核辐射与辐射技术.ppt
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2
核技术概念
核能涵盖三类技术： 1）产生核爆炸所需的 技术； 2）使反应堆的水加热 驱动汽轮机的技术； 3）核技术应用
3
核技术是核科学的技术应用， 是当代最新的尖端技术和社会 现代化的标志之一。
——国家自然科学基金委员会
广义核技术--核武器、核动力 ，及同位素技术与辐射技术
狭义核技术--同位素技术与辐 射技术
主要有：放射性核素年代学；同位素示踪；同位 素药物及标记化合物；同位素能源等。
注：同位素是指质子数相同而中子数不同的核素。
5
核技术应用的三性：广泛性、渗透性及 某些场合下的不可取代性。
典型应用举例： *热（冷）轧钢板测 厚仪---快速、高温 、非接触测量等；
*核医学--现代医学 的标志；
*以电子束烟气脱硫 技术为代表的环保应用；
• 产生方式与X射线的区别 • 例子： 60Co 59Ni 1 2
• 应用： 射线照相机等
19
中子
• 特点：不带电，与质子质量相当，自由中子不稳定。 • 产生方式：
（1）同位素中子源：利用放射性同位素的射线轰击某些稳 定的轻元素物质（靶物质），发生核反应放出中子。重核 裂变也可以产生，锎252。
2、1967年“探险者V”的“ 散射探测器”
13
射线
• 本质上是电子
• 分为两种： 是连续谱
• 核电荷改变而核子数不变
A Z
X
YA
Z 1
e
v
• 应用：阴极射线管成像
14
X射线
• X射线本质上是核外电子产生的短波电磁辐 射，因而穿透能力很强。
1、连续谱——轫致辐射（刹车辐射） 2、壳层电子的跃迁——特征辐射 3、俄歇电子
核技术应用
主讲人：杨志达 核科学与技术学院 2011.8
1
课程安排
• 通识教育选修课，为全校学生开设； • 特点是涉及范围广泛，不追求深度； • 课堂教学共8次课，计16学时； • 讲授完即考试，考试时间2小时，开卷； • 参考资料：课堂PPT+《核能与核技术概论》
（修订版）清华大学工程物理系 • 考试成绩60%+平时出勤40%
15
16
X射线谱
轫致辐射连续谱
壳层电子跃 迁特征谱
17
X特征辐射
特征x射线谱是元素的“指纹”，成为元 素分析的工具，包括： （1）电子x荧光分析 （2）质子x荧光分析 （3）离子x荧光分析 （4） x荧光分析 应用：包公遗骨之谜
18
射线
• 原子核从激发态向低激发态或基态越迁，同时放
出 射线，穿透能力极强。
• 放射性核素衰变规律是核技术应用的重要基 础
21
核素的衰变规律
• 指数衰变： 在dt时间内发生的衰变数目为-dN，正比于当时
存在的原子核数目N，也正比于时间dt。
dN Ndt
N=N0et
• 衰变常数： ，单位时间内一个原子核的衰变几率。
• 半衰期：T1/2 ln 2 / ，衰变到原有核素一半的时 间
22
放射性活度及其单位
• 定义：放射性物质在单位时间内发生衰变 的原子核数称为该物质的放射性活度。
A
dN dt
N
N0et
A0et
• 居里：1Ci 3.71010次核衰变 / 秒
• 贝克勒尔：1Bq 1次核衰变/秒
23
• 居里夫人
贝克勒尔
• 1903年第三届诺贝尔物理学奖
6
无人知道的事实
美国
日本
中国
核技术年产值（亿）
3500
1500
386
核能 700（20%） 750（50%） 86（22.3%）
非核能 2800（80%） 750（50%） 300（77.7%）
据报导（2003年） 美国和日本的国民经济总产值中，核技术的贡献约占3%-4%。 非核能技术的应用—举足轻重的作用 这说明我国核技术应用有着一个很大的市场空间和很好的发展前景
（2）反应堆中子源：以铀-235等为裂变材料，以中子为媒 介，维持可控的链式裂变反应的装置。优点是通量大。
（3）加速器中子源：利用各类加速器加速带电粒子轰击某 些靶核，以其发射中子的反应。中子强度能准确确定，不 运行时放射性很小。
• 应用：中子散射技术，中子活化分析
20
核衰变
• 一种核素的原子核能自发的放出某种射线 （粒子）而转变为另一种核素的原子核或另 一种能量状态的原子核，这个过程称为核衰 变。主要有：衰变, 衰变, 衰变等
11
辐射类型
射线:是指各种快速粒子束。 • 阿尔法射线： • 贝塔射线： ， • X射线 • 伽玛射线 • 中子 • 质子 • …….
