放射性基础知识概述课件

放射性基础知识 赵福祥 江苏省辐射环境监测管理站 2006年4月2006年江苏省核年江苏省核与辐射监督管理与辐射监督管理和监测技术人员和监测技术人员上岗培训上岗培训放射性基础知识2006年江苏省核与辐射监督管理和监1 原原子子核核由由中中子子和和质质子子组组成成，中中子子不不带带电电，质质子子带带单单位位正正电电荷荷。中中子子和和质质子子质质量量相相当当，分分别别约约等等于于一一个个原原子子质质量量单单位位。核核中中中中子子和和质质子子统统称称为为核核子子，数数目目以以A A表表示示，A A称称为为核核子子数数或或质质量量数数，核核中中质质子子数数记记为为Z Z，中中子子数数记记为为N N。常常用如下形式表示一个原子核：用如下形式表示一个原子核：实际上核素符号实际上核素符号X X和质子数和质子数Z Z具有唯一、确定的关系，具有唯一、确定的关系，所以用符号足以表示一个特定的核素。所以用符号足以表示一个特定的核素。原子核的表示原子核的表示核子数核子数质子数质子数中子数中子数元素符号元素符号原子核由中子和质子组成，中子不带电，质子带单2 原原子子核核由由中中子子和和质质子子组组成成，中中子子不不带带电电，质质子子带带单单位位正正电电荷荷。中中子子和和质质子子质质量量相相当当，分分别别约约等等于于一一个个原原子子质质量量单单位位。核核中中中中子子和和质质子子统统称称为为核核子子，数数目目以以A A表表示示，A A称称为为核核子子数数或或质质量量数数，核核中中质质子子数数记记为为Z Z，中中子子数数记记为为N N。常常用如下形式表示一个原子核：用如下形式表示一个原子核：实际上核素符号实际上核素符号X X和质子数和质子数Z Z具有唯一、确定的关系具有唯一、确定的关系 ，所以用符号，所以用符号X X足以表示一个特定的核素。足以表示一个特定的核素。原子的表示原子的表示原子序数化学符号原子核由中子和质子组成，中子不带电，质子带单31 1）汤姆逊模型）汤姆逊模型19031903年，汤姆逊提出模型：原子是一个半径年，汤姆逊提出模型：原子是一个半径大约为大约为10-1010-10米的球体，正电荷均匀地分布于米的球体，正电荷均匀地分布于整个球体，电子则稀疏地嵌在球体中。整个球体，电子则稀疏地嵌在球体中。同年，长冈半太郎认为正负电子不可能相互同年，长冈半太郎认为正负电子不可能相互渗透，提出了电子均匀地分布在一个环上，环渗透，提出了电子均匀地分布在一个环上，环中心是一个具有大质量的带正电的球，被他称中心是一个具有大质量的带正电的球，被他称为为“土星型模型土星型模型”结构。结构。1 1原子结构模型原子结构模型1）汤姆逊模型1原子结构模型43）.原子结构进化示意图3）.原子结构进化示意图5现代原子结构现代原子结构现代原子结构6卢瑟福散射实验结论：正电荷集中在原子的中心，即原子核；线度为1012量级，为原子的104量级；质量为整个原子的99.9%以上；从此建立了原子的有核模型。原子的电中性，要求：原子核所带电量与核外电子电量相等，核电荷与核外电子电荷符号相反。即：核电荷，核外电子电荷。卢瑟福散射实验结论：原子的电中性，要求：7中子、质子和电子的质量与电荷质量质量(u)电荷电荷(e)中子中子0质子质子1电子电子1中子、质子和电子的质量与电荷质量(u)电荷(e)中子0质子8 原子核的大小（原子核的大小（P8P8）原子核的半径,根据测量方法：核力半径和电荷分布半径。它们结果相近，均与A1/3成正比。电荷半径：电荷半径：核力半径：核力半径：重要结论：原子核半径近似正比于A1/3，原子核体积近似正比于A。原子核的大小（P8）原子核的9原子核的密度P8：代入：得：结论：原子核密度为常数，且非常大。原子核的密度P8：代入：得：结论：原子核密度为常数，且非常大10原子的壳层结构 P2原子核核外电子又常称为轨道电子，把电子看成沿一定的轨道运动 最靠近核的一个壳层称为K层，在它外面依次为L壳层，M壳层，N壳层，O壳层等等。每个壳层最多可容纳2n2个电子，以K壳层而言，最多可容纳2个电子；L壳层最多可容纳8个电子；M壳层为18个电子，原子的壳层结构P2原子核核外电子又常称为轨道电子，把电子看11在正常状态下，电子先充满较低的能级（P3）受到内在或外来因素的作用时，处在低能级的电子有可能被激发到较高的能级上（称为激发过程）；或电子被电离到原子的壳层之外（称为电离过程）。特征X射线。在正常状态下，电子先充满较低的能级（P3）12图2-1 原子能级图和主要的 K系和L系特征X射线图2-1原子能级图和主要的13原子核物理常用术语（P5）1).1).核素（）核素（）具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子称为核素。