核安全综合知识01

核安全综合知识01第一章原子核物理基础●熟悉原子结构的知识（原子、原子核、同位素）●熟识放射性的概念、原子核裂变及其规律（核素图、半衰期、放射性活度的单位计算和测量）●熟识射线（α射线、β射线、γ射线、x射线、中子等）及其与物质的相互●掌握核反应的类型●介绍核裂变及核裂变反应的科学知识1.原子的核式模型的假设是卢瑟福根据什么实验而提出的？其假设的结论是2.原子核就是由哪两种粒子共同组成的？核素用（a,z）x（n）去则表示，符号中的a、 z、n各代表什么量？3.原子与原子核的尺度大小为什么量级？原子核的半径r与原子核的质量数a4.什么是原子核的结合能b(z,a)？它是如何定义的？5.什么就是原子核的比结合能？为什么说道图1-4中的比结合能曲线阐明了原子核裂变和聚变能的基本原理？6.放射性裂变顺从指数规律，先行表明式中衰变常数的物理意义。

还常用哪些参数来描述衰变过程的快慢，它们的关系是什么？7.什么就是放射源的放射性活度，常用什么单位去度量？bq和ci存有什么关系？8.根据表1-1列出常见的辐射，分析哪些是带电粒子？哪些是不带电粒子？9.x射线（或γ射线）的等电磁辐射与物质相互作用与带电粒子与物质促进作用的作用机制有何不同？γ射线与物质相互作用过程有哪几种？10.较窄一束γ射线（或x射线）的稀释顺从什么规律？线性吸收系数μ的物理含义是什么？其量纲是什么？11.在观测电磁辐射中广为采用的存有哪几类探测器？12.什么是核反应的反应道？一种入射粒子与某一种核的反应道仅仅只有一个13.如何区分Jhunjhunun核反应和静音核反应？对静音核反应如何谋核反应阈能？14.发生自发裂变的条件是什么？裂变能的定义是什么？15.由中子引发的引致核裂变中如何区分极易核裂变核素和非易核裂变核素？16.指出链式裂变过程中瞬发裂变中子和缓发裂变中子对反应堆控制的作用？本章重点为阐释原子核物理中的基本内容，本章分成了个小节阐释：第一节介绍了原子与原子核的结构，对原子的核外电子的壳层模型作了简单描述，解释了电子能级的跃迁和特征x射线的形成机制。

对原子核的组成及其稳定性、原子核的大小、原子核的结构能作了较为深入的讨论。

并对质能联系定律，即爱因斯埋关系式作了必要的论述。

第二节传授了原子核的放射性，重点放到放射性核素的指数裂变规律的阐释，对常用的衰变常数、半衰期和平均寿命的概念并作了表明。

对放射性活度的概念及其单位的定义展开了探讨，并对指数裂变规律的最为基本应用领域实例并作介绍汪。

第三节对最常用的辐射如α射线、β射线、x射线和γ射线及中子作了介绍，重点放在它们与物质的相互作用。

对探测原理上作了介绍，这对全面理解核安全是十分重要的。

第四节对核反应的分类展开了探讨，阐释核反应中反应道、核反应能够及阈能、核反应的横截面和产额等最为基本的概念。

为此，应用领域了质心坐标系和实验室座标系统的概念。

第五节介绍了核裂变反应的知识，讲解了自发裂变和诱发裂变的物理机制，重点放在后者。

裂变过程是当前核能利用的最重要的途径，也是当前形成核安全问题的主要来源，因此，对核裂变的产物，对废物的处理都需要给予特殊的关注。

●1895年辨认出x射线、1896年辨认出放射性、1897年辨认出电子，这三大发明者揭开了近代物理的序幕，物质结构的研究开始进入微观领域。

●其中，1896年法国科学家贝克勒尔辨认出天然放射性射线，沦为人类第一次观察到核变化的情况，通常人们把这一重大发现看成是原子核物理的开端，到20世纪50年代就逐步形成了研究物质结构的三个分支学科，即原子物理、原子核物理和粒子物理。

