放射性基础知识概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/2/8,#,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年江苏省核与辐射监督管理和监测技术人员上岗培训,原子核由中子和质子组成，中子不带电，质子带单位正电荷。中子和质子质量相当，分别约等于一个原子质量单位。核中中子和质子统称为核子，数目以A表示，A称为核子数或质量数，核中质子数记为Z，中子数记为N。常用如下形式表示一个原子核：,实际上核素符号X和质子数Z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。,原子核的表示,核子数,质子数,中子数,元素符号,原子核由中子和质子组成，中子不带电，质子带单位正电荷。中子和质子质量相当，分别约等于一个原子质量单位。核中中子和质子统称为核子，数目以A表示，A称为核子数或质量数，核中质子数记为Z，中子数记为N。常用如下形式表示一个原子核：,实际上核素符号X和质子数Z具有唯一、确定的关系 ，所以用符号X足以表示一个特定的核素。,原子的表示,原子序数,化学符号,1）汤姆逊模型,1903年，汤姆逊提出模型：原子是一个半径大约为10-10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。,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，环中心是一个具有大质量的带正电的球，被他称为“土星型模型”结构。,1原子结构模型,3）.原子结构进化示意图,现代原子结构,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。,中子、质子和电子的质量与电荷,质量(u),电荷(e),中子,0,质子,1,电子,1,原子核的大小（P8）,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：,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。,原子核的密度P8：,代入,：,得：,结论：原子核密度为常数，且非常大。,原子的壳层,结,结构 P2,原子核核外,电,电子又常称,为,为轨道电子,，,，把电子看,成,成沿一定的,轨,轨道运动,最靠近核的,一,一个壳层称,为,为K层，在,它,它外面依次,为,为L壳层，M壳层，N,壳,壳层，O壳,层,层等等。每,个,个壳层最多,可,可容纳2n2个电子，,以,以K壳层而,言,言，最多可,容,容纳2个电,子,子；L壳层,最,最多可容纳8个电子；M壳层为18个电子，,在正常状态,下,下，电子先,充,充满较低的,能,能级 （P3）,受到内在或,外,外来因素的,作,作用时，处,在,在低能级的,电,电子有可能,被,被激发到较,高,高的能级上,（,（称为激发,过,过程）；或,电,电子被电离,到,到原子的壳,层,层之外（称,为,为电离过程,）,）。,特征X射线,。,。,图2-1,原,原子能级图,和,和主要的,K系和L系,特,特征X射线,原子核物理,常,常用术语（P5）,1).核素,（,（）,具有一定数,目,目的中子和,质,质子以及特,定,定能态的一,种,种原子核或,原,原子称为核,素,素。,核子数、中,子,子数、质子,数,数和能态只,要,要有一个不,同,同，就是不,同,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。,具有相同原,子,子序数但质,量,量数不同的,核,核素称为某,元,元素的同位,素,素。(即Z,相,相同，N不,同,同，在元素,周,周期表中处,于,于同一个位,置,置，具有基,本,本相同化学,性,性质。),表示方法:238U、238、铀-238,2).同位,素,素（）和同,位,位素丰度,铀的二种同位素。,氢的三种同位素；,某元素中各,同,同位素天然,含,含量的原子,数,数百分比称,为,为同位素丰,度,度。,99.985%、0.015%,99.756%、0.039%、0.205%,3).