1869年，俄國科學家門捷列夫建了一座叫“元素周期表”的樓房。于是，元素便以其質子數為門牌號，住進了對應的房間，元素屆變得秩序井然。一開始，大樓入住率不高，只有不到70種元素入住，而如今，該大樓已經住進入了100多種元素，而且還不時有新的元素入住，熱鬧非凡。

俄國科學家門捷列夫元素周期表并非單身公寓，一人一居室顯得枯燥和寂寞。有的元素，質子數相同，但是原子核內中子數不同。它們只能擠在同一個房間內。于是，它們互稱對方為“同位素”。地球上存在很多同位素，比如氫元素的氕(piē)和氘(dāo)。(注意：氫還有一種同位素氚，一般從反應堆中制得)氕的原子核就是一個質子，而氘的原子核中有一個中子和一個質子。自然界中大多以重水的形式和普通輕水混合。所以，每天其實我們都會喝下微量的重水。

氫的三種同位素氕、氘、氚自然界中另一組典型的同位素是鈾235、鈾238和鈾234。它們的原子核中都有92個質子，但是原子核內中子數不同，分別為143、146、142。它們與氕氘組合的最大不同在于，它們內心躁動，總是忍不住從原子核中射出點東西，這就是傳說中的輻射，或者稱之為放射性。經過貝克勒爾、居里夫婦、盧瑟福等一眾偉大科學家的探索，人類終于掌握了放射性的奧秘。

居里夫婦及他們在巴黎的實驗室

有的原子核中會射出由兩個質子和兩個中子組成的粒子，這種輻射我們稱之為α射線。

有的原子核中會射出高能光子，我們稱之為γ射線。

還有的原子核中會射出電子，有可能是正電子，也有可能是負電子，我們稱之為β射線。

不同射線的示意圖及其穿透性

當然，在射出上述射線后，原子核內的質子數會發生改變，從而變成另一種元素，這個過程我們稱之為衰變。

同位素的用途

通過研究，人們發現了放射性同位素的不同用處，如今，放射性同位素已經融入我們生活的方方面面。

1、疾病診斷

在早期癌癥、阿爾茨海默癥、甲狀腺疾病等病癥檢查時，醫生會在患者體內注入含鉬-99的顯像藥物。鉬-99衰變后生成锝-99，會在人體特定的組織內沉積，并輻射出光子。在對應檢測儀器的眼中，待檢測的人體組織在“閃閃發光”，儀器因而能得到清晰的圖像，幫助醫生診斷。

基于鉬-99(99mTc)的單光子發射計算機斷層成像診斷技術

2、疾病治療

如果你不幸患上了甲狀腺疾病，醫生會推薦你服用一種含有碘-131的藥物。服用藥物后，碘-131會進入你的甲狀腺，用輻射殺滅特定細胞，默默治好你的病，深藏功與名。而對于那些受骨腫瘤折磨的患者，含鍶-89的藥物則是一劑溫柔的藥。進入人體后，鍶-89利用其衰變發出的β射線，殺死癌細胞，緩解患者的疼痛，改善患者的生活質量。

氯化鍶注射液

3、食品保鮮

土豆貯存容易發芽，瓜果成熟后容易腐爛，食品中的保鮮劑也讓我們嫌棄，而輻射卻可以一“照”解決上述難題。

輻射不僅可以殺滅食品中細菌，還能抑制瓜果發芽，從而實現無添加劑的食品保鮮。

輻射保鮮示意圖

4、農業育種

變異是進化的基礎。曾經，尋找優良變異培養農作物新產品，是農學家們最耗精力的事情。而有了輻射，情況就大不同了。

輻射可以誘發農作物種子產生各種變異，農學家們只需要將其中的可遺傳優質變異選擇出來，就可以輕松培育出新的更好的農產品。

山東省原子能研究所用鈷60輻射育種技術培育的“魯棉一號”

5、蟲害控制

夏天的蒼蠅讓你煩惱，你一定詛咒過讓它們斷子絕孫。而科學家們早就想到了一個消滅蒼蠅的好辦法。他們先利用輻射使飼養的雄性蠅絕育，然后把絕育后的雄蠅放在環境中。當雌蠅滿心歡喜地與這些雄蠅交配時，一定不會想到它們的伴侶“不行”，但產卵期到來時，雌蠅后悔卻已經來不及了。

墨西哥利用輻射進行蟲害控制成功清除screw蠅

6、輻射滅菌

輻射能大幅提高滅菌效率。新冠疫情期間，根據《醫用一次性防護服輻照滅菌應急規范(臨時)》我國采用輻射滅菌技術代替傳統滅菌技術，對醫用防護服進行消毒，將消毒時間從7-14天縮短到1天以內，為我國抗疫做出了很大貢獻。

輻射滅菌車間

7、航天電源

放射性同位素的輻射是一種能量，長期、穩定且不受外界干擾，這成為太空探測器理想的能量來源。幾十年前，放射性同位素電池就已經應用于太空探測器中，幫助人類探索太空的奧秘。

卡西尼號探測器上的同位素電池正在進行發射前檢查

當然，輻射的作用遠遠不止這些。在環境監測、廢物處理、考古、工程測量、工廠設備探傷等方面，輻射也發揮著重要的、甚至不可替代的作用。

同位素生產

既然放射性同位素那么重要，那么，同位素如何生產呢。實際上，同位素生產無非以下幾種方法：

反應堆輻照使得中子“嵌入”原子核;

利用加速器將原子核“擊碎”;

長周期元素衰變為新的元素。

1、反應堆輻照

大型商用反應堆在正常運行時，會產生大量的中子，將高速運動的中子“嵌入”原子核，這個方法簡單而粗暴，是大規模生產同位素最理想的方法。目前，加拿大研發的坎杜重水堆是生產同位素最重要的反應堆，可以生產10多種常用同位素。我國依靠秦山核電三期的兩座坎杜重水堆生產同位素，就從同位素凈進口國變為了出口國。

秦山核電三期生產的同位素鈷60

2、加速器生產

回旋加速器可以將質子加速，加速后的質子如子彈一樣轟擊原子核，使得原子核分裂或衰變，從而生產出我們需要的同位素。例如，碳11的生產，就是用質子轟擊氮14的方法制作的。

醫用回旋加速器

3、核素發生器

某些長半衰期的核素衰變后，會變成短半衰期元素。所以，我們可以生產長半衰期元素貯存起來，制成核素發生器，然后靜靜等待，就可以得到需要的同位素。例如，鉬99衰變后可以生產锝99，我們將鉬99裝在一根柱上，使用時把柱中的锝99定時洗脫下來使用，就像奶牛擠奶一樣方便。

鉬锝發生器

4、高放廢物中提取

當然，我們也可以去廢物中收集。像乏燃料等高放射性廢物中，本來就含有各種同位素，如果采取適當的方式提取出來，就可以獲得我們需要的同位素。

后處理廠內的乏燃料

同位素產業是一個與核電相當的原子能產業。2004年，美國同位素銷售額就已經達到了3000億美元。目前，我國同位素產值規模也超過了3000億人民幣，而且還在以每年20%的速度快速增長。

同位素的生產技術和用途拓展，依然是原子能研究的重點和熱點。