三者各有独立的研究领域和对象，但又紧密关联。

原子和原子核的基本性质●世界万物就是由原子、分子形成，每一种原子对应一种化学元素。

●到目前为止，包括人工制造的不稳定元素，人们已经知道了一百多种元素了。

●1911年卢瑟福根据α粒子的散射实验提出了原子的核式模型假设，即原子是由原子核和核外电子所共同组成；●原子物理学（核外电子的运动构成了原子物理的主要内容）●原子核物理学（主要研究对象为原子核）●电子是由英国科学家汤姆逊于1897年发现的，也是人类发现的第一个微观●电子拎负电荷，电子电荷的值e=1.60217733e-19c，且电荷就是量子化的，即任何电荷只是e的整数倍；电子的质量为me=9.1093897e-31kg；●原子核拎正电荷，原子核的电荷分散了原子的全部正电荷；●原子的大小是由核外运动的电子所占的空间范围来表征的，原子可以设想为电子以原子核为中心的，在距核非常离的若干轨道上运转；原子的大小半径为10e-8cm的量级；●原子核的质量远远超过核外电子的总质量，因此，原子的质量中心和原子核的质量中心非常吻合；●原子核的线度只有几十飞米（1fm=10e-3m=10e-15cm），而密度高达10e8t/cm3。

●物质的许多化学及物理性质、光谱特性基本上只与核外电子有关；而放射现象则主要归咎于原子核。

一原子的壳层结构●原子核核外电子又常称作轨道电子，把电子看作沿一定的轨道运转。

电子在核外各轨道呈一定的概率分布，但在一定的轨道上的概率分布上的概率分布较大而已。

●原子的轨道电子离核的距离就是无法任一值域的，这也就是微观世界的量子特性的一种表现。

电子轨道按照一定的规律形成彼此分离的壳层。

k层、l层、m层、n层、o层等，通常用量子数n（n=1，2，3，…）代表壳层，并分别对应k层、l层、m层…，每个壳层最多可容纳2n2个电子。

●除了k层外，其它壳层又可以分为若干的支壳层，支壳层的数目等同于（2l+1）个，其中l=n-1，l是描述电子轨道的量子数。

通常用壳层符号及其右下标的罗马数字来表示支壳层。

如lⅰ表示l壳层的第一个支壳层，可称为壳层lⅰ和mⅱ壳层。

●处在相同壳层的电子具备相同的势能，通常用能级图去则表示其大小。

离壳层越近其能级越低。

●能级的能量大小就等同于该壳层的结合能。

能够合能就是负值，通常以kev为单位， k壳层电子的结合能的绝对值最大。

●用三个最子数n、l和j去叙述相同的能级，其中n（=1、2、3、…）和l（=0，1，2，…）是与电子轨道运动相关的量子数，而j是与电子的自旋运动相关的量子数，j与l的关系是j为l±1/2。

量子数nlj的不同组合区别不同的支壳层。

每个支壳层最多可容纳2j+1个电子。

●在正常状态下，电子先充满著较低的能级，但当原子受内在原因或外来因素促进作用时，外在高能级的电子有可能被唤起至较低的能级上（称作唤起过程）；或电子被电离至原子的壳层之外（称作电离过程）。

●在上述情况下，在原来的低能级上会留下一个空位，更高能级上的电子就跃迁于至这个空位，适当释出此两能级之高的能量，通常这部分能量主要以电磁辐射的形式释放出来一个光子。

当出现内层电子光子（如k层发生一个空位，l层电子光子至k 层），此时光子能量较低或者说其电磁辐射的频率较低），而且相同元素的原子均存有相同、特定的能量，所以又通常称为特征x射线。