同中,子,子异荷素（,）,）,4).同量,异,异位素（）,质量数A相,同,同，质子数Z不同的核,素,素。,中子数N相,同,同，质子数Z不同的核,素,素。,也称为同中,子,子素或同中,异,异位素。,5).同质,异,异能素（）,质子数 Z,和,和中子数N 均相,同,同，而能态,不,不同的核素,。,。,同质异能态,：,：同质异能,素,素所处的能,态,态，是寿命,比,比较长的激,发,发态。,激发态半衰期为2.81,hr,。,图1-2,核,核素图（,部,部分）,图1-3,稳,稳定核素,分,分布图,稳定核素几,乎,乎全落在一,条,条光滑曲线,上,上或紧靠曲,线,线的两侧，,我,我们把这条,曲,曲线称为,稳,稳定曲线。,稳定曲线上,方,方的核素为,丰,丰中子核素,，,，易发生-衰变。位,于,于稳定曲线,下,下方的核素,为,为缺中子核,素,素，易发生,+衰变,原子核的结,合,合能,质量和能量,都,都是物质同,时,时具有的两,个,个属性，任,何,何具有一定,质,质量的物体,必,必须与一定,的,的能量相联,系,系,2,一个原子质,量,量单位相联,系,系的静止质,量,量相应的能,量,量为 931.494013,图1-4,比,比结合能,曲,曲线,获得能量：,一是重核裂,变,变，即一个,重,重核分裂成,两,两个中等质,量,量的核，人,们,们依靠重核,裂,裂变的原理,制,制造出原子,反,反应堆与原,子,子弹,一是轻核聚,变,变。依靠轻,核,核聚变的原,理,理制造出氢,弹,弹和人们正,在,在探索的可,控,控聚变反应,。,。,五 、核衰,变,变（P11,）,）,1896年,贝,贝可勒尔()发现了铀,的,的放射现象,，,，这是人类,第,第一次在实,验,验室里观察,到,到原子核现,象,象。,在磁场中研,究,究射线的性,质,质时，证明,它,它是由三种,成,成分组成的,。,。,一个成分在,磁,磁场中的偏,转,转方向与带,正,正电的离子,流,流的偏转方,向,向相同；,另一个成分,与,与带负电的,离,离子流的偏,转,转方向相同,；,；,第三个成分,则,则不发生任,何,何偏转，继,续,续沿着直线,方,方向前进。,分别叫做,射,射线、射,线,线和射线,。,。,核衰变主要,的,的类型:a, b,g衰变,辐射类型,电,电荷数/质,量,量,穿,穿透本领,a = 氦,核,核+24,纸,纸片,b =, 或,几,几毫米金,属,属,g =,高,高能光子,无,无,几,几厘米铅,此外，还有,中,中子发射、,质,质子发射、,裂,裂变等,衰变,原子核自发,地,地放射出,粒,粒子而发生,的,的转变，叫,做,做衰变。,经,经过衰变,以,以后，原子,核,核的质量数,比,比母核减少4，原子序,数,数减少2。,衰变特点,一般为重核,一般能量小,于,于7,半衰期极宽,（二）衰,变,变,衰变：核,电,电荷数改变,而,而核子数不,变,变的自发核,衰,衰变过程., 放射性,核,核素遍及整,个,个元素周期,表,表, 衰变发,射,射粒子能量,在,在几十几, 衰变半,衰,衰期范围为,，,，10-3s1024a,衰变基本,特,特点：, 衰变主,要,要包括-,衰,衰变、+,衰,衰变和轨道,电,电子俘获三,种,种形式。,的 衰,变,变理论(1934)：,中子和质子,是,是核子的两,个,个不同状态,，,，它们之间,的,的转变相当,于,于两个量子,态,态之间的跃,迁,迁，在跃迁,过,过程中放出,电,电子和中微,子,子，它们事,先,先并不存在,于,于核内。, 衰变,的,的本质是核,内,内一个中子,变,变为质子，, 和,的,的本质是一,个,个质子变为,中,中子，导致,产,产生电子和,中,中微子的是,弱,弱相互作用,。,。,：,：,EC：,2、衰,变,变,表达式：,母核X 衰,变,变为 子核Y、一个,电,电子 和一,个,个,反中微子.,核,核中一个,中,中子变为了,质,质子。,3、衰,变,变,表达式：,母核X 衰,变,变为 子核Y、一个,正,正电子 和,一,一个,中微子.,核,核中一个质,子,子变为了中,子,子。,4、(轨道,电,电子俘获),表达式,母核 俘获,核,核外轨道上,的,的一个电子,，,，使母核中,的,的一个 质,子,子 转变为,一,一个中子，,同,同时放出,一,一个中微子,。