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超高灵敏加速器质谱技术进展（五）
３ ＡＭＳ的应用研究进展
３．１ 核科学与技术
３．１．１ 长寿命核素半衰期测量 如果所测核素半衰期较长，在一定的测量时间内放射性核素的强度变化很小，难以用直接测量方法测定
其半衰期。ＡＭＳ测定半衰期是利用衰变率公式ｄＮ／ｄｔ＝Ｎλ，用常规放射性方法测定衰变率的ｄＮ／ｄｔ，用ＡＭＳ方法测量长寿命核素的原
子数目Ｎ。国际上，６０Ｆｅ、４４ Ｔｉ、７９Ｓｅ等约２０个核素的半衰期是通过ＡＭＳ方法测量的，其中７９Ｓｅ、３２Ｓｉ和１５１Ｓｍ的半衰期由ＣＩＡＥ的ＡＭＳ小组测量［３－４］。ＡＭＳ测量核反应微小截面的公式如下：
式中，Ｎｐ、Ｎｔ分别为子核与靶核的原子个数，ｔ为入射粒子在照射时间ｔ内的总注射。由于产物核半衰期较长，同时靶核数目比照射所生成
的放射性子核的数目大很多，故可认为子核数目没有衰变，且靶核数目不变。目前，国际上有３０多个核反应截面是用ＡＭＳ测定的，其中ＣＩＡＥ测量了１４ Ｎ（１６ Ｏ，α）２６ Ａｌ、２３８ Ｕ（ｎ，３ｎ）２３６ Ｕ、６０ Ｎｉ（ｎ，２ｎ）５９ Ｎｉ和９３ Ｎｂ（ｎ，２ｎ）９２ Ｎｂ等反应截面［７－９］，为相关研究提供了重要数据。ＡＭＳ也可以开展不稳定核素的核反应截面（级联核反应）测定，如对于１８０ Ｈｆ（ｎ，γ）１８１ Ｈｆ（ｎ，γ）１８２ Ｈｆ反应［６０］。
３．１．２ 在自然界中寻找超重元素 自然界是否存在超重元素，这是核物理界乃至科学界一个重要的科学问题。假如自然界存在超重元
素，首先必定是长寿命核素，其次含量一定极低。因此，ＡＭＳ是寻找超重元素最有利的方法之一。
３．１．３ 天体核合成截面测量 国际上已经开展了利用ＡＭＳ测量天体核合成截面的多项工作。例如，２６ Ａｌ和４４ Ｔｉ是目前在天体中仍然可以观察到的放射性核素，表明它们仍在一直不断的合成中。开展天体温度下２６ Ａｌ和４４ Ｔｉ合成截面测量可为研究天体演化提供关键的数据［７，２０－２１］。中子俘获核合成过程也是重要的研究课题，如５８ Ｎｉ（ｎ，γ）５９ Ｎｉ、６２ Ｎｉ（ｎ，γ）６３ Ｎｉ和７８Ｓｅ（ｎ，γ）７９Ｓｅ等。宇宙射线与陨星、月球岩石及地球的一些物质反应生成长寿命核素，如４１ Ｋ（ν，ｅ－）４１Ｃａ反应产生的４１Ｃａ等是开展太阳中微子等宇宙射线研究的重要手段。
３．１．４ 核设施流出物监测 针对核电站、后处理厂等核设施流出物（包括气体和液体）的监测，对于３ Ｈ、１４Ｃ、９０Ｓｒ、１２９Ｉ、４１ Ａｒ、８５ Ｋｅ和１３３ Ｘｅ等长寿命核素，采用传统的放射性测量存在取样量大，取样、样品处理和测量时间长等问题，导
致测量精度和检测限不能满足要求。ＡＭＳ在测量速度、测量精度和检测限等方面都有显著优势。
３．１．５ 环境与核应急监测 ＡＭＳ是环境和核应急监测的理想测量仪器。２０１１年日本福岛核事故后北京地区大气颗粒物１２９Ｉ与１３１Ｉ的浓度变化情况监测结果示于图５［６１］。
３．２ 在医学中的应用
３．２．１ 疾病早期诊断 呼气实验已广泛应用于诊断消化系统疾病，通过直接测定呼气成分或在摄入特定药物后测定呼气中的标志性气体，实现对受试者机体生理、病理状态的非侵入性判断，具有无创、简便及可定量检测的优点。近年来，ＡＭＳ仪器小型化使其在疾病诊断中优
势凸显，ＣＩＡＥ的ＡＭＳ小组与有关单位合作，用１４Ｃ标记开展了“胃排空”实验和“胃幽门螺旋杆菌”诊断方法研究［６２］。通过ＡＭＳ／ＭＳ对同位素指纹测量诊断疾病也是发展重点。以钙同位素指纹为例，４８Ｃａ／４０Ｃａ比值在骨骼等硬组织和细胞等软组织中的差别较大［６３－６４］。如果血液和尿液中４８Ｃａ／４０Ｃａ比值的测量结果与骨骼中４８Ｃａ／４０Ｃａ的值接近表明血液里多数钙来源于骨骼，从而可确诊骨质疏松疾病。
３．２．２ 药物研发 ＡＭＳ在药物吸收、分布、代谢和排泄中，尤其是药物预筛选和临床药理研究中具有很大潜力。ＡＭＳ对１４Ｃ的探测灵敏度比液闪法高５～６个数量级。使用ＡＭＳ分析微剂量的１４Ｃ同位素示踪，无需复杂的辐射防护安全机构的审批程序，减少了放射性废物的处
理费用和对昂贵的１４Ｃ标记化合物的消耗。ＡＭＳ可以对多种候选药物进行快速筛选和人体临床实验，如研究每种药物与ＤＮＡ 的加合反应情况，从分子水平和实际使用剂量水平对其基因毒性做出比较和判断，避免了传统方法采取长期和高剂量动物实验观察生物效应终点的缺陷。采用ＡＭＳ在Ⅰ期临床试验中或试验前就可以采集人体吸收、分布、代谢和排泄（ＡＤＭＥ）数据，有助于在药物开发早期进行决定性判断，大幅减少药物开发风险，并缩短药物面向市场的周期。
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