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学校隆重举行现代工程技术实验教学楼开工奠基仪式
首页 > 校情总览 发布时间:2019-10-18 20:08:00
    《科学中国人》2007年第9期(总153期):创新中国(周宏梅)报道:在X线辐射物理技术领域不断发现创新――记沈阳师大教授、留英博士谭大刚

    谭大刚自1965年毕业于哈尔滨工大实验核物理专业以来,即开始从事 X射线防护监测和研究工作。在1975年他就根据其十年防护测量经验发起制定符合我国国情的“医用诊断 X线机出厂辐射防护标准”,并协作完成了标准,该标准最终成为我国“医用诊断X 线辐射防护规定”的核心部分。该项成果于1978 年获全国首届科学技术大会奖状。

    在2005年9月国际电工委员会IEC日内瓦总部的一间会议室中,IEC 医用电器分技委SC62B的秘书Norbert Bischof 向正在开会的“医用诊断 X线辐射防护标准” MT37专家组的德,日,法等国专家介绍了一位新加入的中国专家。会议中这位中国专家的积极参会态度,对X线辐射物理和X线设备标准的熟练掌握,特别是流利的英语表达能力给秘书及与会各国专家留下了深刻的印象。他就是我国第一位参与SC62B分技术委员会专家组工作的沈阳师大物理系教授,留英博士谭大刚。  

    谭大刚自1965年毕业于哈尔滨工大实验核物理专业以来,即开始从事 X射线防护监测和研究工作。在1975年他就根据其十年防护测量经验发起制定符合我国国情的“医用诊断 X线机出厂辐射防护标准”,并协作完成了标准,该标准最终成为我国“医用诊断X 线辐射防护规定”的核心部分。该项成果于1978年获全国首届科学技术大会奖状。  

    自80年代起,我国组成了与国际 IEC 62B分技术委员会对口的“全国医用电器标准化技术委员会医用 X射线设备及用具标准化分技术委员会”,谭大刚1989年被国家技术监督局作为国内X线辐射领域的专家聘为该分技术委员会委员,并续聘至今,积极参与了国际标准的转化和国家及行业标准的审定工作。在分技委会中谭教授多次提出我国专家应走出国门,直接参与国际标准的制定工作。在各级领导支持下,终于2005年实现了该目标。目前在IEC SC62B的专家组中,已经有3个组有中国专家成员了。 

    研究X线能谱强度的发现和创新  

    1990-1993 年谭大刚赴英国阿伯丁大学进修,后获英国海外研究生奖学金转做博士研究生,开展了自选题“X射辐射能谱和强度的理论推导和实验测量研究”。X 射线(包括轫致辐射和特征辐射)能谱和强度问题一直是X 射线物理的核心问题。在建立新的能适用不同靶材的电子射程和能量损失经验公式,替代原有射程和公式的基础上,他首次推导出能够通过理论计算预测各种不同靶材、不同角度,各出射方向,不同管电压及过滤条件下产生X 线的能谱和强度的公式。还得出中间厚度靶和饱和厚度透射靶的轫致辐射谱形状和强度计算公式,完成了博士论文,在英国获得博士学位。 

    在研究中,谭大刚教授注意到轫致辐射强度角分布随管电压增加的强烈趋前特性,提出了“透射阳极X线管”发明作为提高产生X线的效率的技术创新,提出了透明基复合靶的概念。在德国汉堡飞利浦公司协作下1992年申请,1996年获授权欧洲专利(EP0584 871 B1)。作为发明人和专利权人谭大刚获得了自 1993年 3月至1995 年3月在德国汉堡飞利浦公司研究所和 PMSX线管制造厂作博士后研究工作的机会,对透射阳极X线管技术进行理论和实验研究。他还根据现有薄靶轫致辐射强度角分布的理论数据,对照能谱强度测量结果,建立了计算实用透射阳极轫致辐射能谱强度的半经验公式,能对200--500kV 管电压实用透射阳极轫致辐射能谱强度做了预测。该项发明使X线能谱中高能光子产生效率显著增高,特别适用于辐照专用以及较高电压工业无损检测,安全检测设备。由于该发明技术使辐射焦点位于出射窗口,又特别适合用于高效荧光分析仪器和高效 K荧光装置的激发 X线源。 

    谭大刚教授1995年归国后,选择在沈阳师大任教,创立国内高校中第一个以X线物理技术为主要研究方向的硕士学位学科点和研究实验室,培养我国X 线辐射物理人才。十年来先后指导研究生完成了“K荧光强度的理论计算公式和测量”,“CNT场致发射规律”,“脉冲波倍压整流的经验计算公式”,“基于透射阳极技术的高效准单能K荧光X线源强度计算和测量”,“K荧光增强型医用X线管能谱强度计算和测量”等理论实验研究。 