,。,K电子俘获,最,最容易发生,。,。,衰变的后续,过,过程：,2.特征X,射,射线,1.俄歇电,子,子,（三）跃,迁,迁,衰变：原,子,子核从激发,态,态通过发射,光子或其,他,他过程跃迁,到,到较低能态,的,的过程。该,过,过程核电荷,数,数不变、核,子,子数不变。,跃,跃迁,发,发射,粒,粒子,能,能量,在,在几,十,几,几,跃,跃迁,半,半衰,期,期范,围,围为,，,，10-16s10-4s,跃,跃迁,的,的基,本,本特,点,点：,跃,跃迁,包,包括,跃,迁,迁和,内,内转,换,换电,子,子两,种,种形,式,式。,跃,迁,迁(,发,发射,光,子,子的,过,过程,）,）,光,子,子的,性,性质,：,：,静止质量,0,能量（动质量）,动量,自旋（玻色子）,六、,原,原子,核,核的,衰,衰变,规,规律,（P13,）,）在,无,无外,界,界影,响,响下,，,，原,子,子核,自,自发,地,地发,生,生转,变,变的,现,现象,称,称为,原,原子,核,核的,衰,衰变,，,，又,叫,叫放,射,射性,衰,衰变,。,。,核衰,变,变有,多,多种,形,形式,，,，如,衰,变,变，,衰,衰变,，,，,衰,衰变,，,，还,有,有自,发,发裂,变,变及,发,发射,中,中子,、,、质,子,子的,蜕,蜕变,过,过程,。,。,放射,性,性衰,变,变的,基,基本,规,规律,衰变,是,是一,个,个统,计,计的,过,过程,大量,的,的全,同,同的,放,放射,性,性原,子,子核,会,会先,后,后发,生,生衰,变,变，,总,总的,效,效果,是,是随,着,着时,间,间的,流,流逝,，,，放,射,射源,中,中的,原,原子,核,核数,目,目按,一,一定,的,的规,律,律减,少,少,实验,发,发现:,加压,、,、加,热,热、,加,加电,磁,磁场,、,、机,械,械运,动,动等,物,物理,或,或化,学,学手,段,段不,能,能改,变,变指,数,数衰,减,减规,律,律，,也,也不,能,能改,变,变其,衰,衰变,常,常数,。,。放,射,射性,衰,衰变,是,是由,原,原子,核,核内,部,部运,动,动规,律,律所,决,决定,的,的。,单一,放,放射,性,性的,指,指数,衰,衰减,规,规律,把一,定,定量,的,的氡,射,射气,单,单独,存,存放,大约4天,之,之后,氡,氡射,气,气的,数,数量,减,减少,一,一半,经过8天,减,减少,到,到原,来,来的1/4,经过12,天,天减,天,天1/8,一个,月,月后,就,就不,到,到原,来,来的1/100,如果,以,以氡,射,射气,的,的数,量,量的,自,自然,对,对数,为,为纵,坐,坐标,，,，以,时,时间,为,为横,坐,坐标,作,作图,图1-6222的,衰,衰变,规,规律,图,图,设：t,时,时刻,放,放射,性,性原,子,子核,的,的数,目,目为N(t),，,，,求解,t,内,内发,生,生的,核,核衰,变,变数,目,目(t),，,，,它应,该,该正,比,比于N(t),和,和,时,时间,间,间隔,，,，,于是有,：,(1)、,衰,衰变,常,常数,分子表示：,t,时刻,单位时间内,发生衰变的核数目,，称为,衰变率,，记作,t,时,时刻,放,放射,性,性原,子,子核,总,总数,衰变,常,常数,：,：一,个,个原,子,子核,在,在单,位,位时,间,间内,发,发生,衰,衰变,的,的概,率,率。,放射,性,性核,素,素的,特,特征,量,量,量纲,为,为：t-1,如,如1,，,，1,，,，1,，,，1,一个,原,原子,核,核有,几,几种,衰,衰变,方,方式,时,时：,定义,分支比,：,(2)、,半,半衰,期,期,半衰,期,期：,放,放射,性,性核,数,数衰,变,变一,半,半所,需,需的,时,时间,，,，记,为,为,。,。