西安石油大学测井技术

的原子核来说，衰变总是要发生的，但何
时发生不知到，无法人工控制，放射性原
子核衰变是一种统计过程，对许多同一种
核素的原子核，衰变不是同时发生，有先
后但总的趋势总是原子核随时间逐渐减少 ，原子核的性质也随之变化。
若在t dt时间内，发生衰变的原子数目为dN， 在时刻尚未衰变的原子数目为N，
则dN与N和dt成正比 dN Ndt
1 19 (1.6022 10 ) M R
c 2.9979 108 m
s
1u 1.6606 1027 kg
19
1ev 1.6022 10 J 6 1Mev 10 ev1J 1kgm / s
对级联辐射，如 Co，由于 Ni的激
60 60
发态寿命 10
－10
与碳单位相应的阿佛加德罗常数为：
6.022045 kg
这样: 1u=1g/NA
C):原子核的表示方法，
原子的标记形式：
A Z
XN
X是该原子的化学元素符号；
A为质量数----即以u为单位原子核质量 四舍五入的整数.
Z---质子数（即原子序数）；
N为中子数 即；N=A-Z，在实际工作中往 往只写出元素符号和质量数，即写成 ：
放射性—放射性核素都能自发的放出各种射线。 有的发射α射线，有的发射β射线，有 的在发射α射线或β射线的同时还在发 射γ射线，有的三种射线都有。原子核 自发的放射出各种射线而自身发生变化 的现象称为放射性。
放射性核素有天然（自然）的：235U 238U 232Th
40
K
等，和人工（生产）放射性核素：
λe之和，
即： ei
定义内能转换系数：
i
i=K L M…
ei I ei I
I ei 和I 分别为i壳层发射电子强度 和γ辐射强度（粒子数/秒）。在内能 能转换过程中，原子内层电子空缺由 外层的电子填充，从而原子发射特征 x
射线或欧歇电子（Auger)
还必须指出：电子质量很小（不同原子核）
60
Co Cs
137
射线的性质 1、 α射线—由氦原子核 4 He 组成的粒子流。 1：
氦核又称α粒子，因而可以说是α粒子 流。 α粒子— 4 He 质量数为4，带两
正电荷。对物质的电离作用很强，而
贯穿物质的本领很小。在空空气中的射 程2.6cm—11.5cm，在岩石中的射程只
有10¯ ³ cm，即10μm 。
2 2 2
1 1
2
1)
电子动能 pe m v
me c 1
2
2
电子动能与动量的关系 EeK ( EeK 2meoc ) p c
2 2
1.1.3核转变的移位定则
各种核衰变电荷数的变化
衰变类型
母核电荷数
子核电荷数

z z z
z2 z2 z2
1.1.4衰变纲图
A
X
例如：
通常写成
12
C
12C的质量为：11.996709u，则质量数为：12
eH
4 的质量为4.001506u，则质量数 A=4；
d)原子核分类：
Байду номын сангаас
核素—用Z , A 表示的原子核。按Z 和A
的大小进行分类；
核
素—凡具有相同质子数Z和中子数N
的一类原子核素
同位素—凡质子数相同，中子数不同的几 1 2 3 种核素；如：
生核转变的过程。
表达式：A X A-4 Y 4He(
Z Z-2 2
)
特点：1）衰变前后总的原子数和总的 中子数不变；
2）母核可以是基态也可以是激
发态；
3）子核处于基态也可能处于激发态
4）子核处于激发态是不稳定的，会跃迁
到基态，跃迁时多余的能量以γ射线的
形式释放出来，故a的衰变往往伴随有
γ射线的发出。
A Z A Z 1
轨道电子俘获
e¯ 、e+分别为负电子和正电子 分别为中子和中微子。 特点：1）β衰变前后核的质量数不变，只 是核电核数改变
和v
2）轨道电子俘获—原子核俘获一个
核外绕核运动的电子而发生核转变 的过程，有K—俘获，即俘获K层
电子，有L—俘获，M—…，K—俘获 几率最大。 3）稳定原子核要求中子数和质子数保 持一比例，即：
2:β射线—高速运动的电子流。V=2C/3（C
为光速)，对物质的电离作用较强，而贯穿
物质的本领较小。在金属中的射程约0.09
cm. 3:γ射线—由γ光子组成的粒子流。 γ光子是
不带电的中性粒子，以光速运动。 γ射线
又是一中波长很短的电磁波 ，具有 两重
性，即波动性和粒子性。对物质的电离作
用很小，而贯穿本领很大。能穿过地层和
c):放射性核素示踪测井。这 种方法是利用放射核素作为示踪剂，将 掺入流体中，并注入到井内，通过流体 在井中的流动而使核素分布到各种孔隙 空间。利用核γ测井对示踪剂进行追踪 测量，确定流体的运动状态及其分布规 律。 d):核成像测井。如核磁共 振成像测井等。