    根据定量分析结果,医用诊断 X线最佳光子能量是 45―55keV(乳腺诊断最佳能量约 22keV),较低或较高能量光子获得同样信噪比影像都要对受检者造成大得多的辐照剂量,而现有诊断 X线管的辐射能谱基本固定。谭大刚打破国际医学物理界单靠选择最佳管电压和总过滤提高 X线成像效率的做法,在透射阳极X线技术的基础上发明了“K荧光增强型医用诊断X线管”(ZL95232718.X),使按需要突出增强所选最佳光子的产额在技术上成为可能。1999 年研制出第一只固定阳极样品,完成了对照测试。2000 年7月在Chicago2000 世界医学物理与生物医学工程大会向世界作了介绍。 

    1998 年10月22日谭大刚把透射阳极X线管发明与已成熟的高频转化高压电源技术,免高压电缆组合管头技术和自制冷循环水冷技术综合,提出了“透射阳极高效X 线机”发明(ZL 98114400.4)。 

    在研究美国AS&E公司 X线飞点扫描成像技术( Z技术)中,还独立完成了 X线飞点扫描装置的计算和设计。并注意到透视扫描成像与计算机断层成像原理的相似和不同之处,提出了用一套硬件系统完成两种成像功能的系统设计,于1999年8月申请中国发明专利(ZL 99113199.1)。 

    X 射线技术要替代核辐射技术用作多种测量仪器的辐射源,要解决产生单能X线的技术,谭大刚教授的发明“基于透射阳极X线机的可变换准单能或双能荧光X线源”于03年申报,07年授权(ZL 03111682.5)。还需要解决X线装置小型化,和更高能的技术。近年来高压电源小型化技术已有长足进展,而对X线管负高压阴极灯丝供电的高隔离电压变压器已成为小型化和更高能的最大制约。为了摆脱这一制约,谭大刚教授于2000年起开始了“纳米碳管冷阴极 X线管”研究并申请了相关发明专利(ZL02133184.7),曾先后用西安交大协作提供的CNT片制造出200kV样品管两只,首次进行高压下的CNT发射电流实验研究探索。 

    1996年起他陆续在中国知识产权局申请了六项新型X线技术专利,其中1项实用新型,4项发明均获授权。  

    为研究新型X技术的独特定位 

    结合在欧洲5年的切身体会,学习核物理出身的谭教授针对国内公众和学术界对放射性核环境污染的漠视,1996年在沈师学报发表了“论环境放射性核污染及其防治对策”论文,提出了控制环境核污染的新观点:应放弃核裂变能源技术,在辐射技术领域,应实行ALARA(As Less As Reasonable Achievable)原则,在一切可能条件下尽量少采用放射性核素,用可控的X线技术替代。并以此作为研究发展具有原创性新型X线原理和技术的指导学术观点,给与了新型X线技术研究以独特定位,来带动学科骨干和研究生,开展创新研究。  

    对核能使用的鲜明观点 

    记者就目前国家计划把核裂变技术当作要继续发展的一种清洁能源问谭教授:为什么在多数专家看好核裂变能源技术时,您还要坚持呼吁放弃核裂变能源技术? 

    谭教授回答:我在欧洲5年,深切体会当地公众对放射性核素污染的的高度关注,切尔诺贝利核电站事故的深刻广泛影响。核电站再无新建,已有的到设计年限一律关停。医用的短半衰期放射性核素都尽量用加速器就地制造。运输放射性物质受到严格限制。美国联邦政府用14年花了45亿美元研究深埋77000顿核废料可行性,结论是:不能保证10000年不污染地下水。美国用于核裂变废料处理管理费用:2001年7300万(处理2900管理费4400),估计2003年7300万(处理900管理费6400) (根据Physics Today 2002.3-4)。而我国的专家对核裂变能源的优点:不产生二氧化碳,燃料运输量大大减少等过于看重;对核裂变反应产生的放射性核素环境污染的控制现有技术的估计过于乐观(研究居然认为放射性核废料在50米地下深埋就能保证50年不污染环境)。 

    从宇宙发展史的观点看,可裂变核素是宇宙发展中大恒星非正常活动阶段(临灭亡超新星爆炸阶段)的产物,其能量的获取源自恒星的灾变,其能量的释放伴随着放射性废物的大量积存,不应该被人类使用。而正常(稳定)核聚变则是宇宙中恒星释放能量的主要方式,可控核聚变能源也必定是人类最终要持续发展所能依赖的终极能源。 我相信,人类在本世纪内不但会销毁一切核武器,尽量减少放射性核素的使用,还一定会放弃核裂变能源技术。 

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