,即：,量纲,为,为：t,如,如s,，,，h,，,，d,，,，a,(3)、,平,平均,寿,寿命,平均,寿,寿命,总,总,寿,寿命/,总,总,核,核数,在,时,时,间,间内,衰,衰变,的,的原,子,子核,数,数为,：,：,这些,核,核的,寿,寿命,均,均为t,，,，它,们,们的,总,总寿,命,命为,：,：,因此,，,，平,均,均寿,命,命：,而t,可,可能,的,的取,值,值为,：,：0,所以,，,，所,有,有核,的,的总,寿,寿命,为,为：,放射,性,性的,活,活度,和,和单,位,位,一个,放,放射,源,源的,强,强弱,不,不仅,取,取决,于,于放,射,射性,原,原子,核,核的,数,数量,的,的多,少,少，,还,还与,这,这种,核,核素,的,的衰,变,变常,数,数有,关,关,一个,放,放射,源,源在,单,单位,时,时间,内,内发,生,生衰,变,变的,原,原子,核,核数,称,称为,它,它的,放,放射,性,性活,度,度，,通,通常,用,用符,号,号A,表,表示,放射,性,性活,度,度的,单,单位,（,（P17,）,）,由于,历,历史,的,的原,因,因，,曾,曾采,用,用居,里,里（,）,）为,单,单位,。,。,每秒,钟,钟有3.71010,次,次核,衰,衰变,定,定义,为,为一,个,个居,里,里，,即,即,13.7,1010,有毫,居,居里(110-3),微居,里,里（110-6,）,）,单位,是,是秒,的,的倒,数,数（1）,，,，叫,贝,贝可,勒,勒尔,，,，简,称,称贝,可,可，,符,符号,。,。1,等,等于,放,放射,性,性物,质,质在1秒,钟,钟内,有,有1,个,个原,子,子核,发,发生,衰,衰变,。,。其,表,表达,式,式如,下,下：,1次,衰,衰变,秒,11,显见,，,，,13.7,1010,放射,性,性活,度,度仅,仅,仅是,指,指单,位,位时,间,间内,原,原子,核,核衰,变,变的,数,数目,，,，而,不,不是,指,指在,衰,衰变,过,过程,中,中放,射,射出,的,的粒,子,子数,目,目。,例如137有100个,原,原子,核,核发,生,生衰,变,变，,放,放出1.17的,电,电子,有,有6,个,个；,0.512的,电,电子,有,有94个,；,；,并伴,随,随0.662,光,光子94,个,个,共放,出,出194,个,个粒,子,子。,(4)、,比,比活,度,度(),定义,为,为：,单,单位,质,质量,放,放射,源,源的,放,放射,性,性活,度,度。,比活,度,度反,映,映了,放,放射,源,源中,放,放射,性,性物,质,质的,纯,纯度,。,。,即：,单位,为,为：,，,，,或,或,递次,衰,衰变,规,规律,许多,放,放射,性,性核,素,素并,非,非一,次,次衰,变,变就,达,达到,稳,稳定,，,，而,是,是它,们,们的,子,子核,仍,仍有,放,放射,性,性，,会,会接,着,着衰,变,变,直,直,到,到衰,变,变的,子,子核,为,为稳,定,定核,素,素为,止,止，,这,这样,就,就产,生,生了,多,多代,连,连续,放,放射,性,性衰,变,变，,称,称之,为,为递,次,次衰,变,变或,级,级联,衰,衰变,。,。,递次,衰,衰变,的,的表,示,示：,例如,：,：,1.,两,两次,连,连续,衰,衰变,规,规律,AB,C（,稳,稳定,）,）,初始,条,条件,：,：,t = 0,时，,A,的数目为,N,10,A,和,和B,的,的衰,变,变常,数,数分,别,别为,1,和,和,2,B、C,的,的数,目,目为0。,是单,一,一放,射,射性,衰,衰变,，,，服,从,从简,单,单的,指,指数,规,规律,。,。,即：,对于A：,这样t时,刻,刻，A的,数,数目,的,的变,化,化为,：,：,对于B：,不断,衰,衰变,为,为C(,减,减少)：,不断,从,从A,获,获得(,增,增加)：,这样B的,数,数目,的,的变,化,化为,：,：,B,代入N1(t)等,条,条件,，,，解,此,此微,分,分方,程,程，,可见,，,，子,体,体B,的,的变,化,化规,律,律不,仅,仅与,它,它本,身,身的,衰,衰变,常,常数,2,有,有关,，,，而,且,且还,与,与母,体,体A,的,的衰,变,变常,数,数,1,有,有,关,关，,它,它的,衰,衰变,规,规律,不,不再,是,是简,单,单的,指,指数,规,规律,。,。,已经,假,假设C,是,是,稳,稳定,的,的，,那,那么,它,它的,变,变化,仅,仅由B,的,的,衰,衰变,决,决定,，,，即,：,：,解此,方,方程,，,，得,：,：,对于C：,当t,，,，N3(t),N10,，,，母,体,体A,全,全部,衰,衰变,成,成子,体,体C,。