同位素应用的现状和新进展

2012-02-14吴志芳刘锡明张玉爱

同位素 2012年2期

吴志芳，刘锡明，张玉爱

（清华大学核能与新能源技术研究院，北京 100084）

同位素在核技术应用产业中扮演着极其重要的角色，它广泛应用于煤炭、建材、造纸、钢铁、机械、医疗、电力、石油、化工、水利、地质勘探、辐照加工、育种、科研等领域。据国家环境保护部核与辐射安全中心不完全统计数据，2008年全国放射源使用单位达12 876家，放射源总数有124 199枚（不含西北处置场废源库、全国城市放射性废物库收贮、北京市旧废物库和吉林省旧废物库收贮的废弃放射源），其中在役放射源98 158枚，闲置放射源26 041枚，射线装置超过200 000台。与2002年相比，放射源使用单位增加了55%，放射源总数增加了95%［1］。随着核电发展和核反应堆综合利用的开展，同位素制备能力得到了很大提高，为同位素应用提供了坚实的基础。在辐照、探伤、辐射育种、癌症治疗等传统应用领域得到巩固和发展的同时，以各类同位素示踪技术为代表的新技术不断涌现，同位素应用的广度和深度不断得到拓展。作为一门传统学科，同位素技术焕发出新的生命力，具有十分广阔的应用前景。本文简要介绍同位素在工业、农业、医疗和环境等领域的应用与发展状况。

1 在工业中的应用

1.1 辐射加工

辐射加工是放射性同位素重要的应用之一，在同位素应用产业的产值中占有很大比例。辐射加工目前的主要应用领域是辐射消毒、辐射改性、环保处理和半导体器件处理。

辐射消毒的主要处理对象是医疗器械、食品和农副产品，消毒灭菌装置是大型现代化钴源辐照装置及大功率高、中、低能加速器。与传统的消毒方法相比，辐射消毒具有许多优点：1）对处理对象的包装没有特殊要求；2）辐照后可以立即使用，不需要冷却或者静置；3）无残留，不产生二次污染；4）灭菌速度快，效果好，可以连续作业，有利于工业化生产；5）在常温下进行，尤其适合处理热敏材料和食品，能保持食品原有风味，对鲜活食品，辐照可以促进早熟，抑制发芽，减少农产食品腐烂和损失。据中国同位素与辐射行业协会统计［1］，至2005年，我国各类辐照装置有300多座，其中60Co辐照装置150余座，总设计装源容量约15 EBq，其中3.7 PBq以上的100多座，分布在全国50多个城市。

辐射改性是利用高分子化合物在一定剂量的射线照射下发生的辐射化学反应，使该化合物的化学键发生交联或断裂，进而改善或强化化合物的性能。主要辐射化学反应有辐射交联、辐射固化、辐射接枝和辐射裂解。辐射改性一般使用60Co辐照装置和电子束加速器，其典型的应用是对电线电缆、热缩材料等高分子聚合物进行辐照。经辐照交联处理后，电线电缆的耐温性、耐老化性和化学稳定性显著提高，耐磨性、抗张强度、抗压性、抗撕裂、抗剪切等机械和力学性能大为改善，电学性能也有提高，可作为航空航天、海上石油开采、通讯、核电等使用的特殊电缆。聚乙烯、聚氯乙烯和橡胶经过辐照后，阻热性、耐化学腐蚀性和力学强度等都得到明显改善，经交联处理的高分子绝缘线广泛应用于汽车工业、航空航天、通讯行业和家电行业。

在污染处理方面，辐射技术为难以处理的污染物提供了新的净化途径。用放射性同位素（常用60Co和137Cs）和电子束加速器对废水、污泥进行处理，可以杀死细菌和病原体，加速有机物的降解，将污水中可溶性的重金属化合物还原成不溶于水的化合物，从而将其沉淀分离。将辐射技术与其他废水处理技术联用，具有协同效应，能提高处理效果。辐射技术可对固体废弃物进行杀菌消毒等无害化处理，利用辐射交联、辐射裂解等反应对固体废弃物中的天然高分子物质（如甲壳素、纤维素等）及合成高分子物质（如塑料、橡胶等）进行处理，改变其物理化学性质，从中提取有用物质，实现资源的循环利用。在大气污染处理方面，电子束烟气脱硫脱硝技术经过三十多年的发展已经达到工业化应用水平，其脱硫脱硝率分别达90%、80%以上，且不产生废水废渣，无二次污染，副产品为硫铵和硝铵混合物，可作为化肥。该方法对于不同烟气量和SO2含量具有较好的适应性和负荷跟踪性，适用范围较广、操作方便，在消除污染的同时，还实现了硫氮资源的综合利用，具有很好的技术经济性和良好的市场前景。