原子核或原子称为核素。核子数、中子数、质子数和能态只要有一个不同，核子数、中子数、质子数和能态只要有一个不同，就是不同的核素。就是不同的核素。两种核素，A同，Z、N不同。两种核素，N同，A、Z不同。两种核素，Z同，A、N不同。两种核素，A、Z、N同，能态不同。原子核物理常用术语（P5）1).核素（）具有一定数目的中14 具有相同原子序数但质量数不同的核素称为某元素具有相同原子序数但质量数不同的核素称为某元素的同位素。的同位素。(即即Z Z相同，相同，N N不同，在元素周期表中处于同不同，在元素周期表中处于同一个位置，具有基本相同化学性质。一个位置，具有基本相同化学性质。)表示方法表示方法:238U:238U、238238、铀、铀-238-2382).2).同位素（）和同位素丰度同位素（）和同位素丰度铀的二种同位素。铀的二种同位素。氢的三种同位素；氢的三种同位素；具有相同原子序数但质量数不同的核素称为某元素的同位素。(15 某元素中各同位素天然含量的原子数百分某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同位素丰度。比称为同位素丰度。99.985%、0.015%99.756%、0.039%、0.205%某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同位素丰163).3).同中子异荷素（）同中子异荷素（）4).4).同量异位素（）同量异位素（）质量数A相同，质子数Z不同的核素。中子数N相同，质子数Z不同的核素。也称为同中子素或同中异位素。3).同中子异荷素（）4).同量异位素（）质量数A相同，质子175).5).同质异能素（）同质异能素（）质子数 Z 和中子数 N 均相同，而能态不同的核素。同质异能态：同质异能素所处的能态，是寿命比较长同质异能态：同质异能素所处的能态，是寿命比较长的激发态。的激发态。激发态半衰期为2.81hr。5).同质异能素（）质子数Z和中子数N均相同，而18图1-2 核素图（部分）图1-2核素图（部分）19图1-3 稳定核素分布图图1-3稳定核素分布图20稳定核素几乎全落在一条光滑曲线上或紧靠曲线的两侧，我们把这条曲线称为稳定曲线。稳定曲线上方的核素为丰中子核素，易发生-衰变。位于稳定曲线下方的核素为缺中子核素，易发生+衰变稳定核素几乎全落在一条光滑曲线上或紧靠曲线的两侧，我们把这条21原子核的结合能 质量和能量都是物质同时具有的两个属性，任何具有一定质量的物体必须与一定的能量相联系 2一个原子质量单位相联系的静止质量相应的能量为 931.494013原子核的结合能质量和能量都是物质同时具有的两个属性，任何具22图1-4 比结合能曲线图1-4比结合能曲线23获得能量：一是重核裂变，即一个重核分裂成两个中等质量的核，人们依靠重核裂变的原理制造出原子反应堆与原子弹一是轻核聚变。依靠轻核聚变的原理制造出氢弹和人们正在探索的可控聚变反应。获得能量：24五、核衰变（P11）1896年贝可勒尔()发现了铀的放射现象，这是人类第一次在实验室里观察到原子核现象。五、核衰变（P11）1896年贝可勒尔()发现了铀25在磁场中研究射线的性质时，证明它是由三种成分组成的。一个成分在磁场中的偏转方向与带正电的离子流的偏转方向相同；另一个成分与带负电的离子流的偏转方向相同；第三个成分则不发生任何偏转，继续沿着直线方向前进。分别叫做射线、射线和射线。在磁场中研究射线的性质时，证明它是由三种成分组成的。26 核衰变主要的类型核衰变主要的类型:a,b,g衰变衰变 辐射类型辐射类型 电荷数电荷数/质量质量 穿透本领穿透本领 a=氦核氦核 +24 纸片纸片 b=或或 几毫米金属几毫米金属 g =高能光子高能光子 无无 几厘米铅几厘米铅 此外，还有中子发射、质子发射、裂变等核衰变主要的类型:a,b,g衰变辐射类型27衰变 原子核自发地放射出粒子而发生的转变，叫做衰变。经过衰变以后，原子核的质量数比母核减少4，原子序数减少2。衰变原子核自发地放射出粒子而发生的转变，叫做衰变。经28衰变特点 一般为重核一般能量小于7半衰期极宽 衰变特点一般为重核29（二）（二）衰变衰变衰变：核电荷数改变而核子数不变的自发核衰变过程.放射性核素遍及整个元素周期表放射性核素遍及整个元素周期表 衰变发射粒子能量在几十几衰变发射粒子能量在几十几 衰变半衰期范围为，衰变半衰期范围为，10-3s1024a 衰变基本特点：衰变基本特点：衰变主要包括衰变主要包括-衰变、衰变、+衰变和轨道电衰变和轨道电子俘获三种形式。子俘获三种形式。