,。子,体,体C,是,是稳,定,定的,，,，不,再,再发,生,生衰,变,变。,两次,连,连续,衰,衰变,规,规律,总,总结,如,如下,：,：,A,B,C（,稳,稳定,）,）,放射,性,性平,衡,衡（P21）,暂时,平,平衡,当,当,母,母体A的,半,半衰,期,期不,是,是很,长,长，,但,但比,子,子体B半,衰,衰期,还,还是,要,要长,，,，即T1T2,（,（,如,如10h,，,，1h）,长期平衡,当,当母,体,体A的半,衰,衰期比子,体,体的长得,多,多，T1,T2,（,（如10a，1h,）,）,不成平衡,的,的情况,当,当母体A的半衰,期,期小于子,体,体的半衰,期,期，T1,T2,（,（如1h,，,，10h),a子体活,度,度曲线,d子体单,独,独存在时,活,活度曲线,b母体活,度,度曲线,c母子共,同,同活度曲,线,线,e,医院“母,牛,牛”连续,衰,衰变 （P23）,B.长期,平,平衡P23,当母体A,的,的半衰期,较,较长，且,比,比子体B,的,的半衰期,长,长得多时,，,，即,或,则在观察,时,时间内，,看,看不出母,体,体A放射,性,性的变化,；,；在相当,长,长时间以,后,后，子体B 的,核,核数目和,放,放射性活,度,度达到饱,和,和，并且,子,子母体的,放,放射性活,度,度相等。,这,这时建立,的,的平衡叫,长,长期平衡,。,。,a子体活,度,度曲线,d子体单,独,独存在时,活,活度曲线,b母体活,度,度曲线,c母子共,同,同活度曲,线,线,200,如： 铀-镭平衡(或钍-,镭,镭平衡),在测量样,品,品时，一,般,般要求放,射,射系处于,平,平衡状态,。,。,一般测量,的,的样品是,不,不密封的,，,，这时如,果,果衰变系,列,列中有处,于,于气体状,态,态的（如,各,各放射系,中,中的氡射,气,气），,，,，它会逸,出,出而使长,期,期平衡破,坏,坏。为此,要,要把样品,密,密封起来,达,达其半衰,期,期的,倍再进,行,行测量。,（,（222,的,的T1/2为3.8天）,C.不成,平,平衡,逐,逐代衰变,当母体A,的,的半衰期,比,比子体B,的,的半衰期,短,短时，即,或,这时建立,不,不起平衡,，,，母体A,按,按指数规,律,律较快衰,减,减；而子,体,体B的数,目,目从零逐,步,步增加，,过,过极大值,后,后较慢衰,减,减，当时,间,间足够长,时,时，子体B则按自,己,己的衰变,常,常数2,衰,衰变。这,种,种情况也,称,称为逐代,衰,衰变。,a 子体,活,活度曲线,d 子体,单,单独存在,时,时活度曲,线,线,b 母体,活,活度曲线,c 母子,共,共同活度,曲,曲线,天然放射,系,系 P25,地球年龄,为,为10亿,年,年（即109a）,三个处于,长,长期平衡,状,状态的放,射,射系,这些放射,系,系第一个,核,核素的半,衰,衰期都很,长,长,如,如,钍,钍系的，,半,半衰期为1.41,1010a；,铀系的U,，,，半衰期,为,为4.47109a；,锕-铀系,的,的U，其,半,半衰期为7.04,108a。三个,放,放射系中,的,的其他核,素,素，衰变,都,都较快,钍系（4n系）,钍系从,开,开始,，,，经过连,续,续10次,衰,衰变，最,后,后到达稳,定,定核素,是4的整,数,数倍,的质量数,子体中半,衰,衰期最长,为,为5.75a，所,以,以钍系建,立,立起长期,平,平衡需要,几,几十年时,间,间。,铀系（42系）,铀系从,开,开始,，,，经过连,续,续14次,衰,衰变，最,后,后到达稳,定,定核素,是4的整,数,数倍+2,的质量数,子体中半,衰,衰期最长,为,为2.45105a，所,以,以铀系建,立,立起长期,平,平衡需要,几,几百万年,时,时间。,锕系（43系）,锕系从,开,开始,，,，经过连,续,续11次,衰,衰变，最,后,后到达稳,定,定核素,是4的整,数,数倍+3,的质量数,子体中半,衰,衰期最长,为,为3.28104a，所,以,以锕系建,立,立起长期,平,平衡需要,几,几十万年,时,时间。