离子束注入技术能显著提高半导体器件的性能。例如，将氧离子注入到半导体硅片上，在很薄的单晶硅层下形成绝缘的Si O2层，这种材料称为SOI（Silicon On Insulator），具有功耗小、响应时间快、体积小等优点，在军用和民用上都有很好的前景。电子束和离子束刻蚀是超大规模集成电路制造的重要手段，能够达到0.01μm的分辨率。

1.2 无损探伤

射线无损检测是五大常用无损检测手段之一，它检测精度高、适用性好，能实现非接触式在线检测，广泛应用于焊缝、汽车、航空航天零部件、电厂及化工厂的压力容器、管道及国防装备等的缺陷检测。放射性同位素是最常用的射线源之一，具有射线强度稳定、单能性好、操作维护简便、节能等优点。常用的放射性同位素探伤源有60Co、137Cs、192Ir、75Se等。

射线无损探伤的主要方式有射线照相、实时成像和层析成像。

在射线照相和实时成像方面，同位素的典型应用有：清华大学核能与新能源技术研究院研制并产业化的60Co集装箱检测系统、兰州炼油化工总厂的焊缝缺陷检测设备、中国原子能科学研究院的γ射线工业塔扫描系统。清华大学核能与新能源技术研究院研制的60Co集装箱检测系统采用1.11～11.1 TBq的高比活度60Co探伤源，配合使用高灵敏的气体探测器，对集装箱、货车、货运列车等进行不开箱快速检查，能发现其中隐匿的走私品、违禁品及危险品等，已大量装备海关口岸、滚装船码头等，并出口到十多个国家或地区，产生了巨大的经济和社会效益；兰州炼油化工总厂的焊缝缺陷检测设备采用75Se对小口径换热管的焊缝内部缺陷进行检测，射线底片质量理想，取得了很好的效果；中国原子能科学研究院研制的γ射线工业塔扫描系统采用γ射线扫描技术对石油化工行业的精馏塔、分离罐等工业塔进行扫描，可以在不停产的情况下获得塔内构件状态和物料信息，帮助分析和判断工业塔的工作状态，有效帮助解决了生产中发生的实际问题。

射线层析成像包括CT和康普顿散射成像，早在20世纪80年代，重庆大学就开展了60Coγ工业CT系统的研制工作，但检测精度和速度一直难于满足实际要求。为了进一步提高60Co工业CT的检测性能，2011年清华大学核能与新能源技术研究院采用高比活度60Co源和面阵探测器及小像素线阵探测器研制成功了60Co高精度CT，实现了对等效质量厚度大于40 c m铁的被测对象中小于40μm缺陷的检测。60Co源由于射线能量较高、强度稳定、近似单能、操作维护方便，十分适合于等效质量厚度约3～13 c m铁工件的检测。γ射线康普顿散射成像技术早在20世纪七八十年代就研制成功，并应用在金属表面缺陷、铝铸件和非金属多层结构的检查中，它的优点是源和探测器可以单侧布置，一次扫描就可以获得三维图像，缺点是检测深度有限。

1.3 核仪表

放射性同位素在工业过程控制仪表及核测量仪表中有着广泛的应用，典型的应用有火灾报警仪、料位计、测厚仪、纸浆浓度仪、煤灰分仪，核子秤、测井仪、水分监测仪等。

我国核仪表的发展大致经历了三个阶段［2］。第一阶段是20世纪五六十年代，主要是以密度计、厚度仪和料位仪为代表的同位素仪表，这些仪表的特点是以γ或β射线的吸收或散射的宏观特性为基础，应用核技术原理测量物件的密度、厚度和物料料位。第二阶段是20世纪七八十年代，主要有：1）利用中子在物质中的扩散、慢化和吸收原理进行测量的中子水分计；2）利用不同原子序数的物质成分对γ或β射线吸收或散射不同的原理进行测量的煤灰分仪；3）利用γ射线激发被测量对象中不同元素产生特征X射线进行测量的荧光分析仪等；此外，在这个阶段还在密度计基础上开发了核子秤、流量计、浓度计等核测量仪表。第三阶段始于20世纪末，主要有：新型核辐射探测器及阵列探测器的广泛采用；与计算机技术相结合的辐射成像技术及工业CT技术的普遍应用；核磁共振及中子激活瞬发γ元素分析技术等射线与原子核相互作用的微观效应在核仪表中的应用。中子激活瞬发γ元素分析技术已被成功地用于煤的在线元素含量检测，并能实时给出燃烧值数据，这项技术还用于隐型炸药与毒品的检测。核磁共振核素分析仪最先在核医学领域获得成功，如今已开始用于石油测井。