12
射线
氦核——两个中子，两个质子
A Z
X
Y A4
Z 2
226 88
Ra
Leabharlann Baidu
222 86
Rn
谱线为分立谱
应用举例：1、原子核的发现
25
• 核仪器可以测出1Bq的32P 放射性，其质量 相当1于016 克，这比良好的天平106 克，微量 化学分析109 ，光谱分析1010 克都灵敏得多。
26
1.2射线与物质的相互作用
重要性： 原子核衰变和核反应所产生的各种射
线通过物质时，与物质相互作用而逐步损 失能量，最终被物质吸收。物质吸收了射 线的能量，产生一系列物理、化学变化和 生物效应。所以，射线与物质的相互作用 是核辐射探测、核物理实验、辐射防护和 核技术应用的基础。
24
放射性活度与质量的关系
• 通过测量放射性活度可计算无载体放射性核素的质 量。原理如下： 设放射性活度为A,无载体放射性核素样品质量为m, 原子量为An,阿伏加德罗常数Na也已知。根据放射 性活度A与放射性原子数N的关系得：
m N An Na
A N 0.693 N
T1 2
4
同位素技术与辐射技术的基本内涵
1).辐射技术－－即利用辐射源放出的辐射，如γ、 χ射线、中子等与物质相互作用的特点，实现测量客 体的分析、成像、改性等功能。
主要有：辐射检测仪表；辐射和离子束加工；辐 射成像技术；核分析技术等。
2).同位素技术－－利用放射性同位素的物理、化学 特征，尤其是放射性便于探测的特点，实现放射性核 素示踪物的测量。
7
核辐射与辐射技术（一）
• 1.1 常用的核辐射类型及特征 • 1.2 射线与物质的相互作用
8
耶稣裹尸布真伪之争
加速器质谱技术
9
包公遗骨之谜
嘉佑七年五月已未（13日）， 方视事，疾作以归。上遣使赐 良药。辛未（25日），遂以不 起闻。
——包拯墓志铭
同步辐射x射线荧光分析技术
10
两个故事的共同点： 1、射线产生 2、射线与靶物质发生作用 3、核探测分析手段
核技术概念
核能涵盖三类技术： 1）产生核爆炸所需的 技术； 2）使反应堆的水加热 驱动汽轮机的技术； 3）核技术应用
3
核技术是核科学的技术应用， 是当代最新的尖端技术和社会 现代化的标志之一。
——国家自然科学基金委员会
广义核技术--核武器、核动力 ，及同位素技术与辐射技术
狭义核技术--同位素技术与辐 射技术
主要有：放射性核素年代学；同位素示踪；同位 素药物及标记化合物；同位素能源等。
注：同位素是指质子数相同而中子数不同的核素。
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核技术应用的三性：广泛性、渗透性及 某些场合下的不可取代性。
典型应用举例： *热（冷）轧钢板测 厚仪---快速、高温 、非接触测量等；
*核医学--现代医学 的标志；
*以电子束烟气脱硫 技术为代表的环保应用；
• 产生方式与X射线的区别 • 例子： 60Co 59Ni 1 2
• 应用： 射线照相机等
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中子
• 特点：不带电，与质子质量相当，自由中子不稳定。 • 产生方式：
（1）同位素中子源：利用放射性同位素的射线轰击某些稳 定的轻元素物质（靶物质），发生核反应放出中子。重核 裂变也可以产生，锎252。
2、1967年“探险者V”的“ 散射探测器”
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射线
• 本质上是电子
• 分为两种： 是连续谱
• 核电荷改变而核子数不变
A Z
X
YA
Z 1
e
v
• 应用：阴极射线管成像
14
X射线
• X射线本质上是核外电子产生的短波电磁辐 射，因而穿透能力很强。
1、连续谱——轫致辐射（刹车辐射） 2、壳层电子的跃迁——特征辐射 3、俄歇电子
核技术应用
主讲人：杨志达 核科学与技术学院 2011.8
1
课程安排
• 通识教育选修课，为全校学生开设； • 特点是涉及范围广泛，不追求深度； • 课堂教学共8次课，计16学时； • 讲授完即考试，考试时间2小时，开卷； • 参考资料：课堂PPT+《核能与核技术概论》
（修订版）清华大学工程物理系 • 考试成绩60%+平时出勤40%
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X射线谱