,空缺（41系）-,发,发现镎系,镎系从,开,开始,，,，经过连,续,续11次,衰,衰变，最,后,后到达稳,定,定核素,是4的整,数,数倍+1,的质量数,天然放射,系,系中缺少41放射,系,系，人工,造,造成,的半衰期,为,为2.14106a。,衰变规律,的,的一些应,用,用 P26,1995,年,年5月，,各,各为10,的,的放射性,核,核素226、137、60,和,和125I，到2005年5月（经,过,过10年,）,）时它们,的,的活度是,多,多少？分,别,别占原来,活,活度的百,分,分比。,A（t）,（,（0）t =A（0,）,）0.693,第二节,电,电离辐射,源,源 （P29）,辐射主要,包,包括:,1. 电,离,离辐射（,通,通常称放,射,射性）,2. 电,磁,磁辐射（,非,非电离辐,射,射）,人体受到,照,照射的辐,射,射来源及,其,其水平,天然辐射,是,是人类的,主,主要辐射,来,来源,天然辐射,宇宙射线,宇生放射,性,性核素,原生放射,性,性核素,一般场所,：,： 天,然,然本底为2.3,多为内照,射,射 (222,60%),一、天然,本,本底照射,宇宙射线,引,引起的镞,射,射,1.宇宙,射,射线的来,源,源,初级宇,宙,宙射线：,质,质子（85.9,）,）、粒,子,子（12.7%）,、,、重带电,粒,粒子(等,核,核，1.4%)及,少,少量电子,。,。最高能,量,量可达10(1010)。,与大气,核,核作用，,生,生成次极,宇,宇宙射线,。,。,在纬度高,于,于45度,的,的海平面,，,，宇宙射,线,线平均注,量,量率12,。随高,度,度变化，,海,海平面为1，则海,拔,拔2为3,，,，海拔12为20,30。,次级宇,宙,宙射线：,主,主要是中,子,子、 介,子,子，,介,介子、,正,正负电子,及,及高能,光,光子,。,。在15,处,处完成,转,转换。,对公众剂,量,量有明显,贡,贡献的核,素,素，14C、3H,、,、22、7。以14C为例,，,， 14C的生成,过,过程：,次极宇宙,射,射线中的,热,热中子与,大,大气中的N核发生,核,核反应：,14C具,有,有放射性,，,，,14C与,大,大气中作,用,用形成,通过生物,作,作用和自,然,然界的交,换,换，分布,于,于大气、,海,海洋及生,物,物界，总,量,量达3000。,2.宇生,放,放射性核,素,素,3.原生,放,放射性核,素,素：,以238U、232和235U为起,始,始核素的,三,三个天然,放,放射系，,以,以及独立,的,的长寿命,放,放射性核,素,素如40K等。,以40K,为,为例，以,为,为主,40K的,天,天然丰度,为,为0.0118%,。,。在人体,内,内的放射,性,性活度约,为,为：,正常本底,地,地区天然,辐,辐射源致,人,人体的年,有,有效剂量,江苏省天,然,然辐射所,致,致居民剂,量,量,年有效剂,量,量当量（,）,）,集,集体,年,年有效剂,量,量当量,辐射类型,（,（104人,）,室 外,室,室 内,合,合 计,陆地辐,射,天然贯穿,辐,注:室内外居留,因,因子取0.72/0.28,，,，屏蔽因,子,子取楼0.8/平0.9,人工辐射,源,源,人工辐射,源,源是用人,工,工方法产,生,生的辐射,源,源。人工,辐,辐射源主,要,要有核设,施,施、核技,术,术应用的,辐,辐射源和,核,核试验落,下,下灰等。,P32密,封,封源的种,类,类很多。,按,按辐射的,射,射线可分,为,为源、,源、,源,源、低能,光,光子源、,中,中子源等,。,。,按放射源,的,的几何形,状,状可分为,点,点源、线,源,源、平面,源,源、圆柱,源,源、圆环,源,源、针状,源,源、棒状,源,源等。,按活度不,确,确定度可,分,分为检查,源,源、工作,源,源、参考,源,源、标准,源,源等。,按用途可,分,分为医疗,用,用、工业,照,照相（探,伤,伤）用、,核,核仪表用,、,、射线辐,照,照用、放,射,射性测井,用,用、放射,性,性测量及,仪,仪表刻度,用,用等等。,反应堆生,产,产放射性,同,同位素P39,反应堆是,一,一个强中,子,子源，将,样,样品置于,反,反应堆辐,照,照室或辐,照,照管道内,用,用中子辐,照,照，利用(n，)、(n,，,，)及(n，p)等反应,，,，使样品,中,中的稳定,同,同位素变,为,为放射性,同,同位素。