第一章放射性基本知识
a)：原子与原子结构:原子—原子是处于中心的带 正电的原子核和核外绕核运动的一 个或若干个电 子组成。 原子核——由质子和中子组成。 b):原子质量单位：原子质量的国际单位是以碳的 同位素¹ ² C的原子质量为标准确定。 一个原子质量单位u——定义为¹ ² C原子静止质量 的1/12， 1u=mc×1/12=1.992678×10— 26×1/12 =1.660566×10－27 Kg。
秒， 1和 2可认为是“同
60
时”发射的。这时子核 Ni获得反冲能量为：
1 2 2 ER ( E E γ1 γ2 2 Eγ1Eγ2 cos ) 2 2 M RC
式中，θ为 γ1和γ2发射方向之间的夹 角。当 γ1与γ2朝同一方向发射，即夹 角θ=0时
ER 1 2 ( E E ) γ1 γ2 2 2 M RC
6） β粒子的能量是连续能量。能谱连续分
布几乎所有的放射性核素都存在β衰变
（3）γ衰变（ γ跃迁）
γ跃迁—原子核低激发态的同质异 能跃迁。一般处于激发态的核寿命都 －12 －11 很短， 约为 10 ～10 秒，因而可以 认为是伴随α、γ粒子子核放射出来的。 但也有一些核的激发态寿命比较长， 最长可达100000年。通常把寿命可测
对电子的能量必须考虑爱恩斯坦的相对论效
应
用它的质能关系式 Eet me c
c为光速。me me 1
2
2
Eet总能量，me以速度v运动电子质量， v ( ) c
meo为电子静止质量。
所以，电子动能 Eek Eet meoc 2 me c meoc meoc (
P R P γ 0
Eγ |P R || P γ | C
2 2
所以：E
Eγ PR 2M R 2 MR C
若ER、MR、Mγ所用的单位分别为ev 、 u 、Mev。则：
ER (106 ) 2 E 2 γ
8 2 27
2 (2.9979 10 ) 1.6606 10 536.77E 2 γ (ev) MR
负号，表示随时间增加而核数减少。
式中，λ为比例常数，称为原子核衰变常数。
dN dt初始条件： t 0时， N N N 0，则上式两边积分得： N N 0e t
H H H
H
3 2
三种核素都是氢的同位素
同中子素—中子数相同，质子数不同的几
中核素；如： 2 1
He
同量异能素—质子数和中子数都相同，而能量
状态不同的核素。如：
60 27
Co
60 m 27
Co
加写m的核
素能量状态较高，处于激发态。不加 m的核素表示最低能量状态，即处于 最低能量状态，即基态。 基态—原子核可处于不同的能量状态，能量最 低状态。
能态跃迁时，可以把激发能直接交给原子
的壳层电子依其发射出来的现象 。
这种射出来的电子称为内能转换电子
根据能量守恒，内能转换电子的能量为：
Eei=Eγ-Wi
能。
i= K L M… Wi为i层的结合
由于γ跃迁是γ发射和内能转换电子发射相
互竟争过程，因此，和的跃迁几率λ等于γ 发射的几率λ γ与内能转换电子发射的几率
激发态—原子核处于比基态高的能量状态，即 原子核被激发了。 天然丰度（如同位素丰度）—对于天然存在的 元素，其中一种同位素在该天然元素 中的所占原子百分数，称为该同位素 的天然丰度。
第1.1节：放射性现象和衰变
1.1.1放射性现象
放射性核素—原子核有稳定的和不稳定的
两种，不稳定性核素称为放射性核素。
5）a衰变主要发生于重核绝大多数a衰变 发生于A>200的重核。但不等于A>200
都能发生衰变
6）a离子能谱的分立，能量一般4-9Mev
(2)β衰变
β衰变—原子核自发的放射出电子或正
电子或俘获一个轨道电子而发出的和转 变 β衰变的三种表示过程：
衰变： X Y e v A A 衰变： X Z 1Y e v Z
钢铁。
γ光子具有波动性，即γ光子在传输过程中
表现出有一定的频率ν和波长λ， λ与ν和光
C 速C之间的关系： ν
γ光子具有粒子性是说γ光子是一个一个微 粒，每个γ光子具有一定相对性，质量 mγ
有运动速度C，因而具有一定能量
pγ
但光子的静止质量mo 0能量与频率 关系：E hv
这里，h 6.6262 10 朗克常数。
（ 10
10
秒）的激发态称同质异能态。
寿命>0.1秒称长寿命同质异能 态。他们发生γ跃迁可以直接观察到γ 射线活度随时间的衰减，我们把这种 几率小的核同质异能转变过程称γ衰 变。 γ衰变的母核和子核是同质异能 素。