的高分子链以化学键连接而成的共聚合物。其中之一是由A单元组成的高分子主干（骨架）,即主链；另一个是由B单元组成的高分子分枝，即支链（图1）。辐射接枝共聚物可由基体聚合物和单体共辐照制得，缺点是均聚物较多；为减少均聚物含量可用预辐照法，先预辐照高分子，然后再加入单体进行接枝共聚合反应；特别是近来发展的气相接枝是比较理想的方法。接枝共聚合可以在表面进行，也可以是整体接枝。第70页/共106页 辐射接枝聚合可改善

39、高分子的某些性能，以达到高分子改性的目的。聚四氟乙烯接枝苯乙烯烯，可改善表面的粘结性能；聚四氟乙烯接枝丁二烯，可改善其耐低温性能；聚酯纤维（见聚酯）接枝丙烯酸,以提高吸湿性,也可接枝溴乙烯或乙烯基膦化物，以提高耐燃性能；聚氯乙烯纤维可接枝丙烯腈以提高耐热性能，接枝氟乙烯以提高耐老化性能。辐射接枝聚合还可制备功能高分子及生物活性高分子或医用高分子材料。聚乙烯可接枝苯乙烯后磺化，制成离子交换膜，也可接枝丙烯酸制成离子交换膜；有报道用混合接枝或镶嵌接枝方法制成同时具有阴阳离子交换功能的交换膜，性能优异。高分子材料接枝水溶性单体可以改善材料亲体液性能及抗凝血性能。第71页/共106页第72页/共106

40、页辐照降解反应辐照降解反应 在高能射线作用下，高分子发生主链断裂或老化变性的过程。辐照降解属于无规降解。一般热降解往往从某些不稳定的端基开始，分解得到大量的单体，分子量较低的聚合物产率则较低，而利用辐照降解方法可制取分子量大小不同的高分子，反应产率较高。辐照降解主要是由于射线打断高分子主链后所形成的自由基，由于结构因素（如空间位阻效应等）的影响难于进行偶合反应，而只进行歧化或链转移反应，使分子量迅速下降。平均分子量下降的速度与辐照剂量成线性关系，因而可以用辐照剂量来控制所需要的产物分子量。在制备某些不易用聚合方法合成的低分子量的聚合物，如工业用的低分子量的聚氧化乙烯时，就采用这种方法。聚四氟乙

41、烯废料经辐照降解后可得到粒度为几个微米的细粉，称为聚四氟乙烯蜡，生产过程简单，蜡收率高，产生毒性气体少，可用作润滑油的添加剂及耐温、耐摩擦材料的填料。第73页/共106页 辐射交联改性电线电缆辐射交联改性电线电缆 利用高能射线、特别是利用高能电子束照射电线和电缆，使其绝缘包层材料的微观分子借助价键连结成网状结构，材料物理化学结构的变化引起某些性能的改变，从而提高其耐热性、阻燃性、耐腐蚀性、改善其机械强度等，而获得高质量的电线电缆产品。辐射加工制成的聚乙稀电缆与普通电缆相比，阻燃性、载流量、绝缘性能和使用寿命都显著提高。这种电缆已广泛应用于架空电缆、控制电缆和机场照明电缆等。第74页/共106页

42、辐照生产热热缩材料辐照生产热热缩材料 用电离辐射辐照高分子材料，其交联的结晶聚合物具有“形状记忆效应”，用其制成的热收缩产品如热收缩电力电缆附件、热收缩通讯电缆附件和热收缩管带，现已成为辐射加工行业主导产品之一。第75页/共106页辐射交联制备泡沫塑料辐射交联制备泡沫塑料用辐射交联的方法可以制造聚乙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯的泡沫塑料。其中聚乙烯泡沫既可绕曲又有一定的刚性。其生产过程是把聚乙烯、发泡剂、添加剂混合均匀、压片辐照、然后发泡成型。聚乙烯经辐射交联后才有一定强度，能将分解气体包埋住，产品具有独立的微细气孔，表面柔滑美观、加工性能好，并具有优良的耐候性、耐腐蚀性、消冲击性、

43、绝缘和绝热性能。由于BF-5加速器电子束能量3-5MeV，可最大穿透1.5mm厚的聚乙烯片材，采用片材多次通过辐射场的办法，加工出具有优良性能的聚乙烯泡沫塑料。泡沫塑料已广泛用于建筑、包装、汽车等座垫，救生及装饰等，可作为保温、绝缘、抗震、隔障等材料。第76页/共106页电子辐照硅功率器件电子辐照硅功率器件 电子辐照硅功率器件是20世纪70年代初发展起来的新工艺，它利用高能电子流辐照功率器件，使硅材料晶格中的点阵原子发生位移，造成晶格空位和间隙原子，这些空位和间隙原子和硅中的其他杂质、空位相互作用，组成缺陷络合物，形成能级复合中心，如氧空位对、磷空位对、双空位对等以控制少子寿命。采用电子束辐射

