人类能否制造放射源？由此制成的放射源有哪些用途？
人类制造放射源的原理和方法
放射源的本质是含有放射性核素的物质。放射性核素是指原子核不稳定，会自发地发生衰变，释放出粒子（如α粒子、β粒子）或电磁波（如γ射线），并转化为其他核素的过程。人类制造放射源，本质上就是“创造”或“富集”这些放射性核素。主要有以下几种途径：
1. 天然放射性物质的提取与加工：
原理： 地球上本身就存在一些天然形成的放射性元素，例如铀、钍、镭、氡等。这些元素及其衰变产物构成了自然界的放射性背景。
方法： 人类通过采矿、地质勘探等方式获取含有这些天然放射性元素的矿石（如沥青铀矿）。然后，通过化学提纯、分离、浓缩等工艺，将这些天然放射性物质加工成可用的放射源。例如，曾经从沥青铀矿中提取镭，用于制作发光材料。
2. 核反应堆中进行人工诱变：
原理： 这是目前制造放射源最重要、最广泛的方法。利用核反应堆中持续进行的中子轰击，可以将非放射性物质（稳定核素）转化为放射性同位素。
方法：
中子活化： 将目标物质（如钴59）放入核反应堆的核心区域，受到大量中子的轰击。钴59吸收一个中子后，会变成钴60，这是一个具有强放射性的同位素。其反应式为：$^{59} ext{Co} + ext{n} ightarrow ^{60} ext{Co}$。
裂变产物的分离： 核反应堆的核心燃料（如铀235）在裂变过程中会产生许多放射性同位素，这些同位素被称为“裂变产物”。例如，碘131、铯137、锶90等都是常见的裂变产物。通过对核燃料的后处理，可以从中分离出这些有用的放射性同位素。
优点： 这种方法可以批量生产，得到高活度的放射源，并且可以根据需求“定制”所需的放射性同位素。
3. 加速器产生放射性同位素：
原理： 利用粒子加速器（如回旋加速器、直线加速器）将带电粒子（如质子、α粒子）加速到极高能量，然后轰击特定的靶材，通过核反应产生放射性同位素。
方法： 例如，在医学成像领域常用的氟18（$^{18} ext{F}$）就是通过质子轰击氧18（$^{18} ext{O}$）靶材产生的：$^{18} ext{O} + ext{p} ightarrow ^{18} ext{F} + ext{n}$。
优点： 这种方法可以生产一些在核反应堆中难以获得的特殊同位素，尤其是一些用于正电子发射断层扫描（PET）的短寿命同位素。
4. 人工合成超铀元素：
原理： 通过在重离子加速器中，将较重的原子核相互碰撞，可以合成比铀更重的元素，这些元素通常具有强放射性，并且原子核非常不稳定。
方法： 例如，通过轰击锔靶的钙离子，可以合成铕（Es）、镄（Fm）等超铀元素，它们都具有强放射性。
用途： 这类放射源的制造更多是为了科学研究，探索物质的极限，其应用相对较少，但对于理解核物理的边界至关重要。
由此制成的放射源的用途
人类制造的放射源种类繁多，其用途更是渗透到我们生活的方方面面：
1. 医疗领域： 这是放射源应用最广泛、最重要的领域之一。
放射治疗（癌症治疗）： 利用高能γ射线或β粒子照射肿瘤细胞，破坏其DNA，达到杀死癌细胞的目的。
外照射治疗： 使用钴60（$^{60} ext{Co}$）源或直线加速器产生的X射线、电子束来照射体外的肿瘤。
近距离放射治疗（插源治疗）： 将放射性物质（如铱192（$^{192} ext{Ir}$）、铯137（$^{137} ext{Cs}$）等）植入或靠近肿瘤组织，进行局部高剂量照射。
放射性核素治疗（内照射治疗）： 将具有放射性的药物（放射性药物）注入体内，这些药物会特异性地聚集在癌细胞上，通过其释放的粒子（如β粒子）对癌细胞进行“点杀”。例如，碘131（$^{131} ext{I}$）用于治疗甲状腺癌；锶89（$^{89} ext{Sr}$）用于缓解骨转移性疼痛。
医学影像诊断：
X射线成像： 虽然X射线设备本身不直接使用放射源（现代设备多为电子管产生X射线），但其原理是电磁波，与放射源释放的γ射线有相似之处。
核医学影像： 使用带有放射性同位素的放射性药物，注入体内后，这些同位素会随着血液循环到达特定器官或组织。然后，利用伽马相机（SPECT）或PET扫描仪探测这些放射性同位素发出的射线，形成体内器官的功能或代谢图像。
SPECT（单光子发射计算机断层成像）： 常用的同位素有锝99m（$^{99 ext{m}} ext{Tc}$），它是一种寿命短、能量适中的γ射线发射体，广泛用于心肌灌注显像、脑血流显像等。