（二）衰变衰变：核电荷数改变而核子数不变的自发30 的的 衰变理论衰变理论(1934)：中中子子和和质质子子是是核核子子的的两两个个不不同同状状态态，它它们们之之间间的的转转变变相相当当于于两两个个量量子子态态之之间间的的跃跃迁迁，在在跃跃迁迁过过程程中中放放出出电电子和中微子，它们事先并不存在于核内。子和中微子，它们事先并不存在于核内。衰衰变变的的本本质质是是核核内内一一个个中中子子变变为为质质子子，和和 的的本本质质是是一一个个质质子子变变为为中中子子，导导致致产产生生电电子子和和中中微微子子的的是是弱弱相互作用。相互作用。：EC：的衰变理论(1934)：中子和质子是312 2、衰变衰变表达式：表达式：母核母核X X 衰变为衰变为 子核子核Y Y、一个、一个 电子电子 和一个和一个反中微子反中微子.核中一个中子变为了质子。核中一个中子变为了质子。2、衰变表达式：母核X衰变为子核Y、一个电子和一323 3、衰变衰变表达式：表达式：母核母核X X 衰变为衰变为 子核子核Y Y、一个、一个 正电子正电子 和一个和一个中微子中微子.核中一个质子变为了中子。核中一个质子变为了中子。3、衰变表达式：母核X衰变为子核Y、一个正电子和334 4、(轨道电子俘获轨道电子俘获)表达式表达式母母核核 俘俘获获核核外外轨轨道道上上的的一一个个电电子子，使使母母核核中中的的一一个个 质质子子 转转变变为为一一个个中中子，子，同时放出一个中微子。同时放出一个中微子。K电子俘获最容易发生。电子俘获最容易发生。4、(轨道电子俘获)表达式母核俘获核外轨道上的一个电子，使34衰变的后续过程：衰变的后续过程：2.特征特征X射线射线1.俄歇电子俄歇电子衰变的后续过程：2.特征X射线1.俄歇电子35（三）（三）跃迁跃迁衰变：原子核从激发态通过发射光子或其他过程跃迁到较低能态的过程。该过程核电荷数不变、核子数不变。跃迁发射粒子能量在几十几跃迁半衰期范围为，10-16s10-4s 跃迁的基本特点：跃迁的基本特点：跃迁包括跃迁和内转换电子两种形式。（三）跃迁衰变：原子核从激发态通过发射光子或其他过程跃36 跃迁跃迁(发射发射 光子的过程）光子的过程）光子的性质：光子的性质：静止质量 0能量（动质量）动量自旋（玻色子）跃迁(发射光子的过程）光子的性质：静止质量37六、原子核的衰变规律六、原子核的衰变规律 （P13）在无外界影响下，原子核自发地发生转变的现象称为原子核的衰变，又叫放射性衰变。核衰变有多种形式，如衰变，衰变，衰变，还有自发裂变及发射中子、质子的蜕变过程。六、原子核的衰变规律（P13）在无外界影响下，原子核自发地38放射性基础知识概述课件39放射性基础知识概述课件40放射性基础知识概述课件41放射性基础知识概述课件42放射性基础知识概述课件43放射性衰变的基本规律 衰变是一个统计的过程大量的全同的放射性原子核会先后发生衰变，总的效果是随着时间的流逝，放射源中的原子核数目按一定的规律减少 放射性衰变的基本规律衰变是一个统计的过程44实验发现:加压、加热、加电磁场、机械运动等物理或化学手段不能改变指数衰减规律，也不能改变其衰变常数。放射性衰变是由原子核内部运动规律所决定的。放射性基础知识概述课件45单一放射性的指数衰减规律把一定量的氡射气单独存放大约4天之后氡射气的数量减少一半经过8天减少到原来的1/4经过12天减天1/8一个月后就不到原来的1/100如果以氡射气的数量的自然对数为纵坐标，以时间为横坐标作图 单一放射性的指数衰减规律把一定量的氡射气单独存放46图1-6 222的衰变规律图 图1-6222的衰变规律图47设：t时刻放射性原子核的数目为N(t)，求解求解t 内发生的核衰变数目(t)，它应该正比于N(t)和时间间隔，于是有：设：t时刻放射性原子核的数目为N(t)，求解t内发生48 (1)、衰变常数分子表示：分子表示：t 时刻时刻单位时单位时间内间内发生衰变的核数目发生衰变的核数目，称为称为衰变率衰变率，记作，记作t 时刻放射性原子核总数时刻放射性原子核总数衰变常数：一个原子核在单位时间内发生衰变的概率。放射性核素的特征量放射性核素的特征量量纲为：量纲为：t-1,如如1，1，1，1(1)、衰变常数分子表示：t时刻单位时间内发生衰变的核49一个原子核有几种衰变方式时：一个原子核有几种衰变方式时：定义定义分支比分支比：一个原子核有几种衰变方式时：定义分支比：50 (2)(2)、半衰期、半衰期 半衰期：放射性核数衰变一半所半衰期：放射性核数衰变一半所需的时间，记为需的时间，记为 。