轫致辐射连续谱
壳层电子跃 迁特征谱
17
X特征辐射
特征x射线谱是元素的“指纹”，成为元 素分析的工具，包括： （1）电子x荧光分析 （2）质子x荧光分析 （3）离子x荧光分析 （4） x荧光分析 应用：包公遗骨之谜
18
射线
• 原子核从激发态向低激发态或基态越迁，同时放
出 射线，穿透能力极强。
• 放射性核素衰变规律是核技术应用的重要基 础
21
核素的衰变规律
• 指数衰变： 在dt时间内发生的衰变数目为-dN，正比于当时
存在的原子核数目N，也正比于时间dt。
dN Ndt
N=N0et
• 衰变常数： ，单位时间内一个原子核的衰变几率。
• 半衰期：T1/2 ln 2 / ，衰变到原有核素一半的时 间
22
放射性活度及其单位
• 定义：放射性物质在单位时间内发生衰变 的原子核数称为该物质的放射性活度。
A
dN dt
N
N0et
A0et
• 居里：1Ci 3.71010次核衰变 / 秒
• 贝克勒尔：1Bq 1次核衰变/秒
23
• 居里夫人
贝克勒尔
• 1903年第三届诺贝尔物理学奖
6
无人知道的事实
美国
日本
中国
核技术年产值（亿）
3500
1500
386
核能 700（20%） 750（50%） 86（22.3%）
非核能 2800（80%） 750（50%） 300（77.7%）
据报导（2003年） 美国和日本的国民经济总产值中，核技术的贡献约占3%-4%。 非核能技术的应用—举足轻重的作用 这说明我国核技术应用有着一个很大的市场空间和很好的发展前景
（2）反应堆中子源：以铀-235等为裂变材料，以中子为媒 介，维持可控的链式裂变反应的装置。优点是通量大。
（3）加速器中子源：利用各类加速器加速带电粒子轰击某 些靶核，以其发射中子的反应。中子强度能准确确定，不 运行时放射性很小。
• 应用：中子散射技术，中子活化分析
20
核衰变
• 一种核素的原子核能自发的放出某种射线 （粒子）而转变为另一种核素的原子核或另 一种能量状态的原子核，这个过程称为核衰 变。主要有：衰变, 衰变, 衰变等
11
辐射类型
射线:是指各种快速粒子束。 • 阿尔法射线： • 贝塔射线： ， • X射线 • 伽玛射线 • 中子 • 质子 • …….
12
射线
氦核——两个中子，两个质子
A Z
X
Y A4
Z 2
226 88
Ra
Leabharlann Baidu
222 86
Rn
谱线为分立谱
应用举例：1、原子核的发现
25
• 核仪器可以测出1Bq的32P 放射性，其质量 相当1于016 克，这比良好的天平106 克，微量 化学分析109 ，光谱分析1010 克都灵敏得多。
26
1.2射线与物质的相互作用
重要性： 原子核衰变和核反应所产生的各种射
线通过物质时，与物质相互作用而逐步损 失能量，最终被物质吸收。物质吸收了射 线的能量，产生一系列物理、化学变化和 生物效应。所以，射线与物质的相互作用 是核辐射探测、核物理实验、辐射防护和 核技术应用的基础。
24
放射性活度与质量的关系
• 通过测量放射性活度可计算无载体放射性核素的质 量。原理如下： 设放射性活度为A,无载体放射性核素样品质量为m, 原子量为An,阿伏加德罗常数Na也已知。根据放射 性活度A与放射性原子数N的关系得：
m N An Na
A N 0.693 N
T1 2
4
同位素技术与辐射技术的基本内涵
1).辐射技术－－即利用辐射源放出的辐射，如γ、 χ射线、中子等与物质相互作用的特点，实现测量客 体的分析、成像、改性等功能。
主要有：辐射检测仪表；辐射和离子束加工；辐 射成像技术；核分析技术等。
2).同位素技术－－利用放射性同位素的物理、化学 特征，尤其是放射性便于探测的特点，实现放射性核 素示踪物的测量。
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核辐射与辐射技术（一）
• 1.1 常用的核辐射类型及特征 • 1.2 射线与物质的相互作用
8
耶稣裹尸布真伪之争
加速器质谱技术
9
包公遗骨之谜
嘉佑七年五月已未（13日）， 方视事，疾作以归。上遣使赐 良药。辛未（25日），遂以不 起闻。
——包拯墓志铭
同步辐射x射线荧光分析技术
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两个故事的共同点： 1、射线产生 2、射线与靶物质发生作用 3、核探测分析手段