核仪表由于其特异性，在工业生产过程中发挥着常规仪表不可替代的、越来越重要的作用。

1.4 油田井间示踪监测

当油田由于原始气体或流体的静压力下降而使原油减产时，为了提高原油的采收率，需要采用注入水、气和聚合物等方式补充开采的能量，进行二次或多次采油的开发。为了提高开采效率，需要了解注入流体在地下的运动规律，这对于多井组注入和多井组开采的油田尤为重要。示踪剂监测技术是向注入井中注入能够与已注入的流体相溶的示踪剂，跟踪已注入流体在油层中的运动轨迹，通过监测生产井示踪剂的浓度变化，获取示踪剂响应曲线，从而获取注入流体在地下的运动规律和油层信息，为油田开采提供依据。与传统的化学示踪剂相比，同位素示踪剂种类多，检测灵敏度高，稳定性和通用性好，与地层流体配伍性好，具有明显的优势，能够满足油田多井组、多层位、多示踪剂的需要。同位素井间示踪技术已成为公认的描述井间油层非均质性和流动性的重要手段。

1.5 同位素电池

放射性同位素电池（RIB）是将放射性同位素（RI）的衰变能通过一定的能量转换方式转变为电能的一种供能装置。与化学电池、燃料电池、太阳能电池等其他供能装置相比，RIB具有独特的优势：1）不受外界环境影响，不需要提供外部能量输入，可以在各种极端条件下使用，在其服役期间可长期稳定供电而无需维护和更换；2）使用寿命长，设计寿命取决于所用RI的半衰期，可达数年至数十年；3）功率密度大，输出电流能量密度可达化学电池的数百到数千倍，在实现相同功率的情况下可以做到更小的体积和质量。

RIB的能量转换机制有十多种，这些转换机制可为分两类：热转换机制和非热转换机制。热机制包括温差热电转换（RTG）、热离子发射、碱金属热电转换、热致光伏效应、热机转换机制等，非热机制包括直接收集、辐射伏特效应、压电悬臂梁、射线致荧光伏特效应、磁约束下粒子电磁辐射收集机制、衰变能耦合LC振荡电路发电机制等。不同转换机制可以达到的理论能量转换效率差别很大，热机转换机制可达40%［3］，而直接充电机制只能达到11%［4］。以上机制除了RTG机制的同位素电池在美国和前苏联航天探测等强烈需求背景下实现产品化，用于航天器、海军深海监听设备、极地探测、心脏起搏器等供电外，到目前为止，其他机制尚未见成品应用的报道。

辐射伏特效应同位素电池（RVIB）是近十几年来的研究热点，未来应用前景十分广阔。辐射伏特效应的原理是利用RI衰变时放出的α或β粒子轰击半导体材料产生大量电子空穴对，利用半导体材料内建电场实现电子空穴对的收集。RVIB除了具有RIB功率密度大、寿命长、不受环境影响等特点外，还有以下优点：1）适合制作质量、体积微小的电池；2）易于与其他半导体元器件整合；3）不含运动部件，运行安静稳定等。RVIB的研究始于20世纪50年代，但受半导体制造和同位素制备水平的限制，一直没有大的进展。20世纪90年代后，在微机电系统（MEMS）机载电源需求的牵引下，加之同位素、半导体技术的发展，RVIB的研究成为同位素电池技术研究的热点问题，并取得了很大进展，但是其电输出性能还不能满足微机电系统供电的要求。目前对RVIB的研究主要是研究和改进换能单元，提高能量转换效率和提高RI的能量密度，以提高RVIB的电输出性能。

国内对于RIB的研究始于20世纪60年代，当时的主要目的是研究用于深海声纳和海岛灯塔的电源。20世纪70年代初，中国科学院上海应用物理研究所采用温差热电转换机制，利用210Poα源为热源取得了1.4 W的功率输出，使一台半导体收音机持续工作了3个月，但转换效率仅有4.2%［4］。2006年，中国原子能科学研究院同位素研究所通过热电耦转换机制，研制成功了百毫瓦级238Pu同位素电池［5］。