●特征x射线的能量（或适当波长）满足用户下面公式：ex=hc/λ=e1-e2(h为米库林克常数值为6.6260755e-34js●特征x射线根据其产生的情况可以分成k系、l系、m系特征x射线，每系则都含有若干能量不同的x射线。

k系特征x射线是由k壳层之外壳层的电子跃迁到k壳层空位时发射的特征x射线。

●并不是所有较低的能级的电子都可以向较低的能级光子，而须要满足用户一定的二原子核的组成及其稳定性●1897年居里夫妇辨认出放射性元素钋和镭；●1903年卢瑟福证实了α放射是正电荷的氦原子核，β射线是电子；1911年进而明确提出原子的核式模型；●1932年查德威克发现中子，海森堡立刻提出原子核是由质子和中子组成的假1原子核的共同组成及其则表示●中子和质子的质量相关很小，它们的质量分别为mn=1.00866492u；mp=1.00727646u；●这里u为原子质量单位，1960年国际上规定把c-12原子质量的1/12定义为原子质量单位，用u则表示，1u=1.6605402e-27kg=931.494013mev/c2；●中子为中性粒子，质子为带有单位正电荷的粒子。

任何一个原子核都可由符号zaxn右负号n则表示核内中子数，左负号z则表示质子数或表示电荷数，左上标a（a=n+z）为核内的核子数，又称为质量数。

核素符号x与质子数z具有唯一、确认的关系。

●可简写为ax，它已足以代表一个特定的核素，只要元素符号x相同，不同质量数的元素在周期表中的位臵上相同，质子数也相同，它们具备相同的化学性质；●核素（nuclide）：在其核内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；●同位素（isotopes）：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；它们具备基本相同的化学性质；●同位素丰度：某元素中各同位素天然含量的原子数百分比；●同质异能素（isomers）：寿命较长的激发态原子核称作基态原子核的同质异能素或同核异能素，它们的a和z均相同，只是能量状态不同，一般在元素符号的左上角质量数a后加上字母m表示，这种核素的原子核一般处于较高能态。

同质异能素所处的能态又称为同质异能态，它与一般的激发态在本质上并无区别，只是半衰期即寿命较长而已。

2原子核的稳定性及核素图●根据原子核的稳定性，可以把核素分为稳定的核素和不稳定的放射性核素。

原子核的稳定性与核内质子数和中子数之间的比例存有着紧密的关系。

●核素图：图中每一格代表一个特定的核素；黑色或公平合理存有横线条的核素为稳定核素，格中百分数为该核素的丰度；白底的核素为不稳定的放射性核素，格中αββ表示该核素的衰变方式，箭头指向为衰变后的原子核，时间表示半衰期的值；●在现代的核素图上既包含天然存有的332个核素（其中280多个就是平衡核素），也包括了自1934年以来人工制造的1600多个放射性核素，一共约2000个核素；●β平衡核素图：横坐标为质子数，纵坐标为中子数n（同位素、同中子异荷素、同量异位素）；稳定核素几乎落在一条光滑曲线上或紧靠曲线的两侧，这条曲线称为β稳定曲线；对于轻核稳定曲线与直线n=z重合，当n、z增大到一定数值之后，稳定性逐渐赂n>z的方向偏离；在z小于20时核素的n与z之比约为1；在z为中等数值时约为1.4；z等于90左右时约为1.6；-+●坐落于平衡曲线上方的核素为益中子核素，极易出现β-裂变；坐落于平衡曲线下方的核素为缺中子核素，易发生β+衰变。

●由于库仑力就是长程相互作用力，它能够促进作用于核内的所有质子，正比于a(a-1)；而核力是短程力，只作用于相邻的核子，正比于a。

随着z的增加，a也随之增加，库仑相互作用的影响增长得比核力快，要使原子核保持稳定，必须靠中子数的较大增长来减弱库仑力的排斥作用，因此，随着z(a)的增长，稳定核素的中子数比质子数越来越多，越来越大地偏离z=a直线。