即：即：量纲为：t,如s，h，d，a(2)、半衰期半衰期：放射性核数衰变一半所需的51(3)(3)、平均寿命、平均寿命 平均寿命平均寿命 总寿命总寿命/总核数总核数在在 时间内衰变的原子核数为：时间内衰变的原子核数为：这些核的寿命均为这些核的寿命均为 t，它们的总寿命为：，它们的总寿命为：(3)、平均寿命平均寿命总寿命/总核数在时52因此，平均寿命：因此，平均寿命：而t可能的取值为：0所以，所有核的总寿命为：所以，所有核的总寿命为：因此，平均寿命：而t可能的取值为：0所以，所有核的53放射性的活度和单位一个放射源的强弱不仅取决于放射性原子核的数量的多少，还与这种核素的衰变常数有关 一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数称为它的放射性活度，通常用符号A表示 放射性的活度和单位一个放射源的强弱不仅取决于放射性原子核的数54放射性活度的单位（P17）由于历史的原因，曾采用居里（）为单位。每秒钟有3.71010次核衰变定义为一个居里，即13.71010有毫居里(110-3)微居里（110-6）放射性活度的单位（P17）由于历史的原因，曾采用居里（）为单55单位是秒的倒数（1），叫贝可勒尔，简称贝可，符号。1等于放射性物质在1秒钟内有1个原子核发生衰变。其表达式如下：1次衰变秒 11显见，13.71010单位是秒的倒数（1），叫贝可勒尔，简称贝可，符号。1等于放射56放射性活度仅仅是指单位时间内原子核衰变的数目，而不是指在衰变过程中放射出的粒子数目。例如137有100个原子核发生衰变，放出 1.17的电子有6个；0.512的电子有94个；并伴随0.662光子94个 共放出194个粒子。放射性活度仅仅是指单位时间内原子核衰变的数目，而不是指在衰变57(4)、比活度、比活度()定义为：单位质量放射源的放射性活度。定义为：单位质量放射源的放射性活度。比比活活度度反反映映了了放放射射源源中中放放射射性性物物质质的的纯度。纯度。即：即：单位为：单位为：，或，或(4)、比活度()定义为：单位质量放射源的放射性活度。58 递次衰变规律递次衰变规律 许许多多放放射射性性核核素素并并非非一一次次衰衰变变就就达达到到稳稳定定，而而是是它它们们的的子子核核仍仍有有放放射射性性，会会接接着着衰衰变变 直直到到衰衰变变的的子子核核为为稳稳定定核核素素为为止止，这这样样就就产产生生了了多多代代连连续续放放射射性性衰衰变，称之为递次衰变或级联衰变。变，称之为递次衰变或级联衰变。递次衰变规律许多放射性核素59递次衰变的表示：递次衰变的表示：例如：例如：递次衰变的表示：例如：60 1.1.两次连续衰变规律两次连续衰变规律A B C（稳定）（稳定）初始条件：t=0时，时，A 的数目为的数目为N10A 和和 B 的衰变常数分别为的衰变常数分别为 1 和和 2B、C 的数目为的数目为0。是单一放射性衰变，服从简单的指数规律。是单一放射性衰变，服从简单的指数规律。即：即：对于对于A：这样t时刻，A的数目的变化为：1.两次连续衰变规律ABC（稳定）初始条件：t=61对于对于B：不断衰变为C(减少)：不断从A获得(增加)：这样B的数目的变化为：B代入N1(t)等条件，解此微分方程，可可见见，子子体体 B 的的变变化化规规律律不不仅仅与与它它本本身身的的衰衰变变常常数数 2 有有关关，而而且且还还与与母母体体 A 的的衰衰变变常常数数 1 有有关关，它它的衰变规律不再是简单的指数规律。的衰变规律不再是简单的指数规律。对于B：不断衰变为C(减少)：不断从A获得(增加)：这样62 已已经经假假设设 C 是是稳稳定定的的，那那么么它它的的变变化化仅仅由由 B 的衰变决定，即：的衰变决定，即：解此方程，得：对于对于C：当当t t ，N3(t)N3(t)N10N10，母母体体A A全全部部衰衰变变成子体成子体C C。子体。子体C C是稳定的，不再发生衰变。是稳定的，不再发生衰变。已经假设C是稳定的，那么它的变化仅由B的衰变63两次连续衰变规律总结如下：两次连续衰变规律总结如下：A B C（稳定）（稳定）两次连续衰变规律总结如下：ABC（稳定）64放射性平衡（P21）暂时平衡 当母体A的半衰期不是很长，但比子体B半衰期还是要长，即 T1T2（如10h，1h）长期平衡 当母体A的半衰期比子体的长得多，T1T2（如10a，1h）不成平衡的情况 当母体A的半衰期小于子体的半衰期，T1T2（如1h，10h)放射性平衡（P21）暂时平衡当母体A的半衰期不是很长，65a子体活度曲线子体活度曲线d子体单独存在时活度曲线子体单独存在时活度曲线b母体活度曲线母体活度曲线c母子共同活度曲线母子共同活度曲线ea子体活度曲线d子体单独存在时活度曲线b母体活度曲线c母子共66医院“母牛”连续衰变（P23）医院“母牛”连续衰变（P23）67 B.B.长期平衡长期平衡P23P23 当母体当母体A的半衰期较长，且比子体的半衰期较长，且比子体B的半的半衰期长得多时，即衰期长得多时，即或或 则则在在观观察察时时间间内内，看看不不出出母母体体A放放射射性性的的变变化化；在在相相当当长长时时间间以以后后，子子体体 B 的的核核数数目目和和放放射射性性活活度度达达到到饱饱和和，并并且且子子母母体体的的放放射射性性活活度度相相等等。