,例,例如生产60放射,性,性同位素,时,时，将金,属,属钴丝(,或,或钴片、,钴,钴棒)装,于,于不锈钢,壳,壳内，用,氩,氩弧焊密,封,封。放入,反,反应堆中,照,照射，由59(n,，,，)60反应得,到,到放射性,同,同位素60。,加速器生,产,产放射性,同,同位素P40,由加速器,产,产生的具,有,有一定能,量,量的带电,粒,粒子，如,质,质子、氘,核,核和粒子,轰,轰击靶料,，,，通过(p，n),、,、(d，n)、(d,2n)、(d, ),、,、()和( ，n)等反,应,应得到放,射,射性同位,素,素。例如,用,用一30,型,型回旋加,速,速器产生,的,的26质,子,子轰击锌,靶,靶，由68(p，2n)67反应得,到,到放射性,同,同位素镓67。,第三节,电,电离辐,射,射与物质,的,的,相,相互,作,作用,射线，指,的,的是如X,射,射线、,射,射线、,射,射线、,射,射线等，,本,本质都是,辐,辐射粒子,。,。,射线与物,质,质相互作,用,用是辐射,探,探测的基,础,础，也是,认,认识微观,世,世界的基,本,本手段。,这里讨论,的,的对象为,致,致电离辐,射,射。辐射,能,能量大于10，即,可,可使探测,介,介质的原,子,子发生电,离,离的能量,。,。,辐射:,带电粒子,辐,辐射,非带电粒,子,子辐射,射线与物,质,质相互作,用,用的分类,带电粒子辐射,不带电粒子辐射,重带电粒子,中子,快电子,X射线和 射线,带电粒子,通,通过物质,时,时，在同,物,物质原子,中,中的电子,和,和原子核,发,发生碰撞,进,进行能量,的,的传递和,交,交换：其,中,中一种主,要,要的作用,是,是带电粒,子,子直接使,原,原子电离,或,或激发,非带电粒,子,子则通过,次,次级效应,产,产生次带,电,电粒子使,原,原子电离,或,或激发,能够直接,或,或间接引,起,起介质原,子,子电离或,激,激发的核,辐,辐射通常,叫,叫做电离,辐,辐射,1 带电,粒,粒子与物,质,质相互作,用,用,载能带电,粒,粒子在靶,物,物质中的,慢,慢化过程,，,，可分为,四,四种，其,中,中前两种,是,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,1.1,带,带电粒子,能,能量损失,方,方式之一,电,电离损失,入射带电,粒,粒子与靶,原,原子的核,外,外电子通,过,过库仑作,用,用，使电,子,子获得能,量,量而引起,原,原子的电,离,离或激发,。,。,电离,核,核外层电,子,子克服束,缚,缚成为自,由,由电子，,原,原子成为,正,正离子。,激发,使,使核外层,电,电子由低,能,能级跃迁,到,到高能级,而,而使原子,处,处于激发,状,状态，退,激,激发光。,1.2,带,带电粒子,能,能量损失,方,方式之二,辐,辐射损失,入射带电,粒,粒子与原,子,子核之间,的,的库仑力,作,作用，使,入,入射带电,粒,粒子的速,度,度和方向,发,发生变化,，,，伴随着,发,发射电磁,辐,辐射轫,致,致辐射()。它是X射线的,一,一种，具,有,有连续的,能,能量分布,。,。,射程P45,射程(),的,的定义带,电,电粒子沿,入,入射方向,所,所行径的,最,最大距离,，,，称为入,射,射粒子在,该,该物质中,的,的射程R,。,。入射粒,子,子在物质,中,中行径的,实,实际轨迹,的,的长度称,作,作路程()。,重带电粒,子,子的质量,大,大，与物,质,质原子相,互,互作用时,，,，其运动,方,方向几乎,不,不变。因,此,此，重带,电,电粒子的,射,射程与其,路,路程相近,。,。,P45对,重,重带电粒,子,子质量大,，,，与物质,原,原子的核,外,外电子作,用,用时，运,动,动方向几,乎,乎不变，,因,因此，其,射程与,路,路程相近,。,。5.3,的,的粒子,空,空气中射,程,程3.84，生物,肌,肌肉组织,中,中的射程,仅,仅为30-40m，人体,皮,皮肤的角,质,质层就可,把,把它挡住,。,。,粒子的射,程,程,由于电子,容,容易物质,原,原子的散,射,射，其射,程,程与路径,相,相差甚远,。