44、技术，代替了传统的缩短少子寿命金（铂）扩散工艺，可缩短半导体快速元件（如：可控硅）的关断时间。第77页/共106页 医疗用品辐射灭菌医疗用品辐射灭菌 辐射灭菌的医疗用品很多，主要是一次性使用的，也可以是多次使用的物品，如注射器、手术器械、手套、采血与输血器具、吸入治疗装置、绷带、胶布、药棉、罩衣、帽子等；手术缝合线、体内插入物（如心脏瓣膜）；某些生物组织和生物制剂；中西药物等。医疗用品辐射灭菌比蒸汽或环氧乙烷灭菌法有许多优点：辐射灭菌可在室温下进行，适用于热敏感的塑料制品、生物体和药物；辐射穿透力强，杀菌均匀彻底，大量采用经辐射灭菌的一次性使用的医疗用品，可避免交叉感染降低发病率；辐射在灭菌物

45、品中无残留毒物；辐射灭菌速度快，操作简便，稳定可靠。第78页/共106页第79页/共106页AMS 1.离子源系统离子源系统 2.低能质谱分析系统低能质谱分析系统 3.串列加速器系统串列加速器系统 4.高能质谱分析系统高能质谱分析系统 5.探测器系统探测器系统 6.控制系统控制系统 第80页/共106页第81页/共106页其它应用其它应用密度测量仪密度测量仪基于介质对射线的衰减测定其密度。基于介质对射线的衰减测定其密度。探测器探测器Detector物质流向物质流向MateialFlow开关控制开关控制ShutterControl屏蔽屏蔽Shielding源源Source关（开）关（开）Shut

46、ter(open)第82页/共106页 核子密度仪常用于实时检测土工建筑材料的密度和湿度。通常安装有一个密封的10毫居里的铯137伽玛源和一个密封的50毫居里的镅241/铍中子源，及伽玛和中子2种探测器，同时对被测材料的密度和湿度进行测量。第83页/共106页84密度/水分仪密度测量：伽马密度测量：伽马源源(137Cs)推出推出屏蔽室到源棒末屏蔽室到源棒末端，并位于被测端，并位于被测物质中进行测量。物质中进行测量。湿度测量：仪器湿度测量：仪器里中子源里中子源(通常是通常是241Am-Be)通过通过中子散射测定湿中子散射测定湿度。度。nn 探测器探测器中子源中子源源源第84页/共106页第85页

47、/共106页工业同位素示踪工业同位素示踪第86页/共106页烟雾探测器烟雾探测器第87页/共106页88 火灾报警器基本构造火灾报警器基本构造 241241Am Am 放射源放射源+电离室电离室+电流灵敏电子仪器电流灵敏电子仪器+V 电电流流表表 放射源放射源241Am火灾报警器火灾报警器第88页/共106页射线测厚仪射线测厚仪第89页/共106页第90页/共106页安徽省环境保护局 顾群91核子秤核子秤探测器（接收器）探测器（接收器）传送带及需要测量传送带及需要测量的物品的物品源源第91页/共106页第92页/共106页料位仪料位仪第93页/共106页中中子子水水分分仪仪第94页/共106页

48、95133Xe-地下管道检漏第95页/共106页携带式携带式X射线探伤仪射线探伤仪对非金属、轻金属、铸造件、各种合金、压力容器等进行X射线无损检测。主要检测焊接缺陷（裂纹、气孔、夹渣、未溶合、未焊透等）。第96页/共106页第97页/共106页 核反应堆核反应堆 通通通通过过过过受受受受控控控控核核核核裂裂裂裂变变变变反反反反应应应应获获获获得得得得核核核核能能能能的的的的装装装装置置置置，可可可可使使使使裂裂裂裂变变变变产产产产生生生生的的的的中中中中子子子子数数数数等等等等于于于于各各各各种种种种过过过过程程程程消消消消耗耗耗耗的的的的中中中中子子子子数数数数,以以以以形形形形成成成成所所

49、所所谓谓谓谓的的的的自自自自持持持持链反应链反应链反应链反应(self-sustaining chain reaction)self-sustaining chain reaction)。第98页/共106页第99页/共106页 相机第100页/共106页第101页/共106页SPECT第102页/共106页第103页/共106页 图像重建-滤波反投影法 理论依据二维傅立叶分片定理：任 意 函 数f(x,y)沿任意方向平行投影，得到与该方向垂直的一维投影函数。此投影函数的傅立叶变换，就等于f(x,y)的二维傅立叶空间平面上过原点的一条线，并且这条线与一维投影函数同方向 第104页/共106页第105页/共106页第106页/共106页