这时建立的平衡叫长期平衡。这时建立的平衡叫长期平衡。B.长期平衡P23当母体A的半衰期较长，且比子体B的68a子体活度曲线子体活度曲线d子体单独存在时活度曲线子体单独存在时活度曲线b母体活度曲线母体活度曲线c母子共同活度曲线母子共同活度曲线200a子体活度曲线d子体单独存在时活度曲线b母体活度曲线c母子共69如：铀-镭平衡(或钍-镭平衡)在在测测量量样样品品时时，一一般般要要求求放放射射系系处于平衡状态。处于平衡状态。一一般般测测量量的的样样品品是是不不密密封封的的，这这时时如如果果衰衰变变系系列列中中有有处处于于气气体体状状态态的的（如如各各放放射射系系中中的的氡氡射射气气），它它会会逸逸出出而而使使长长期期平平衡衡破破坏坏。为为此此要要把把样样品品密密封封起起来来达达其其半半衰衰期期的的倍倍再进行测量。（再进行测量。（222的的T1/2为为3.8天）天）如：铀-镭平衡(或钍-镭平衡)在测量样品时，一般要70 C.C.不成平衡不成平衡逐代衰变逐代衰变 当当母母体体A的的半半衰衰期期比比子子体体B的的半半衰衰期短时，即期短时，即或或 这这时时建建立立不不起起平平衡衡，母母体体A按按指指数数规规律律较较快快衰衰减减；而而子子体体B的的数数目目从从零零逐逐步步增增加加，过过极极大大值值后后较较慢慢衰衰减减，当当时时间间足足够够长长时时，子子体体B则则按按自自己己的的衰衰变变常常数数 2衰衰变变。这这种种情情况况也也称称为为逐逐代代衰变。衰变。C.不成平衡逐代衰变当母体A的半衰期比子体B71a 子体活度曲线子体活度曲线d 子体单独存在时活度曲线子体单独存在时活度曲线b 母体活度曲线母体活度曲线c 母子共同活度曲线母子共同活度曲线a子体活度曲线d子体单独存在时活度曲线b母体活度曲线c72 天然放射系 P25地球年龄为10亿年（即109a）三个处于长期平衡状态的放射系这些放射系第一个核素的半衰期都很长 如钍系的，半衰期为1.411010a；铀系的U，半衰期为4.47109a；锕-铀系的U，其半衰期为7.04108a。三个放射系中的其他核素，衰变都较快 天然放射系P25地球年龄为10亿年（即109a）73 钍系（4n系）钍系从开始，经过连续10次衰变，最后到达稳定核素是4的整数倍的质量数子体中半衰期最长为5.75a，所以钍系建立起长期平衡需要几十年时间。钍系（4n系）钍系从74 铀系（铀系（4242系）系）铀系从开始，经过连续14次衰变，最后到达稳定核素是4的整数倍+2的质量数子体中半衰期最长为2.45105a，所以铀系建立起长期平衡需要几百万年时间。铀系（42系）铀系从开始，75 锕系（锕系（4343系）系）锕系从开始，经过连续11次衰变，最后到达稳定核素是4的整数倍+3的质量数子体中半衰期最长为3.28104a，所以锕系建立起长期平衡需要几十万年时间。锕系（43系）锕系从开76 空缺（空缺（4141系）系）-发现镎系发现镎系镎系从开始，经过连续11次衰变，最后到达稳定核素是4的整数倍+1的质量数天然放射系中缺少41放射系，人工造成的半衰期为2.14106a。空缺（41系）-发现镎系镎系从开始77衰变规律的一些应用 P26 1995年5月，各为10的放射性核素226、137、60和125I，到2005年5月（经过10年）时它们的活度是多少？分别占原来活度的百分比。A（t）（0）t =A（0）0.693衰变规律的一些应用P261995年5月，各为10的放射性78放射性基础知识概述课件79放射性基础知识概述课件80 第二节第二节 电离辐射源电离辐射源（P29）第二节电离辐射源（P29）81 辐射主要包括辐射主要包括:1.1.电离辐射（通常称放射性）电离辐射（通常称放射性）2.2.电磁辐射（非电离辐射）电磁辐射（非电离辐射）82人体受到照射的辐射来源及其水平人体受到照射的辐射来源及其水平天然辐射是人类的主要辐射来源人体受到照射的辐射来源及其水平天然辐射是人类的主要辐射来源83天然辐射宇宙射线宇宙射线宇生放射性核素宇生放射性核素原生放射性核素原生放射性核素 一般场所：一般场所：天然本底为天然本底为 2.3,2.3,多为内照射多为内照射(222,60%)(222,60%)一、天然本底照射一、天然本底照射天然辐射宇宙射线宇生放射性核素原生放射性核素一般场所：84宇宙射线引起的镞射宇宙射线引起的镞射1.宇宙射线的来源宇宙射线引起的镞射1.宇宙射线的来源85初级宇宙射线：质子（85.9）、粒子（12.7%）、重带电粒子(等核，1.4%)及 少 量 电 子。最 高 能 量 可 达10(1010)。与大气 核作用，生成次极宇宙射线。在纬度高于45度的海平面，宇宙射线平均注量率12。