2 在医学领域的应用

医学是同位素最早应用的领域。镭被发现不久，就被迅速应用到肿瘤和狼疮的治疗中，当时的镭十分昂贵，0.1 g镭的售价高达75万法郎。目前，同位素已经被广泛应用在癌症的诊断和治疗领域，并发挥着不可替代的作用，同时在炎症患者感染病灶的定性定位诊断方面也越来越显示出独特的优势。

2.1 癌症治疗

利用放射性同位素发射的射线杀死癌细胞进行癌症治疗是同位素最早的应用之一。放射治疗已成为恶性肿瘤治疗中的主要手段之一。随着同位素制备能力的增强和医疗器械及技术的进步，同位素治疗癌症的手段和方式也在不断发展，目前主要的治疗方式分为外照射和内照射两种。

1）外照射治疗

外照射在放射治疗中仍占据主导地位，使用同位素的外照射治疗设备主要是60Co治疗机和γ射线立体定向治疗机（γ刀）。

与医用高能加速器相比，60Co治疗仪具有一次投资小、运行维护费用低等优点，对很多肿瘤的治疗都能取得很好的效果，是市、县和镇级医院放疗设备的首选。据山东省卫生厅2004年统计资料［6］，山东省共有60Co治疗机77台，其中乡镇医院6台，县级医院44台，市级医院24台，省级医院3台。60Co治疗机的缺点是：半影区大，照射野外的正常组织会接受一定剂量；半衰期短，需定期换源；防护复杂，工作人员受照剂量大等。这些缺点使得60Co治疗机的应用受到限制，在较大的治疗机构中，医用高能加速器治疗机已经成为主流。

γ刀是最早出现的高精度立体定向放射治疗设备，它将几十到几百个钴源分布在一个半球形厚壳上，采用γ射线几何聚焦方式，通过精确的立体定向，将经过规划的一定剂量的γ射线集中照射于体内预选的靶点，一次性、致死性地摧毁靶点内的组织，以达到外科手术切除或损毁的效果。γ刀最早用于治疗头部肿瘤，目前已广泛应用于全身各种肿瘤的治疗，国内各大医院的γ刀机器已达到二百余台。

2）内照射治疗

近二十年来，以后装治疗机和放射性粒子植入近距离治疗为代表的内照射放射治疗发展十分迅速。

后装放疗是先在病人的治疗部位放置不带放射源的治疗容器，包括能与放射源导管相连接的空装源管或相应的辅助器材，然后在隔离房手动或遥控将放射源通过放射源导管送至病人体内的治疗部位，进行放射治疗。后装放疗常用的源有192Ir、252Cf等，目前国内用的最多的是192Ir，源尺寸约为φ0.9 mm×7 mm，活度一般为370 GBq（10 Ci）左右，治疗时间3～5 min。后装机最多可放置18条塑料管，设置18个治疗部位，多数情况下为3～4个治疗部位［7］。后装治疗具有治疗时间短、疗效确切、并发症少、肿瘤消退快等优点，因此推广应用十分迅速，中国2001年已有379台后装机投入临床使用，在设备生产方面，也有深圳威达公司、中国原子能科学研究院、成都康联医学工程研究所、天津华杨科贸公司等多家单位。

放射性粒子植入是将具有包壳的放射性核素直接埋入肿瘤组织内，通过核素持续释放射线对肿瘤细胞进行杀伤的治疗方法。临床常用的放射性粒子主要是125I和103Pd，分别代表低剂量率和中剂量率辐射，125I适用于分化较好、分裂较慢的肿瘤细胞，103Pd适用于分化差、繁殖快的肿瘤细胞，临床上经常将两种核素合用以更全面地杀死肿瘤细胞。植入肿瘤中的每个放射性粒子活度在14.8～40.7 MBq（0.4～1.1 mCi），直径约0.8 mm，可通过12号注射针植入体内。临床治疗时125I初始剂量率大约为8～10 c Gy／h，103Pd初始剂量率约为20 c Gy／h。目前，放射性粒子植入法最好的适应症是前列腺癌，其长期疗效与根治手术或外照射相似，而且其副作用特别是性功能障碍的发病率较低，治疗时间短，手术方法简便，深受患者欢迎。近年来，在放射物理和放射生物学蓬勃发展的基础上，粒子植入治疗计划系统不断提高与完善，剂量学要求逐步明确，植入治疗设备不断改进，放射性粒子临床应用的范围已经拓宽到肺癌、肝癌、胰腺癌、组织肉瘤、骨肿瘤、早期乳腺癌等许多领域。放射性粒子植入近距离治疗已经迅速在国内发展，据有关文献［8］报道，不完全统计，全国每月销售125I粒子20 000～30 000粒，治疗患者4 000～6 000例。