PET（正电子发射断层扫描）： 常用的同位素是氟18（$^{18} ext{F}$）、碳11（$^{11} ext{C}$）、氮13（$^{13} ext{N}$）、氧15（$^{15} ext{O}$）等。它们发射正电子，正电子与体内电子湮灭时产生一对方向相反的γ射线，通过探测这对γ射线来成像。$^{18} ext{F}$FDG是PET中最常用的放射性药物，用于检测癌症、心肌代谢等。
2. 工业领域：
工业探伤： 利用高能γ射线（如铱192（$^{192} ext{Ir}$）、钴60（$^{60} ext{Co}$））穿透能力强的特点，照射金属焊接缝、铸件等，如同X光一样，可以检测出内部的裂纹、气孔等缺陷，确保产品质量。
物位计和密度计： 利用放射源发出的射线（如铯137（$^{137} ext{Cs}$））穿过容器壁或管道，通过探测器测量穿透后射线的强度，来判断容器内物料的液位或管道内物料的密度。
流量计： 将极微量的放射性示踪剂注入流体中，通过在不同位置的探测器监测放射性信号的变化，可以计算流体的流量。
灭菌： 利用钴60（$^{60} ext{Co}$）等放射源发出的高能γ射线，对医疗器械、药品、食品（如香料、水果）进行消毒灭菌，其穿透力强，可以穿透包装进行照射，且无需加热，避免了对热敏感物品的损害。
辐照育种： 利用γ射线照射植物种子或茎叶，诱导基因突变，以期选育出产量高、抗病性强、品质优良的新品种。
橡胶轮胎的生产： 利用β射线（如锶90（$^{90} ext{Sr}$））对橡胶进行辐照交联，可以提高轮胎的强度和耐磨性。
烟雾探测器： 许多烟雾探测器内部都含有极少量的放射性物质，如镅241（$^{241} ext{Am}$）。它释放α粒子，在电离室内产生电流。当烟雾进入电离室时，会阻碍电流，从而触发警报。
3. 科学研究领域：
同位素示踪： 在化学、生物学、环境科学等领域，利用放射性同位素作为示踪剂，追踪物质的转化、代谢途径、物质循环等过程。例如，在植物光合作用研究中，使用碳14（$^{14} ext{C}$）标记二氧化碳；在环境监测中，使用氚（$^{3} ext{H}$）追踪水体流动。
年龄测定： 利用放射性同位素的衰变规律，对岩石、考古文物等进行年代测定。最著名的就是碳14测年法，用于测定有机物的年代；铀铅测年法、钾氩测年法则用于测定更古老的地质年代。
核物理和粒子物理研究： 制造具有特定衰变特性的放射源，用于研究核反应、粒子性质、探测器校准等。
4. 能源领域（核动力）：
核反应堆燃料： 核反应堆的核心是利用核裂变产生的能量，虽然这本身不是我们通常意义上的“放射源”，但反应堆内部的铀、钚等裂变材料以及产生的裂变产物都具有极强的放射性。然而，核电站的主要目的是发电，而非利用放射源本身。
总结
人类制造放射源的技术已经非常成熟，并且广泛应用于医疗、工业、科研等多个领域，极大地改善了我们的生活，推动了科学技术的进步。当然，放射性物质也伴随着潜在的危险，因此，放射源的生产、使用、储存和处理都必须在严格的安全规章制度下进行，以确保人员和环境的安全。 从天然提取到人工合成，放射源的制造体现了人类对物质世界最深层次的探索和改造能力。
网友意见
这是个好问题，一提到放射源，大部分人想到的都是天然放射源，比如居里夫妇从沥青中提炼的放射性镭元素。然而，在对辐射的应用中，人工制成的放射源，才是主力军。下面我大概介绍下，人工制造放射源的方式，以及制成的“放射源”（确切地说应该是放射性同位素）的应用都有哪些。
人工制造放射性同位素（radioisotope），原理简单地来说，就是炼金术（大雾）
简单地说，就是通过核反应来改变元素中，质子或中子的数量（也被称为核嬗变）。人们正是基于这一原理，经由不同的途径，使稳定无放射性的靶材料，嬗变为放射性同位素。目前常用的方式有两种：
- 粒子加速器
- 核反应堆
粒子加速器生产放射性同位素，并不是很新鲜的事情。以美国的布鲁克海文国家实验室 (BNL)为例，其高能物理研究中，相当一部分运营经费，来源于加速器生产的医用同位素。其下辖的直线加速器同位素生产设备 (BLIP)，是世界上最早的一批专注于同位素生产的，高能质子加速器。另外，BLIP也是美国能源部的直属机构，旨在为医学界及工业界提供放射性同位素，使得这些放射性同位素更便捷地应用于这些领域中[1]。