随高度变化，海平面为1，则海拔2为3，海拔12为2030。次级宇宙射线：主要是中子、介子，介子、正负电子及高能 光子。在15 处完成转换。初级宇宙射线：质子（85.9）、粒子（12.7%）、重86 对公众剂量有明显贡献的核素，14C、3H、22、7。以14C为例，14C的生成过程：次极宇宙射线中的热中子与大气中的N核发生核反应：14C具有放射性，14C与大气中作用形成通过生物作用和自然界的交换，分布于大气、海洋及生物界，总量达3000。2.宇生放射性核素对公众剂量有明显贡献的核素，14C、3H、22、7。以873.3.原生放射性核素：原生放射性核素：以238U、232和235U为起始核素的三个天然放射系，以及独立的长寿命放射性核素如40K等。以40K为例，以 为主40K的天然丰度为0.0118%。在人体内的放射性活度约为：3.原生放射性核素：以238U、232和235U为起88放射性基础知识概述课件89正常本底地区天然辐射源致人体的年有效剂量正常本底地区天然辐射源致人体的年有效剂量正常本底地区天然辐射源致人体的年有效剂量90江苏省天然辐射所致居民剂量江苏省天然辐射所致居民剂量 年有效剂量当量（）年有效剂量当量（）集体年有效剂量当量集体年有效剂量当量辐射类型辐射类型 （104104人人）室室 外外 室室 内内 合合 计计陆地陆地辐射辐射 0.09 0.39 0.48 0.09 0.39 0.48 3.03.0宇宙射线宇宙射线 0.07 0.16 0.23 0.07 0.16 0.23 1.51.5天然贯穿辐射天然贯穿辐射 0.16 0.55 0.71 0.16 0.55 0.71 4.54.5注注:室内室内 外居留因子取外居留因子取0.72/0.280.72/0.28，屏蔽因子取楼，屏蔽因子取楼0.8/0.8/平平0.90.9江苏省天然辐射所致居民剂量年有效剂91人工辐射源人工辐射源是用人工方法产生的辐射源。人工辐射源主要有核设施、核技术应用的辐射源和核试验落下灰等。P32密封源的种类很多。按辐射的射线可分为源、源、源、低能光子源、中子源等。按放射源的几何形状可分为点源、线源、平面源、圆柱源、圆环源、针状源、棒状源等。按活度不确定度可分为检查源、工作源、参考源、标准源等。按用途可分为医疗用、工业照相（探伤）用、核仪表用、射线辐照用、放射性测井用、放射性测量及仪表刻度用等等。人工辐射源人工辐射源是用人工方法产生的辐射源。人工辐射源主要92反应堆生产放射性同位素P39 反应堆是一个强中子源，将样品置于反应堆辐照室或辐照管道内用中子辐照，利用(n，)、(n，)及(n，p)等反应，使样品中的稳定同位素变为放射性同位素。例如生产60放射性同位素时，将金属钴丝(或钴片、钴棒)装于不锈钢壳内，用氩弧焊密封。放入反应堆中照射，由59(n，)60反应得到放射性同位素60。反应堆生产放射性同位素P39反应堆是一个强中子源，将样品置93加速器生产放射性同位素P40 由加速器产生的具有一定能量的带电粒子，如质子、氘核和粒子轰击靶料，通过(p，n)、(d，n)、(d,2n)、(d,)、()和(，n)等反应得到放射性同位素。例如用一30型回旋加速器产生的26质子轰击锌靶，由68(p，2n)67反应得到放射性同位素镓67。加速器生产放射性同位素P40由加速器产生的具有一定能量的94第三节电离辐射与物质的相互作用第三节电离辐射与物质的95 射线，指的是如射线，指的是如X射线、射线、射线、射线、射线、射线、射线等，本质都是辐射粒射线等，本质都是辐射粒子。子。射线与物质相互作用是辐射探测射线与物质相互作用是辐射探测的基础，也是认识微观世界的基本手的基础，也是认识微观世界的基本手段。段。这里讨论的对象为致电离辐射。辐射能量大于10，即可使探测介质的原子发生电离的能量。射线，指的是如X射线、射线、射线、射线等，本96 辐射:带电粒子辐射 非带电粒子辐射 放射性基础知识概述课件97射线与物质相互作用的分类射线与物质相互作用的分类带电粒子辐射带电粒子辐射不带电粒子辐射不带电粒子辐射重带电粒子重带电粒子中子中子快电子快电子X射射线和和 射射线射线与物质相互作用的分类带电粒子辐射不带电粒子辐射重带电粒子98带电粒子通过物质时，在同物质原子中的电子和原子核发生碰撞进行能量的传递和交换：其中一种主要的作用是带电粒子直接使原子电离或激发非带电粒子则通过次级效应产生次带电粒子使原子电离或激发能够直接或间接引起介质原子电离或激发的核辐射通常叫做电离辐射 带电粒子通过物质时，在同物质原子中的电子和原子核发生碰撞进行99 1 1 带电粒子与物质相互作用带电粒子与物质相互作用 载能带电粒子在靶物质中的慢化过程，可分为四种，其中前两种是主要的：(a)电离损失带电粒子与靶物质原子中核外电子的非弹性碰撞过程。