靶向治疗是新近发展起来的一种癌症治疗方法，这种治疗方法的原理是用放射性核素标记癌细胞的单克隆抗体，将标记后的抗体注入病人体内，由于这些抗体对癌细胞中的抗原物质具有很高的亲和性，放射性核素会在病人体内的癌细胞中产生汇聚效应，杀死癌细胞，达到癌症治疗的目的。90Y是靶向治疗中常用的放射性核素，用90Y标记单克隆抗体进行靶向治疗的方法已经应用于结肠癌、卵巢癌、乳腺癌、胰腺癌、神经胶质瘤等的治疗中。

2.2 临床诊断

放射性核素肿瘤显像对癌症早期诊断、良性和恶性肿瘤鉴别、复发和残留组织的检测及转移灶的探查等有独特的优势，近十几年来发展十分迅速。作为显像剂应用的另一重要领域，近年来炎症显像剂的研究也取得了很大进展，并已进入临床应用阶段［9］。

放射性核素作为显像剂，是用放射性核素对类似人体内源性代谢物的化合物（如类葡萄糖等）或生物活性物质（如多肽、蛋白质、抗体等）进行标记，在经过一定时间的代谢后，检测标记核素在患者体内的分布，从而对肿瘤或炎症病灶进行诊断和定位。显像剂根据其作用机理主要分为两类：一类利用肿瘤细胞高代谢特点，对人体内源性代谢物进行标记，通过观察代谢物的聚集情况判断肿瘤位置，如反映葡萄糖代谢的2-氟－18-氟-2-脱氧-D-葡萄糖（18F-FDG）、反映氨基酸代谢的L-甲基-11C-蛋氨酸（11C-MET）、反映磷脂类代谢的11C-胆碱等；一类利用标记活性物质对靶组织的特异性和高亲和性来显示癌或炎症组织的分布和密度，这类显像剂有乏氧显像剂18F-FMISO、雄激素受体显像剂11C-双氢睾酮（11C-EDHT）、嗜铬细胞瘤受体显像剂11C-羟基麻黄素（11C-m HED）等。常用的标记核素有18F、125I、99Tcm、131I、188Re、90Y、11C 等。临床上使用最广泛、能探测显像剂在体内分布的设备是PET和SPECT。SPECT用于探测发射γ光子的核素（如99Tcm、123I等），PET用于探测发射正电子的核素（如18F、11C等），这些方法已将医学临床诊断提升到细胞水平。

随着核显像技术的进步和大量新型高特异性显像剂的研制成功，核医学显像对各种癌症的适用性大幅提高，已广泛应用在肺癌、肝癌、淋巴瘤、甲状腺癌、乳腺癌、胰腺癌、胃癌、食管癌等的诊断和治疗中。在炎症诊断方面，已有多种炎症显像剂投入临床使用，用13C-尿素呼气试验检测胃幽门螺旋杆菌（HP）感染在国际上已被公认为胃部HP感染诊断的最重要手段之一，并被誉为胃部HP感染诊断的金标准［10］。

3 在农业领域的应用

核技术在农业领域的应用称为核农学，我国核农学的研究与应用开始于1956年，现已在作物辐射诱变育种、农副产品辐射加工及贮藏保鲜、同位素示踪、辐射不孕害虫防治、低剂量辐射刺激生长等方面取得了显著成绩，创造了巨大的经济、社会和生态效益，受到国际原子能机构（IAEA）和世界各国的高度关注和赞誉。核农学中使用最广泛的是放射性同位素。

我国辐射诱变育种研究工作虽比国外晚约30年，但是发展很快，培养了一大批高产、优质、抗病的新品种。据2008年不完全统计，我国辐射诱变育成新品种623个，占全世界辐射育成新品种总和（2 320个）的26.85%，年推广种植面积达900万公顷，每年为国家增产粮食30～40亿公斤、棉花1.5～1.8亿公斤、油料0.75亿公斤，创经济效益33～40亿元［11］。

在农副产品的辐照加工方面，2004年，我国农用辐照站已超过70座，分布于全国28个省、市、自治区的40多个城市，有100多个单位分别对200多种农副产品进行了辐照保鲜、杀虫灭菌、改善品质等方面的研究。“九五”期间，全国农副产品辐照加工已达35万吨以上，产值60～65亿元，并向集团化、商业化方向发展［12］。