下图，即为BLIP通过质子束轰击氯化铷 (RbCl)靶材，来制作锶82 (Sr-82)的示意图。可以看到，核反应所产生的物质，并不只有一种，其中黑色字体的Sr为锶的稳定同位素。
也正是因为放射性同位素的广泛应用，使得这门生意变得非常的有利可图。医用质子加速器的生产商们，也纷纷加入到这一行列中来。比如专注于医用回旋加速器的生产商IBA，就推出了自己的30MeV质子加速器，用以生产正电子断层扫描 (Positron Emission Tomography)所需的，放射正电子的放射性核素 (比如：氟-18)。
类似的，在核反应堆中，同样可以通过放入靶材料，来制备放射性同位素。反应堆中的中子，也可以与物质发生核反应，产生新的元素。不过我并非这方面的专家，具体的细节，希望有其他小伙伴可以补充。对中子核反应感兴趣的小伙伴，可以参考我的另一个回答：
放射性同位素的应用非常广泛，甚至可以说已经渗透到了我们生活中的各个方面：无论是医疗，食品消毒，还是工业探伤。甚至连预防火灾，都有它们的身影。下面我大致说几个，供知友参考。
镅-241
镅-241，就是我们日常生活中经常会遇到的一种 粒子放射源，只是它隐藏得很深，我们很难注意到它的存在。
上图中就是镅-241“躲藏”的地方：电离传感烟雾报警器。镅-241衰变后产生的 粒子动能约为5.5MeV，其在空气中会产生电离。而烟雾报警器中的小型电离室，在两端加了电压的情况下，可以收集电离后的电子和正离子，从而产生电流。但当空气中开始弥漫起烟雾时，正离子会被烟雾中的颗粒吸附，从而阻断正离子的收集，干扰电流的形成。下图是这种烟雾报警器的工作原理图：
钴-60
钴-60的用途可以说相当的多，除了广为人知的工业探伤，还广泛应用与癌症放疗。世界上首例接受放疗的病人，既是在1951年接受了医用钴-60伽马放射源机器的放射治疗。作为伽马放射源，钴-60的伽马射线拥有着极强的穿透力。所以，在实际操作中，会使用不同方向的伽马光束，交叉照射肿瘤区域，这样可以在达到杀伤癌细胞的同时，减少对周边健康细胞的辐射损伤（见下图）。
另一方面，钴-60还被应用于食品消毒领域。伽马射线杀菌的好处有很多，不同于过去的高温杀菌，其可以在不影响口感的情况下，做到安全杀菌。比如川渝地区的凤爪产业[2]，就是利用钴-60放射源，对凤爪进行杀菌。而钴-60不到2MeV的低能伽马射线，不同于中子辐射和更高能量的伽马射线，并不会使被辐射的物质产生放射性同位素(活化)，所以无需担心辐射物质“残留”。
氟-18
在本文讲加速器时，曾经提到了氟-18。与钴-60这类直接用于放疗的放射源不同，氟-18是应用于PET扫描 (Positron emission tomography)：当注入生物体内的氟-18发生的正电子衰变时，其产生的正电子会与电子相遇后，发生“电子对湮灭”，从而产生两个背向而驰的光子。通过对这两个光子的探测和路径重建，即可得到湮灭发生的位置信息。通过这一现象，可以对某个特定癌变器官或组织进行PET扫描，从而得出病灶的具体位置 (癌细胞代谢更为旺盛，所以会吸收更多放射性同位素的“载体”)。湮灭产生的光子，能量均在511keV左右，正是我们所提的伽马射线。下图为重建后的PET全身影像[3]，供知友参考。
总的来说，人类不只是可以制造放射源，对放射源的应用更是深入到了日常生活中的方方面面。短短的一篇回答，很难涵盖所有。对放射源应用感兴趣的小伙伴，可以自行在网上搜索。相信我，你一定会大开眼界的。
参考
- ^Boosting Production of Radioisotopes for Diagnostics and Therapeutics https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=26124
- ^核技术钴-60放射源杀菌 https://talk.ifeng.com/a/20170901/44671318_0.shtml
- ^PET scan https://en.wikipedia.org/wiki/Positron_emission_tomography
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