(b)辐射损失带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞过程。(c)带电粒子与靶原子核的弹性碰撞(d)带电粒子与核外电子弹性碰撞1带电粒子与物质相互作用载能带电粒子在靶物质中的慢100 1.1 带电粒子能量损失方式之一电离损失 入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用，入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用，使电子获得能量而引起原子的电离或激发。使电子获得能量而引起原子的电离或激发。电离核外层电子克服束缚成为自由电子，原子成为正离子。激发使核外层电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态，退激发光。1.1带电粒子能量损失方式之一电离损失入射带电101放射性基础知识概述课件102 1.2 1.2 带电粒子能量损失方式之二辐射损失带电粒子能量损失方式之二辐射损失 入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用，使入入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用，使入射带电粒子的速度和方向发生变化，伴随着发射电磁射带电粒子的速度和方向发生变化，伴随着发射电磁辐射辐射轫致辐射轫致辐射()()。它是。它是X X射线的一种，具有连续的射线的一种，具有连续的能量分布。能量分布。1.2带电粒子能量损失方式之二辐射损失入射带电粒103射程P45 射程射程()()的定义带电粒子沿入射方向所行径的最的定义带电粒子沿入射方向所行径的最大距离，称为入射粒子在该物质中的射程大距离，称为入射粒子在该物质中的射程R R。入射粒。入射粒子在物质中行径的实际轨迹的长度称作路程子在物质中行径的实际轨迹的长度称作路程()()。重带电粒子的质量大，与物质原子相互作用时，重带电粒子的质量大，与物质原子相互作用时，其运动方向几乎不变。因此，重带电粒子的射程与其其运动方向几乎不变。因此，重带电粒子的射程与其路程相近。路程相近。射程P45射程()的定义带电粒子沿入射方向所行径的最104P45对重带电粒子质量大，与物质原子的核外电子作用时，运动方向几乎不变，因此，其射程与路程相近。5.3的粒子空气中射程3.84，生物肌肉组织中的射程仅为30-40m，人体皮肤的角质层就可把它挡住。P45对重带电粒子质量大，与物质原子的核外电子作用时，运动方105 粒子的射程粒子的射程 由于电子容易物质原子的散射，其射程与路径由于电子容易物质原子的散射，其射程与路径相差甚远。连续能量分布，其射程不同于重带电相差甚远。连续能量分布，其射程不同于重带电粒子。但与粒子。但与 粒子最大能量粒子最大能量 相应存在一个相应存在一个最大射程最大射程 。粒子的射程106 因此，两个湮没光子的能量相同，各等因此，两个湮没光子的能量相同，各等于于0.5110.511。而两个而两个湮没光湮没光子的发子的发射方向射方向相反，相反，且发射且发射是各向是各向同性的。同性的。因此，两个湮没光子的能量相同，各等于0.511。而两107射线与 射线的本质电磁辐射特征射线：湮没辐射：核能级跃迁正电子湮没产生特征X射线：原子能级跃迁轫致辐射：带电粒子速度或运动方向改变产生2 射线与物质相互作用P45射线与射线的本质电磁辐射特征射线：湮没辐射：核108 射线与物质相互作用特点：射线与物质相互作用特点：光子是通过次级效应与物质的原子或原光子是通过次级效应与物质的原子或原子核外电子作用子核外电子作用 次级效应主要的方式有三种，即光电效次级效应主要的方式有三种，即光电效应、康普顿效应和电子对效应。应、康普顿效应和电子对效应。射线与物质相互作用特点：光子是通过次级效应与1091.光电效应1.光电效应1102.康普顿效应2.康普顿效应1112.3 2.3 电子对生成效应：电子对生成效应：光子从原子核旁经过，在核的库光子从原子核旁经过，在核的库仑场作用下，仑场作用下，光子转化成为正负电子光子转化成为正负电子对。对。1)1)正负电子对的能量：正负电子对的能量：所以，只有当所以，只有当 射线射线能量大于能量大于才可能发生电子对效应。才可能发生电子对效应。2.3电子对生成效应：112 三种效应的相互关系三种效应的相互关系113 物质对射线的吸收 窄束X、射线的吸收P47为光子与吸收物质作用的截面；N为吸收物质单位体积的原子数；I0为射线入射强度；D为吸收物质厚度。物质对射线的吸收窄束X、射线的吸收P4114在t层内单位时间光子数的变化为：等于在该层物质内单位时间发生的作用数。