同位素示踪技术在农业生态系统中得到了广泛的应用和迅猛发展，对营养元素、有毒有害元素在土壤－水－大气－生物中的迁移、转换、累积规律以及土壤的侵蚀污染历史等方面的研究起了很重要的作用，极大地推动了农业科学以及生命科学的发展，在农业资源、环境保护和可持续农业等研究领域得到了越来越广泛的应用，2003年，农业领域的示踪核素已超过40种。以同位素示踪技术为基础，我国学者提出了适合不同耕地体系和不同生产地区的综合植物营养和土壤管理系统，在2003年之前的10年中，这些技术的推广增产了190万吨粮食，带来了28亿元的经济效益［13］。

在辐射不孕防治昆虫方面，我国自20世纪60年代以来，先后对玉米螟、蚕蛆蝇、小菜蛾、柑桔大实蝇、棉铃虫等10多种害虫进行了辐射不育研究和在一定面积上的释放试验。例如：在200公顷面积上释放辐射不育蚕蛆蝇，防治效果达98%；在贵州惠水县释放人工饲养的柑桔大实蝇，将柑桔大实蝇危害率由释放前的5.19%下降到0.098%［12］。需要指出的是，我国虽然培育了很多辐射不育昆虫品种，但是在技术的大规模推广应用方面做得还很不够，尤其在辐射不孕昆虫的大规模工厂化生产和大范围田间释放方面，与发达国家相比还有很大差距。

利用低剂量辐照处理植物种子，可以促进植物生长和发育，提高产量。例如，利用快中子辐照柞蚕卵刺激增产效果明显，可使蚕茧产量提高10%～20%，这项技术已在山东、河南、辽宁等10多个省、市推广，取得了显著的经济效益。利用低剂量快中子辐照对虾的卵和虾苗，可使卵的孵化率提高6.9%～18.4%，成活率提高10%～30%，每亩产量一般可提高15%～20%，在沿海地区推广，取得直接经济效益达1 000多万元［12］。

4 在环境领域的应用

同位素在环境领域的应用主要是以环境同位素（环境中自然存在而不是人工加入的核素）作为示踪剂，对水体、大气及土壤中特定对象的来源及迁移过程等进行判断和研究。作为示踪剂的同位素可以是稳定同位素或者放射性同位素，而以稳定同位素的应用最为广泛，主要有D、18O、34S、15N、13C、53Cr和87Sr等。

特定来源的物质有特定的同位素组成，因此某种元素的不同同位素在物质中的丰度比可以作为该种物质的标识，通过测定同位素丰度比，可以对环境中某种物质的来源及迁移过程等进行判定或研究，这就是稳定同位素作为示踪剂的原理。同位素技术在环境污染、水文与水资源、海洋及湖泊生态系统等领域应用十分广泛。

由于稳定同位素在特定污染源中具有特定的组成，且具有分析结果精确稳定、在迁移与反应过程中组成稳定的特点，已被广泛应用于环境污染事件的仲裁、环境污染物溯源和示踪中。例如：通过测量稳定碳同位素13C和12C的组成解析大气中多环芳烃的来源、考察含氯有机污染物的原位修复与生物降解过程；通过观测稳定氮同位素组成解析湖泊沉积物中有机物来源；通过测量硫的稳定同位素组成研究从水体中硫酸盐污染到大气中硫来源等众多环境问题；利用稳定铅同位素指标206Pb／207Pb进行铅来源解析与示踪已被广泛运用到土壤、地下水、降水、大气、湖泊沉积物等介质中铅来源的研究［14］。

环境同位素方法在解决许多水文地质问题方面，如确定地下水水龄、研究地下水的形成机制、运动及补给、地下水中的污染源、地表水与地下水的相互关系、监视和跟踪海水入侵的变化趋势等，已经成为国内外广泛认可和使用的方法。例如：澳大利亚利用同位素技术分析了解了中部地区大自流盆地的地下水系统，包括地下水运动规律和地下水年龄，为合理开发利用地下水提供了基础信息；美国利用同位素技术分析洪水的过程、洪水中地表水和地下水所占的比例，为洪水控制及水文学研究提供了依据；我国也应用同位素技术对渭河两岸和黑河流域地表水和地下水转换规律进行了研究，对于科学评价流域水资源状况，合理规划水利工程、进行地下水和地表水联合调度具有重要意义［15］。