,。连续能,量,量分布，,其,其射程不,同,同于重带,电,电粒子。,但,但与,粒,粒子最,大,大能量,相应存在,一,一个,最大射程,。,。,因此，两,个,个湮没光,子,子的能量,相,相同，各,等,等于0.511。,而两个,湮没光,子的发,射方向,相反，,且发射,是各向,同性的。,射线与,射,射,线,线的本质,电磁,辐,辐射,特征,射,射线：,湮没辐,射,射：,核能级,跃,跃迁,正电子,湮,湮没产,生,生,特征X,射,射线：,原子能,级,级跃迁,轫致辐,射,射：,带电粒,子,子速度,或,或运动,方,方向改,变,变产生,2,射,射,线,线与物,质,质相互,作,作用P45,射线与,物,物质相,互,互作用,特,特点：,光子,是,是通过,次,次级效,应,应与物,质,质的原,子,子或原,子,子核外,电,电子作,用,用,次级效,应,应主要,的,的方式,有,有三种,，,，即光,电,电效应,、,、康普,顿,顿效应,和,和电子,对,对效应,。,。,1.光,电,电效应,2.康,普,普顿效,应,应,2.3,电,电子,对,对生成,效,效应：,光子,从,从原子,核,核旁经,过,过，在,核,核的库,仑,仑场作,用,用下，,光子,转,转化成,为,为正负,电,电子对,。,。,1),正,正负电,子,子对的,能,能量：,所以，,只,只有当,射,射线,能量大,于,于,才可能,发,发生电,子,子对效,应,应。,三种效,应,应的相,互,互关系,物质对,射线,的,的吸收,窄束X,、,、射,线,线的吸,收,收P47,为,光,光子与,吸,吸收物,质,质作用,的,的截面,；,；,N为吸,收,收物质,单,单位体,积,积的原,子,子数；,I0为,射线,入,入射强,度,度；,D为吸,收,收物质,厚,厚度。,在t,层,层内单,位,位时间,光,光子数,的,的变化,为,为：,等于在,该,该层物,质,质内单,位,位时间,发,发生的,作,作用数,。,。,其中：,线性吸,收,收系数,积累因,子,子是为,了,了考虑,散,散射伽,玛,玛的影,响,响而引,入,入的参,数,数。,宽束（,非,非窄束,）,）射,线,线衰减,规,规律P48,称为积,累,累因子,。,。,3 中,子,子与物,质,质相互,作,作用,中子的,性,性质,2),中,中能中,子,子：1,0.5。,1),慢,慢中子,：,：01。包,括,括冷中,子,子、热,中,中子、,超,超热中,子,子、共,振,振中子,。,。,3),快,快中子,：,：0.510。,4),特,特快中,子,子：10。,热中子,：,：与吸,收,收物质,原,原子处,于,于热平,衡,衡状态,，,，能量,为,为0.0253，中,子,子速度2.2103.,中子的,性,性质,质量：,1.008665u939.5653002,自旋：,1/2,费,费米子,电荷：0，中,性,性粒子,磁矩：,n,1.913042,N,中子寿,命,命：发,生,生,衰,衰变的,半,半衰期T1/2=10.60,中子源,1)241,中,中子源,。,。,属于(,)型,中,中子源,。,。由241放,射,射源放,出,出的,粒,粒子，,打,打在上,发,发生反,应,应，产,生,生中子,。,。,性能：,中,中子产,额,额2.2,106,T1/2433年,；,；,1.,同,同位素,中,中子源,中子能,量,量为0.111.2，平,均,均5；,比(,中,中子,强,强度比)为10:1,；,；,2),自,自发裂,变,变中子,源,源,自发裂,变,变中子,源,源为超,铀,铀元素,。,。以252(锎),最,最常用,。,。1克252,发,发,射,射中子,率,率为2.31,1013个,中,中子。,半,半衰期,：,：T1/2(,自,自发裂,变,变)85.5a，T1/2(,衰,衰变),2.64a,。,。中子,平,平均能,量,量为2.2。,中子与,物,物质相,互,互作用,P50,1.,中子的,散,散射,1),弹,弹性散,射,射(,n,n,),中子与,物,物质的,相,相互作,用,用实质,上,上是中,子,子与物,质,质的靶,核,核的相,互,互作用,。,2)非弹性,散,散射(,n,n,),2.,中子的,俘,俘获,1),中,中子的,辐,辐射俘,获,获 (,n,),2),中,中子的,核,核反应(,n,),