放射性同位素——核辐射的主角

    ①同位素就是一种元素存在着质子数相同而中子数不同的几种原子。由于质子数相同，所以它们的核电荷和核外电子数都是相同的，并具有相同核外电子排布。由于最外层电子数相同，因此原子核的某些物理性质也有所不同，例如放射性，并不是所以同位素都具有放射性，有放射性的同位素称为“放射性同位素”，没有放射性的则成为“稳定同位素”。大多数的天然元素都是由几种同位素组成，目前已知的稳定同位素约300多种 ， 而放射性同位素竟达1500种以上。

    ②一般来说，原子质量很大金属，像鈈、铀、镭等，都具有较强的放射性，在化学元素周期表中，锕系元素和镧系元素以及铀元素全部带有放射性。另外某些原子质量小的同位素也带有放射性，如碳14、钴60。

    ③放射性同位素的原子核很不稳定，全不间断地，自发地放射出射线，直至变成另一种稳定同位素，这就是所谓“衰变”，放射性同位素在进行衰变的时候，可放射α射线、β射线、γ射线对人体危害不大，而γ射线对人体有较大的伤害，会诱发人体基因突变。

    ④放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，叫半衰期。换言之，半衰期是指某个样品中一半的原子核发生衰变所需的时间，不同放射性同位素的半衰期差异很大，短的只有几天、几个小时、几分钟，甚至不到1秒钟，长的却达几千年、几万年，甚至是几亿年，几十亿年，例如，日本“3.11”地震及海啸引发的核辐射中的碘131的半衰期约为8天，铯137为30年，鈈239为24000年，铀238则为44.7亿年。半衰期越短，其原子越不稳定。

    ⑤经过连接的几个半衰期后，放射性同位素的活度会因衰变而减至初始活度的 、 、 ，等等。这意味着我们可以预测任何时候的剩余活度。随着放射性同位素数量的减少，所发出的辐射也相应的减少。

    ⑥放射性同位素释放的放射性能够破坏活的细胞，对人体造成巨大的伤害，但在医疗上，可以用来杀菌消灭微生物，并且可以用来杀灭癌细胞等。放射线也具有很强的贯穿能力，它可以用来观察固体内部的目标，就像x射线那样用于病灶的检查。在工业上，放射性也很多应用，例如用β射线来测量纸的厚度，用γ射线照片来检查机器内部结构等。

    ⑦当然，如果应用不当，核辐射也会造成难以估计的损失。

（选自《中学科技》2011年第5期，有删改）

纳米技术与永磁体

    ①提到永磁体，你大概会觉得陌生，其实它就在我们身边。一辆普通的汽车的电动座椅、电动后视镜、电动天窗、雨刮、空调器等几十个部位，都要使用到各种永磁电机、永磁电动器件和永磁声响器件，这些都离不开永磁体。

    ②永磁体是指能够长期保持吸引铁质物体的磁性材料。它们磁性的强弱取决于其最大磁能积，如果磁能积越大，那么实际应用需要的永磁体的体积将越小，用量和成本也将随之降低。

    ③当前永磁体中磁性能最强、应用最广的是稀土永磁材料，主要为Nd﹣Fe﹣B系永磁体。

    ④Nd﹣Fe﹣B系永磁体，是1983年由日本和美国学者发明的具有最高磁能积的新型稀土永磁材料，它的磁能积非常高。Nd﹣Fe﹣B永磁体的吸力可以达到自身的600倍，也就是说一块60千克的永磁体可以吸起重达36吨的集装箱。它被称作当代“永磁之王”，是目前磁性最高的永磁材料，也是综合性能最高的一种永磁材料。“永磁之王”的研制成功，使各种永磁器件实现了超小型化。 例如，美国通用汽车公司在1000cc汽车发动机上采用这种永磁体后，发动机重量减少近50%，体积也小了将近一半。

    ⑤在Nd﹣Fe﹣B稀土永磁制作的电机中添加极少量的镝和铽，就能够使电机中的磁铁变轻90%，它们是绿色能源产品的魔法配料。稀土元素镝和铽非常紧缺，世界上99%的镝和铽产自中国南方的广东、四川、江西等地。但开采过程却充满污染风险，用来提取稀土元素的酸性物质可能会进入溪涧和河流，破坏稻田及渔场，污染水源，会引发极其恶劣的环境问题。严重缺乏稀土的日本和富产稀土但封存了本国稀土矿的美国等发达国家，都从中国进口大量廉价稀土，给中国的生态环境造成了重大压力。

    ⑥随着社会发展需要，我们对磁性要求越来越高。采用纳米技术来提高永磁体磁性是目前科学研究主攻方向。

    ⑦通过研究发现，只要在纳米尺度上将永磁材料和软磁材料复合在一起，就可以利用纳米技术制作出新型永磁体。这类磁体由于同时兼具了软磁材料的较高剩磁和永磁材料的较高矫顽力两大优势，新型永磁体就具有了前所未有的高磁能积，因而具有了超强的磁力。

    ⑧20世纪90年代以来，中国、美国、日本、韩国等都在积极研究用纳米技术制造一种被称为“纳米复合永磁体”的新型稀土永久磁铁。它是利用纳米技术将永磁材料和软磁材料相互复合在一起而形成的。

    ⑨根据理论推算，利用一片直径为12.5厘米的这种新型纳米复合永磁体，将足以吸起7吨重的卡车。新型永磁体的磁能积的大幅增加，将大大缩小永磁材料体积，可以使新兴的电动汽车更加小巧灵活，也可以使庞大的核磁共振扫描仪变成便携手提式，甚至可以使曾经难以想象的10兆瓦风力发电机成为可能，进而形成小到可以放进掌心，却可以为一艘小型邮轮提供动力的强力磁铁。

    ⑩不但如此，新型永磁体大量使用了廉价的铁元素，降低了稀土元素特别是资源稀缺、价格昂贵的镝和铽的用量，减小实际使用的体积和质量，从而大幅降低了原材料成本，并有效提高了磁性能。这非常有助于减少世界各国对中国稀土资源的依赖，有助于保护我国的生态环境。

（原文有改动）

【链接材料】

（一）

《千里江山图》是北宋王希孟创作的绘画作品。作品以长卷形式，立足传统，画面细致入微，烟波浩渺的江河、层峦起伏的群山构成了一幅美妙的江南山水图，渔村野市、水榭亭台、茅庵草舍、水磨长桥等静景中又穿插了捕鱼、驶船、游玩、赶脚等动景，动静结合，恰到好处。人物的刻画上，极其精细入微，意态栩栩如生，飞鸟用笔轻轻一点，极具展翅翱翔之态。《千里江山图》全景图，横1191.5厘米，纵51.5厘米。它不仅代表着青绿山水发展的里程，而且集北宋以来水墨山水之大成。《千里江山图》虽属于写意之作，但不乏工美佳作。这表现了青年画家具有严谨的生活态度。《千里江山图》是中国十大传世名画之一。

（二）

    王希孟（1096—？），北宋宫廷画家。北宋政和年间（1111—1117年）为画院学生，后召入宫中文书库，初未甚工。徽宗赵佶时为图画院的老师，独具慧眼，曰：“孺子可教”，于是亲授其法。经赵佶亲授指点笔墨技法后，艺精进。徽宗政和三年四月，王希孟用了半年时间，绘成《千里江山图》卷，时年仅18岁。不久英年早逝。

【链接资料】江梦南，半岁失聪，她通过读唇学会“听”和“说”，克服困难完成学业，成为清华大学博士研究生。