其中：线性吸收系数在t层内单位时间光子数的变化为：等于在该层物质内单位时间发115 积累因子是为了考虑散射伽玛的影响而引积累因子是为了考虑散射伽玛的影响而引入的参数。入的参数。积累因子是为了考虑散射伽玛的影响而引入的参数。116宽束（非窄束）宽束（非窄束）射线衰减规律射线衰减规律P48P48 称为积累因子。称为积累因子。宽束（非窄束）射线衰减规律P48称为积累因1173 中子与物质相互作用 中子的性质中子的性质2)中能中子：10.5。1)慢中子：01。包括冷中子、热中子、超热中子、共振中子。3)快中子：0.510。4)特快中子：10。热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量为0.0253，中子速度2.2103.3中子与物质相互作用中子的性质2)中能中子：10.118 中子的性质中子的性质质量：质量：1.008665u1.008665u939.5653002939.5653002自旋：自旋：1/2,1/2,费米子费米子电荷：电荷：0 0，中性粒子，中性粒子磁矩：磁矩：n n1.9130421.913042N N中子寿命：发生中子寿命：发生衰变的半衰期衰变的半衰期T1/2=10.60T1/2=10.60中子的性质质量：1.008665u939.56530119 中子源中子源1)241中子源。中子源。属于属于()型中子源。由型中子源。由241放射源放出的放射源放出的粒粒子，打在上发生反应，产生中子。子，打在上发生反应，产生中子。性能：中子产额性能：中子产额2.2106T1/2433年；年；1.同位素中子源同位素中子源中子能量为中子能量为0.111.2，平均，平均5；比比(中子中子强度比强度比)为为10:1；中子源1)241中子源。属于()型中子源。由241放120 2)自发裂变中子源自发裂变中子源 自发裂变中子源为超铀元素。以252(锎)最常用。1克252 发射中子率为2.311013个中子。半衰期：T1/2(自发裂变)85.5a，T1/2(衰变)2.64a。中子平均能量为2.2。2)自发裂变中子源自发裂变中子源为超铀元素。以121 中子与物质相互作用P501.1.中子的散射中子的散射 1)弹性散射 (n,n)中子与物质的相互作用实质上是中子与物质的靶核的相互作用。2)非弹性散射(n,n)2.2.中子的俘获中子的俘获1)中子的辐射俘获(n,)2)中子的核反应(n,)中子与物质相互作用P501.中子的散射1)弹性散射1229、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。6月-246月-24Saturday,June 15,202410、人的志向通常和他们的能力成正比例。01:59:0901:59:0901:596/15/2024 1:59:09 AM11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。6月-2401:59:0901:59Jun-2415-Jun-2412、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。01:59:0901:59:0901:59Saturday,June 15,202413、志不立，天下无可成之事。6月-246月-2401:59:0901:59:09June 15,202414、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London.It was the first time that I had seen the Tower or any of the other famous sights.If Id gone alone,I couldnt have seen nearly as much,because I wouldnt have known my way about.。15六月20241:59:09上午01:59:096月-2415、会当凌绝顶，一览众山小。六月241:59上午6月-2401:59June 15,202416、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2024/6/151:59:0901:59:0915 June 202417、一个人如果不到最高峰，他就没有片刻的安宁，他也就不会感到生命的恬静和光荣。1:59:09上午1:59上午01:59:096月-24谢谢观看THE END9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳123