核辐射物理基础
核物理学重点知识总结(期末复习必备)
核物理学重点知识总结(期末复习必备)
核物理学重点知识总结（期末复必备）
1. 核物理基础知识
- 核物理的定义：研究原子核内部结构、核反应以及与核有关
的现象和性质的学科。
- 原子核的组成：由质子和中子组成，质子带正电，中子无电荷。
- 质子数（原子序数）：表示原子核中质子的数量，决定了元
素的化学性质。
- 质子数与中子数的关系：同位素是指质子数相同、中子数不
同的原子核。
2. 核反应与放射性
- 核反应定义：原子核发生的转变，包括衰变和核碰撞产生新核。
- 放射性定义：原子核不稳定，通过放射射线（α、β、γ射线）变为稳定核的过程。
- 放射性衰变：α衰变、β衰变和γ衰变。
3. 核能与核能应用
- 核能的释放：核反应过程中，原子核质量的变化引发能量的
释放。
- 核能的应用：核电站、核武器、核医学、核技术等领域。
- 核电站工作原理：核反应堆中的核裂变产生的能量转换为热能，再通过蒸汽发电机转换为电能。
4. 核裂变与核聚变
- 核裂变：重核（如铀）被中子轰击后裂变成两个或更多轻核
的过程，释放大量能量。
- 核聚变：两个轻核融合成一个较重的核的过程，释放更大的
能量。
- 核裂变与核聚变的区别：核裂变需要中子的引发，核聚变则
需要高温和高密度条件。
5. 核辐射与辐射防护
- 核辐射：核反应释放的射线，包括α射线、β射线、γ射线等。
- 辐射防护：采取合理的防护措施，减少人体暴露在核辐射下
的危害。
以上是对核物理学的一些重点知识进行的总结。
在期末复习中，希望这些内容能对你有所帮助！。
2核物理基础知识及辐射防护
＋
decay）
原子核衰变时释放出β ＋射线（正电子）的衰变 方式正电子衰变（positron decay）。 核内中子过少致不平衡。 质子转化为中子过程。 β
＋
p
n+e+
γ
24
正电子衰变（ β＋ decay）
β +衰变发生于核内中子数相对过少或 认为是质子过剩的放射性核素。
γ 衰变是伴随其它衰变而产生；
常是在α 衰变、β 衰变或核反应之后形 成的。
29
γ 衰变（ Gamma decay ）
γ 衰变后子核质量数和原子序数均不变 ，只是能级状态的改变，称为同质异能 跃迁（isomeric transition，IT）。
γ 内转换电子
原子因电子空位处于激发态退激时发射标识能量较高的光子与原子核外电子碰撞将一部分能量传递给电子使之脱离原子轨道束缚成为高速运行的电子而光子本身能量降低运行方向发生改变称为康普顿效应comptoneffect58当光子能量大于1022mev时其中1022mev的能量在物质原子核电场作用下转化为一个正电子和一个负电子称为电子对生成
32
SPECT及全身骨显像： 99mTc
33
三种衰变的比较
Comparison of three decay
α 衰变质量、质子数都变； β 衰变质子数变，质量数不变；
γ 衰变质子、质量数都不变，而 能量改变。
注：A0为初始时间的放射性活度，A为经过t时 间的放射性活度。
39
放射性活度 radioactivity，A
放射性活度的国际制单位：贝可勒尔 （Becquerel，Bq） 1Bq表示放射性核素在1s内发生一次衰 变。
核物理基础知识
核基础知识：一、电磁辐射（Electromagnetic Radiation）电磁辐射：带净电荷的粒子被加速时，所发出的辐射称为电磁辐射（又称为电磁波）。
电磁辐射：能量以电磁波形式从辐射源发射到空间的现象。
电磁频谱中射频部分是指：频率约由3千赫(KHZ)至300吉赫(GHZ)的辐射。
包括形形色色的电磁辐射，从极低频的电磁辐射至极高频的电磁辐射。
两者之间还有无线电波、微波、红外线、可见光和紫外光等。
电磁辐射有近区场和远区场之分，它是按一个波长的距离来划分的。
近区场的电磁场强度远大于远区场，因此是监测和防护的重点。
电磁污染：分为天然电磁辐射和人为电磁辐射两种。
大自然引起的如雷、电一类的电磁辐射属于天然电磁辐射类，而人为电磁辐射污染则主要包括脉冲放电、工频交变磁场、微波、射频电磁辐射等。
电磁辐射危害人体的机理，电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等。
1、热效应：人体70%以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，引起机体升温，从而影响到体内器官的正常工作。
2、非热效应：人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁场的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场即将遭到破坏，人体也会遭受损伤。
3、累积效应：热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前，再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态，危及生命。
电磁辐射作用:（1）医学应用：微波理疗活血，治疗肿瘤等（2）传递信息：通信、广播、电视等（3）目标探测：雷达、导航、遥感等（4）感应加热：电磁炉、高频淬火、高频熔炼、高频焊接、高频切割等（5）介质加热：微波炉、微波干燥机、塑料热合机等（6）军事应用：电子战、电磁武器等《电磁辐射防护规定》具体标准如下：职业照射：在每天8小时工作期间内，任意连续6分钟按全身平均的比吸收率（SAR）小于0.1W/kg。
公众照射：在一天24小时内，任意连续6分钟按全身平均的比吸收率（SAR）应小于0.02W/kg。
核辐射物理基础07
z着重研究射线穿过物质时经受的能量损失、角度偏转和 在物质中的吸收
重带电粒子与物质的相互作用 电子与物质的相互作用 γ射线与物质的相互作用
7-1 重带电粒子与物质的相互作用
一．重带电粒子与靶物质原子碰撞时的几种主要效应 1．电离
原电离，产生的自由电子叫次级电子 次电离，产生的次级电子称为δ电子 原电离和次电离之和为总电离
m
=
17
1 . 48 Eβ max
其中，μm的单位为cm2/g，Eβmax单位是MeV。上式适用的能量范围是0.15MeV<Eβmax<3.5MeV
使β射线的强度减弱一半（即I/I0=1/2）的吸收层厚度，称为半衰减层厚度或半吸收厚 度，记作d1/2。d1/2和μm的关系为：d1/2=0.693/μm
¾ 光电效应截面
hν<<mec2时，K层的光电截面为：
σK
1 2/7 ~Z ( ) hv
5
光子在L、M壳层上的光电效应相对于K壳层，几率较 小。若用σph表示光电效应总截面，则有：
σ
Ph
5 = σ 4
K
光电效应截面随光子能量增大而减小，随Z的增大而增大。
2．康普顿散射
在康普顿效应中，γ光子与原子的核外电子发生非弹性碰撞， 一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而散射 光子的能量和运动方向发生变化。 光子的能量是否全部损失 康普顿效应与光电效应不同 被作用电子所在壳层不同
通常采用铅对γ射线进行防护或屏蔽
思考：
1. 如何屏蔽X射线？
2. 采取何种措施能对中子进行有效防护或屏蔽？ 答：利用中子易与轻核作用发射带电粒子的反应，因而
可采用含16O、10B、6Li丰富的轻物质（采用轻物质是利 用中子与轻核间通过弹性散射能很快损失能量） ，然后 还要做好γ防护（因为生成核通常是不稳定的）。这就 是反应堆的防护层是由水、混凝土组成的原因。
核物理与辐射防护基本知识课件
继发作用
由于生物活性大分子的损伤，继而发生的组织细胞代谢的变化、 功能和结构的破坏等作用。
继发作用所致的细胞和组织器官的损伤可以被机体的再生和代偿 能力修复，但有时或有的个体在修复后可在DNA中发生基因突变， 这是导致遗传效应和远期癌变的重要原因。
38
39
40
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2.电离辐射的生物学效应分类
随机性效应剂量效应曲线特征
频率
10
8
6
4
2
0
0
2
4
剂量
严 重 程 度
剂量
49
• 1968年8月，美国某医疗单位进行诊断时， 为一名病人静脉注射198Au。按要求本应注 入7.4MBq，但却错误地注入了7400MBq。 估算结果表明，患者不同组织器官受到了 大剂量辐射的照射，肝脏和脾脏分别达73 Gy，肠6Gy，红骨髓为4.4Gy。临床表现为 肝、脾缩小，持续性血小板减少，间歇性 血尿及结膜下出血等。入院后68d突然出 现头晕，剧烈头疼，感觉迟钝等。后来 症 状不断加重，意识未能恢复，导致死亡。
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想一想
解释一下
为什么人造放射性同位 素应用比天然放射性物质应 用广泛呢？
和天然放射性物质相比，人造放射性同位素 的放射强度容易控制，还可以制成各种所需的形 状。特别是它的半衰期比天然放射性物质短得多， 因此放射性废料容易处理。
20
① 农业技术
用放射性同位素制成肥料和农药，利用探测 器可以了解农作物对肥料和农药的吸收部位、吸 收过程、吸收效率以及在做物体体内的分布。
第一章 核物理与辐射防护基本知识
1
2
3
4
5
6
7
核辐射物理知识点总结
核辐射物理知识点总结核辐射物理是一门研究核能放射性衰变、核反应、离子辐射和电磁辐射等现象的学科，涉及核物理、粒子物理、原子物理、化学物理等多个学科知识。
核辐射物理对于我们了解宇宙的起源和演化、研究原子核结构和核反应、应用核技术等方面都有着重要的意义。
本文将介绍核辐射物理的基本概念、辐射种类、辐射防护、核裂变和核聚变等方面的知识点，希望能为读者提供一些参考。
一、核辐射的基本概念1.1 核辐射的定义核辐射是指原子核发生自发性变化时放出的一种高能射线。
这种高能射线能够穿透物质，使物质产生电离、激发和损伤等作用，因此具有很强的穿透能力和生物学危害性。
1.2 核辐射的种类核辐射主要包括α射线、β射线、γ射线和中子射线四种。
其中，α射线是一种带正电荷的粒子束，由氦原子组成，其穿透能力相对较弱；β射线是高速电子束，其质子数变化，穿透能力大于α射线；γ射线是一种电磁波，其能量较高，能够穿透物质达数厘米，具有很强的穿透能力；中子射线是由中子组成的射线，穿透能力最强，很难被阻挡。
1.3 核辐射的单位核辐射的单位有居里（Ci）、贝克勒尔（Bq）、辐（rad）、格雷（Gy）等。
其中，居里是衡量放射性核素活度的单位，1居里等于1秒内放出2.7×10^10次核变化；贝克勒尔是国际单位制中用于衡量放射性衰变速率的单位，1贝克勒尔等于1秒内有1个核衰变事件发生；辐是国际单位制中用于衡量辐射吸收剂量的单位，1辐等于1克组织吸收1爱因斯坦能量；格雷是国际单位制中用于衡量辐射吸收剂量的单位，1格雷等于1焦尔/千克。
1.4 核辐射的生物学危害核辐射对人体的生物学危害主要表现在辐射照射后会对细胞和组织产生电离、激发和损伤，导致遗传变异和癌症等疾病。
因此，正确了解核辐射的危害性并采取适当的防护措施是非常重要的。
二、核辐射的辐射防护2.1 核辐射的防护原则核辐射的防护原则包括时间原则、距离原则、屏蔽原则和个人防护原则。
在实际工作中，人们可以通过缩短接触辐射源的时间、增加与辐射源的距离、使用屏蔽材料和配备防护设备等方式来降低辐射的危害。
核辐射物理基础
q1 q2 e
x q1 e d dx q2 e d
即正电荷靠哪个极板近，那个极板上 产生的感应电荷多。 第三步：当 e 电荷沿电场向收集极运动， 则上极板a上感应电荷 q1 减少，下极板b上 感应电荷 q2 增加。且 q1 q2
这就相当于感应电荷从外回路流过， 即在外回路流过电流 i +(t)。
1. 由于外加电场的加速作用,电子与正离子将被电场拉开而沿 电场方向漂移; 2. 电子和离子因空间分布不均匀而由密度大处向密度小处扩散; 3. 电子被中性气体分子俘获, 形成负离子; 4. 正负离子复合, 形成中性分子。
A、离子和电子在外加电场中的漂移
由于外加电场的作用沿电场方向定向漂移。
这种运动称为“漂移运动”，定向运 动的速度为“漂移速度”。
探测器的主要性能指标；
探测器的典型应用。
第八章
气体探测器
Gas－filled Detector
气体探测器：以气体为工作介质，由入 射粒子在其中产生电离效应引起输出电 信号的探测器。 电离室
正比计数器 盖革-弥勒计数器
8.1 气体中离子与电子的运动规律 1、气体的电离与激发
电离损失——与核外电子的非弹性碰撞过程
q1 q2 e
q1 q2
a
V0
e
b
i (t )
正离子漂移所引起的负感应电荷在回 路中流过的电荷量为： q
1
第四步：当正电荷快到达极板的前一瞬间， -q1 全部由a极板经外回路流到b极板，b极 板上的感应电荷：
q1 q2 e
q q1
当e+到达b极板，e+与b极板上的感应电 荷中和。外回路电流结束，流过外回路的 总电荷量为：
核物理基础与辐射防护辐射防护课件
核物理基础与辐射防护辐射防护
8
人工辐射
• 与核相关的人为活动引起的对公众的照射主要包括： （1）核武器生产、试验； （2）核能生产； （3）核技术应用； （4）核事故； （5）电离辐射在医学诊断和治疗中的应用 • 环境中，大气核试验是地域分布最广的人工辐射源（人人
有份）； • 环境中，医疗照射是公众接受人工照射的最大来源，约占
妇女、学生的职业照射
核物理基础与辐射防护辐射防护
43
公众照射
核物理基础与辐射防护辐射防护
44
慰问者及探视人员的剂量限值
核物理基础与辐射防护辐射防护
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2.次级限值
核物理基础与辐射防护辐射防护
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3、导出限值
• 审管部门以年平均有效剂量限值为基础，通过 合理的模式推导出的限制，称为导出限制。如 导出空气浓度、导出食入（饮水和食物）浓度、 放射性物质表面污染控制水平、工作场所的剂 量率及可以向环境介质中释放的放射性物质的 量等，都属于导出限值。
孕妇检查
应避免对孕妇做下腹检查；骨盆测量也不宜进行，如确有必 要也要限制在妊娠最后3个月进行，并写明理由
不该做的检查
转诊前已查明，用其它手段（如B超）可做的诊断；即使是 癌症患者，已确诊或治疗后就不应再过多使用X线检查
医学研究
应注意伦理上的问题，应尊重受照人意愿，而且必须在其了 解事实的基础上进行
核物理基础与辐射防护辐射防护
+20d
+39d
核物理基础与辐射防护辐射防护
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6.皮肤随机性效应
核物理基础与辐射防护辐射防护
33
三、辐射防护的基本原则
辐射防护关心的是，既要保护个人和他们的后 代以及全体人类，又要允许进行那些可能产生 辐射照射的必要活动。所以，辐射防护的目的： 防止有害的非随机性效应，并限制随机性效应 的发生率，使之达到认为可被接受的水平。
核辐射物理学基础知识
不同核素的T1/2值差别很大，例如232Th的半衰期 为1.39×1010年，而212PO的半衰期只有3.0×10-7秒。
几种常用放射性核素的半衰期是：
24Na的T1/2 ＝15.6小时 32P 的T1/2 ＝14.3天 60Co的T1/2 ＝5.3年 14C 的T1/2 ＝5720年
α衰变：
放射性原子核自发地放射出α粒子而变为另 一种原子核的过程称为α衰变
+ +
+
放射性++ 母核++!!
从母核中射出 的4He原子核
238U4He + 234Th
+ +
粒子得到大部分衰变能
二、β衰变（beta decay） 当一个原子核电荷数改变±1，而质量数保持不
变时，这种核衰变叫β衰变。 1、β-衰变 2、β 但对足够多的放射性核的集合，其衰变规律是确
定的，并服从量子力学的统计规律。
1、指数规律 放射性核素的衰变与周围环境的温度、压力
和温度等无关，它遵循指数衰减规律。即每秒内 衰变的原子数与现存的放射性原子数量呈比例。 例如，某种放射性核素最初共有No个原子，经过 时间t以后，只剩下N个，则N和No之间的关系为
131I的T1/2 ＝8.1天； 59Fe的T1/2 ＝47.1天； 3H的T1/2 ＝12.4年；
238U T1/2 ＝4.5109a
放射性活度（Activity）
放射性物质在单位时间内发生衰变的原子核数为该物质 的放射性活度，用A标记。
A= N = N0 e - t = A0 e - t 放射性活度单位
2、β +衰变 β+衰变是指从核内放射出一β+粒子的过程。
辐射物理学知识点总结
辐射物理学知识点总结辐射物理学是研究辐射现象和辐射与物质相互作用的物理学分支。
辐射物理学涵盖了很多领域，包括核能、医学、天文学等，广泛应用于生产和科研领域。
本文将对辐射物理学的基本知识点进行总结，希望能够为读者对该领域有一个全面的了解。
一、辐射的定义辐射是指由物质释放出的能量或粒子，通过空间传播的过程。
其形式包括电磁波辐射和粒子辐射。
电磁波辐射包括了光波、微波、射线等，而粒子辐射包括了α射线、β射线、中子等。
辐射物理学主要研究辐射的产生、传播和相互作用规律。
二、辐射的产生辐射的产生主要包括了自然辐射和人工辐射两种形式。
自然辐射是指地球和宇宙空间中存在的自然放射性物质释放出来的辐射，如地壳放射、宇宙射线等；而人工辐射是指由人类活动引起的辐射，如医疗放射、工业放射等。
辐射的产生源头有很多，其中包括了核反应堆、医学放射源、射线装置等。
三、辐射的传播辐射的传播是指辐射能量和粒子在空间中的传播过程，其中包括了辐射的传播路径、传播速度和传播规律。
辐射的传播途径有很多，包括了空气传播、物质传播、真空传播等。
而辐射的传播速度一般遵循光速，但也会受到介质的影响。
辐射的传播规律包括了辐射的衰减、散射和吸收等。
四、辐射与物质的相互作用辐射与物质相互作用是指辐射与物质之间的相互影响和相互作用过程。
辐射与物质的相互作用包括了辐射的散射、吸收、衰减等。
辐射与物质的相互作用规律及其影响是辐射物理学的核心内容之一。
五、辐射的测量和防护辐射测量是指对辐射强度、能量分布和剂量进行测量，以便评估辐射对人体和环境的影响。
辐射防护是指采取措施，减少辐射对人体和环境的危害。
辐射测量和防护是辐射应用的基础，对核能、医学和工业等领域具有重要意义。
六、核辐射核辐射包括了α射线、β射线和γ射线等，这些射线是由原子核放射性衰变产生的。
核辐射的性质和作用机制对核物理和核工程有重要意义，常用于医学诊断、治疗和工业检测等领域。
七、辐射治疗辐射治疗是指利用辐射对癌细胞进行杀伤和控制的治疗方法，是肿瘤学中的重要治疗手段之一。
核辐射物理基础06
91
95
Zr Ru Ru Te
m
103
106
127
碲 Tellurium 碘 Iodine 氙 Xenon 铯 Cesium 铈 Cerium 钷 Promethium 钐 Samarium
127
Te I
131
133
Xe Cs Ce Pm Sm
137
144
14物
裂变产物中的某些核素如氙-135和钐-149具有 相当大的热中子吸收截面，它们将消耗堆内很 多的中子，称为核毒物。 核毒物会影响反应堆停堆后的重新启动和引起 功率分布的空间振荡。 有些裂变产物有较长的半衰期和很强的放射性 ，给乏燃料的贮存、运输、处理和最终处置带 来一系列特殊的困难和问题。
关于核素的裂变阈能
z中等核的裂变阈能很高，所以要使它们发生中子诱发裂变反应，必须 是超快中子才行; z重核（如235Ra、231Pa和232U等）的裂变阈能较低，只需要快中子入射 就可以使之发生裂变反应; z某些重核素，如233U、235U、239Pu、241Pu等，它们的裂变阈能为0，说 明能量极低的热中子就能够引起它们发生裂变，这些核素物质称为易裂 变核素，它们可作为热中子反应堆的核燃料。而238U的裂变阈能是 1.4MeV，所以只有快中子能引起它的裂变，因而通常用作快中子反应堆 的燃料，这类核素称为可裂变核素。
2.49
2.42
2.87
531
47.7
0.09 2.28
582
98.6
0.169 2.07
743
269
0.362 2.11
对于快中子（能量为2MeV） 每次裂变的中子产额ν 裂变截面 σ f / b 辐射俘获截面 σ γ / b 俘获裂变比α 每次吸收的中子产额η
核辐射物理基础10
¾ 几种主要闪烁体介绍
NaI(Tl)晶体。 NaI(Tl)晶体密度较大，而且高原子序数的碘(Z=53)占 重量的85%，所以对γ射线探测效率特别高，同时相对发光效率大， 约为蒽晶体的两倍多。它的发射光谱最强波长为4150埃左右，能与光 电倍增管的光谱响应较好匹配。晶体透明性也很好。测量γ射线时能 量分辨率也是闪烁体中较好的一种。 NaI(Tl)晶体的缺点是容易潮 解，吸收空气中水分而变质失效，所以一般使用时都是装在密封的金 属盒中。另外，大尺寸的NaI(Tl)不能忍受环境温度的剧变，易碎裂。 CsI(Tl)晶体。CsI(Tl)晶体在空气中不潮解，耐温性好，机械强度 大，容易加工成薄片，因而在探测带电粒子的强度及能谱方面很有使 用价值；CsI密度比NaI更大，平均原子序数也比NaI大，对γ的吸收 系数μ也大，因此效率高，探测器的体积相对可以做得小一些。 CsI(Tl)晶体也有不足之处， CsI(Tl)的光输出仅为NaI(Tl)的一半左 右，对γ射线的能量分辨率就差了。同时，原材料价格较昂贵，因此 远不及NaI(Tl)晶体使用广泛。
ZnS(Ag)闪烁体。 ZnS(Ag)发光效率极高，约为蒽晶体的三倍，对重 带电粒子阻止本领很大，而对γ射线极不灵敏，所以很适合在β、γ 本底场中用幅度甄别方法测量重带电粒子α、p等。 Li玻璃闪烁体。 是一种Li玻璃用铈激活后做的闪烁体，其机械性能 同普通玻璃一样，比无机单晶更易加工成所需形状。天然锂制成的玻 璃闪烁体可作β和γ射线强度测量，用丰度90%以上的6Li制成的锂 玻璃用于中子测量。由于锂玻璃中含有较高浓度的天然放射性杂质 232Th和40K，故不宜用作低水平测量。 BGO晶体。是一种性能优良的闪烁体，它的最大特点是原子序数高 （Bi的Z=83），密度大，因此对X光和γ射线的线性吸收系数μ比 NaI(Tl)还大得多，因此是对X光和γ射线探测效率特别高，所发荧光 也能与光电倍增管很好匹配。此外，BGO机械和化学性能都优于 NaI(Tl)，例如易加工，不潮解，故不用密封包装；热膨胀系数小， 环境温度剧变不易引起损裂。BGO晶体的缺点是发光效率仅为 NaI(Tl)的8%-14%，对γ能量分辨率不太好。
核物理基础与辐射防护ppt课件
aA/m
单位为：Bq/g 或 Ci/g 比活度反映了放射源中放射性物质的纯度。
2009-05-30
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4、 递次衰变规律 许多放射性核素并非一次衰变就达到稳定，而是它们的子核仍有放射性，会
接着衰变…… 直到衰变的子核为稳定核素为止，这样就产生了多代连续放射性衰 变，称之为递次衰变或级联衰变。
A 1 1 A 2 2 A 3 3 n A n 1 ( 稳 )
3、放射性活度及其单位 (1)、放射性活度 (Activity) 活度定义：单位时间内发生衰变的原子核数。以A表示，表征放射源的强弱。
即： A d d (tN )t d (N d 0 e tt)N 0 e tN (t)
A N 定义： 0
则：
0
AA0et
放射源发出放射性粒子的多少，不仅与核衰变数有关，而且和核衰变的具体情况 直接相关。一般情况，核率变数不等于发出粒子数。
放射性现象是由原子核的变化引起的，与核外电子状态的改变关系很小。
放射性现象与原子核的衰变密切相关。 原子核的衰变：在没有外界影响的情况下，原子核自发地发射粒子并发生改变的 现象。
2009-05-30
4
• 原子核衰变的主要方式 衰变 衰变(包括－衰变、＋衰变和电子俘获EC) 衰变(或跃迁)(包括内转换IC) 中子发射、质子发射、重核的自发裂变等
活度单位
其他单位
单位
居里(Ci)
贝可(Bq)
伦琴(R)
拉德(rad)
戈瑞(Gr)
定义
放射性物质1s 发生3.7×1010 次核衰变为1
Ci
放射性物质 1s内发生1次 核衰变为 1
Bq
使1kg空气中产 生2.58×10-4 C 的电量的辐射量
核辐射物理基础03
作业：
1．已知48V可发生β+衰变，子核为48Ti，当然地可发生K俘获，β+粒子最大动 能Eβ+=0.699MeV，求K俘获放出中微子的能量Eν=？MeV，并画出衰变图。 （M48V=47.9522598u，M48Ti=47.9479491u）
2．已知238U的三组α粒子能量分别为：4.194MeV；4，Ed2，Ed3，并画出238U的α衰变图，标明各能态能量。
)= -kt ＋ lnc0( lnct( 14 6C
14 6
C )
T1/2 = 0.693/k 得：k = 0.693/t1/2 = 0.693/5730 a = 1.21×10-4 a-1 t=ln[756Bq·g-1/432Bq·g-1]/(1.21×10-4a-1) =4630 a
如以上数据系2005年所得，则4630-2005＝2625 即该古墓大约是公元前2625年建造的。
2．核能级
用磁谱仪能对α粒子的动能进行精确测量。测量结果表 明，同一核素的原子核所放出的α粒子，其能量有好几 种。这说明这个衰变过程使生成的子核处于不同的能级。 因此，与原子情况类似，原子核的内部能量是量子化的 . 长射程α粒子 短射程α粒子
2-6 β衰变
β衰变是核自发地放出β粒子或俘获一个轨道电子而发生的转变。 β粒子是电子和正电子的统称,因此,β衰变有以下几种类型: β衰变核素几乎遍 及整个元素周期表
因此，轨道电子俘获发生的必要条件是 :
W M (Z , A) − M ( Z − 1, A) > i X Y C2
†轨道电子俘获过程伴随着特征X射线和俄歇电子的发射 ‡由于2mec2 >>Wi ,因而β+放射性衰变的核素通常都具有K俘获发生
核辐射测井物理基础
核辐射测井物理基础
核辐射测井的主要探测对象及分类
• γ粒子 • 中子
•伽马测井：以研究伽马射 线与地层或流体相互作用为 基础的测井方法。
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•中子测井：以研究中子与 地层或流体相互作用为基础 的测井方法。 。
核辐射测井物理基础
主要内容
•康普顿效应：
• 康普顿效应不仅在束缚电子上可以发生，而且在自 由电子上也可以发生。正因为如此，康普顿效应大 多是在原子的外层电子上发生。
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核辐射测井物理基础
•电子对效应：
•发生电子对效应的条件：一是除了γ光子和电子外， 还必须由原子核参与；二是γ光子必须具有足够大的
能量（大于1.022MeV）。
• 发时，生相光对电来效说应，截电面子与的原束子缚序程数度的就关很系低：，对所于以同截一面 能就很量小的。入射光子来说，物质的原子序数越高，光 电效应截面越大。因为原子序数高，电子在原子 中束缚程度也就高，所以截面就大。光电效应截 面与作用物质的原子序数有着强烈的依赖关系。
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核辐射测井物理基础
• 重核比较容易激发非弹性散射，发射的γ射线能量 也较低。
• 由于非弹性散射γ射线的能量取决于靶核的能级特 征，其大小反映靶核的性质，因此，可以通过对 非弹性散射γ射线能谱的测量来进行元素分析，这 是非弹性散射γ射线能谱（如C/O）测井的基础。
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核辐射测井物理基础
•弹性散射
•碰撞后的中子
• 核辐射测井中，通常用1~3种元素作为某种地层 矿物的指示元素，如Si作为石英的指示元素，Ca 作为石灰岩的指示元素，Mg和Ca为白云岩的指 示元素，Si、Al和K作为钾长石的指示元素。
核物理基础与辐射防护
核物理基础与辐射防护一、核物理基础一) 原子核结构与基本概念原子结构示意图卢瑟福模型中性原子：Z＝核内质子数、核电荷数、原子序数、核外电子数。
物质的性质如元素的化学、物理及光谱特性与核外电子有关。
1. 基态（gound state）：原子核处于最低能量状态。
2. 激发态（excited state）：原子核在核反应、核裂变、核衰变后处于的高能量状态，可表示为A m X，如99m Tc(99m 锝)。
3. 元素(element)：具有相同质子数的同类原子称为一种元素。
化学性质相同，物理性质可以不同。
如碘和磷元素：碘：13153I 12753I 磷：3214P 3114P4. 核素(nuclide)：具有相同质子数和中子数，并处在相同特定能量状态的原子。
123I 12553I 12853I 12753I 13153I53它们属于一种元素、五种核素。
化学性质相同，物理性质不同。
5. 同位素(isotope)：相同质子数，但中子数不同，周期表上位置相同的元素互称同位素。
氢：氕11H 氘21H 氚31H6. 同质异能素(nuclear isomer)：原子的质子、中子、电子数均相同，但处于不同能量状态的核素。
锝：9943Tc （基态）T1/2＝21万年锝：99m43Tc （激发态）T1/2＝6.02 hr m 表示核素处于激发态。
二) 放射性衰变1. 定义1) 稳定性核素：原子核稳定，不会自发衰变的核素，stable nuclide。
2) 放射性核素(不稳定核素)：原子核处于不稳定状态，需要通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素，radionuclide。
它们能自发地发出某种射线而转变为另一种核素。
3) 放射性衰变(核衰变) ：放射性核素的原子自发地释放出一种或一种以上的射线并转变成另外一种原子的过程, radiation decay。
其衰变类型与方式取决于原子核内的固有特征，与外界环境无关。
2. 放射性衰变类型1) α衰变alpha decay核子总数过多（Z > 82）AX→A-4Z-2Y + 42He + QZ2) β衰变beta decayβ-衰变:富中子核素的中子数过剩——中子转换为质子AX→A Z+1Y +β- + Ue + QZβ+衰变:贫中子(质子过剩)核素——质子数转换为中子AX→A Z-1Y +β+ + Ue + QZ电子俘获electron capture(EC):贫中子核素从核外靠内层的电子轨道俘获一个轨道电子使核内质子转换为中子。
辐射防护基础知识
• 射线：高速运动的电子，电荷 量-1，质量9.1x10-31kg.
• 射线：光子，也是电磁波，无 静止质量，能量=h 。
• 比较几种射线， 射线是重粒
子流，就单个粒子而言，其作
用效果最大。
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N
15
α、β、γ射线特征
ɑ射线是高速运动的氦原子核或氦离子
（2+2He)，带两个正电荷。由于其质量大， 在空气中的射程很短，在固体或生物组 织中只有30~130微米。它的电离能力大， 穿透能力很弱。
辐射防护基础知识
一、放射性基础知识 二、核技术应用 三、环境中的电离辐射源及其防护
原则与标准 四、放射性污染的特点、来源 五、辐射监测
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1
一、放射性基础知识
1、核物理基础知识 2、重要的概念和量
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2
（一）核物理基础知识
• 放射性的发现无论对科学思想本 身，还是对宇宙的认识都产生了 一场革命（核物理、天体物理、放 射化学、放射生物学、放射医学等）。
射。
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20
衰变 、母体、子体
• 核素在衰变时放出粒子的衰变— 衰变
• 衰变时，原子核的质量和电荷都会发生变化，即核 素发生变化（见图）。
• 原子核在衰变前称为母体，衰变后称为子体。
• 衰变前后，M母>M子+M ， E = MC2，以光的形式 发射。
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21
衰变
镝
• 核素在衰变时放出 粒子的衰变— 衰变
7
元素、同位素
凡是原子序数相同而质量数不同的一组核素，即同属一种元 素的一组核素，在元素周期表中占据同一位置，称为该元素的同 位素。
如2815P、2915P、3015P、3115P、3215P、3315P、3415P都是磷的同位 素。
核辐射物理基础02
[
]
因为λ1-λ2<0,即λ2-λ1>0,则经过足够长时间，因而有：
N2 =
N
λ 2 − λ1
λ1
N 10 e − λ1t =
λ
λ 2 − λ1
N1
所以
2 = 1 N λ 2 − λ1 1
2 1 =
A A
λ 2 N 2 λ1 N 1
=
λ 2 − λ1
λ 2
即暂时平衡子体的核数目N2和放射性活度A2也是按母体的半衰期T1衰减。 暂时平衡下,母子体的总放射性活度为：
及
T τ = 1 / 2 = 1 . 44 T1 / 2 0 . 693
放射性核素的特征量
λ、T1/2、τ这三个量不是各自独立的，只要知道其中 一个，即可求得其余两个。因此，这三个量都是放射性 核素的特征量
表：我国放射性废物分类
类别 气载废物 级别 名称 I II I 液体废物 II III 低放 中放 低放 中放 高放 放射性浓度Av，Bq/m3 排放限值<Av≤4×107 Av>4×107 放射性浓度Av，Bq/L 排放限值<Av≤4×106 4×106<Av≤4×1010 Av>4×1010 放射性比活度Am，Bq/kg T1/2≤60d I 固体废物 低放
! 核衰变规律是一个统计性的规律,它适用于大量原子核的
衰变，对少数原子核的衰变行为只能给出几率描写。
例: 放射性核素氡的原子核数N随时间t的变化曲线
2. 放射性活度A
定义：在单位时间内有多少核发生衰变，即放射性核素的衰变率
N = N 0 e− λt
两边同时对时间t求导，可得到：dN
dt
= − λ N
2．放射性平衡
核辐射物理学基础知识
常见的是带电粒子、中子和γ射线与物质的 相互作用。它们与物质的相互作用时的机制是 不同的。
射线分类 1.由电子组成（β射线，电子线） 2.重带电粒子组成（α射线、质子射线等）
3.中性粒子组成（中子射线）
4.光子组成（γ射线、X射线）
一、带电粒子与靶物质原子作用方式
1.与核外电子发生非弹性碰撞
2.与核原子核发生非弹性碰撞
2.激发（excitation）
入射带电粒子 非弹 核外电子 跃迁 激发态 激发（退激） 高能带电粒子穿入物质时，将自身的部分能量传 3.初级电离与 次级电离 递给壳层电子、使其逸出成为自由电子，形成正 离子和电子组成的离子对，这种过程称直接电离 （或初级电离）。直接电离出的高能电子称δ电 子，它能进一步引起物质原子电离，称次级电离。 通常，次级电离占总电离的60%~80%。
衰变的种类：
根据在衰变过程中放出射线的种类可将衰变 分为： α 衰变
β 衰变 γ 衰变
α衰变： 放射性原子核自发地放射出α粒子而变为另 一种原子核的过程称为α衰变
+
+
+ + !! 放射性母核 + +
从母核中射出 的4He原子核
238U4He
+
+ 234Th
+ +
粒子得到大部分衰变能
低能 1MeV优势 1.022MeV 以上
辐射剂量学基本量
1.照射量 2.比释动能 3.吸收剂量 4.当量剂量 5.有效剂量
一、照射量和照射量率
电离是电离辐射的特点，照射量就是根据 光子对空气的电离能力来度量光子辐射场 的 一个物理量。 1962年国际辐射单位和测 量委员会（ ICRU）第10号出版物正式把照 射量作为x（γ）射线的度量，其单位为伦 琴（R）。
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总电离 = 原电离 + 次电离
A. Number of Ion Pairs Formed
电离能W：带电粒子在气体中产生一
电子离子对所需的平均能量。
对不同的气体， W大约为30eV 若入射粒子的能量为 E0 ，当其能量全 部损失在气体介质中时，产生的平均离子 对数为：
电子的吸附现象对气体探测器产生的是 正面 or 负面影响？ 气体探测器的工作气体应尽量选择吸 附系数小的气体，在不得已采用时，将 会影响探测器的性能。
D. 复合(Recombination) 有两个过程：电子与正离子，或负离子 与正离子，相遇时可能复合成中性的原子 或分子。 Recombination ＋ e— ＋
C. 电子的吸附和负离子的形成
电子在运动过程中与气体分子碰撞时可 能被气体分子俘获，形成负离子，这种现 象称之为吸附效应。
Electron attachment
e-
Negative ion
每次碰撞中被电子俘获的概率称为吸附 系数 h。 h大(h >10-5)的气体称为负电性气体。
4 h 10 3 例如O2、H2O，的 h 10 ，卤素达
辐射探测的基本过程：
辐射粒子射入探测器的灵敏体积； 入射粒子通过电离、激发等效应而在探测器中沉积 能量； 探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种形式的 输出信号。
辐射探测器学习要点（研究问题）：
探测器的工作机制； 探测器的输出回路与输出信号；
探测器的主要性能指标；
探测器的典型应用。
2 2
离子漂移速度
离子的迁移率
E u P
电场强度
气体压强
约化场强
对于自由电子： 电子与气体分子发生弹性碰撞时，每次损 失的能量很小，因此，电子在两次碰撞中 由外电场加速的能量可积累起来。直到使 它的弹性碰撞能量损失和碰撞间从电场获 得的能量相等，或发生非弹性碰撞为止。 达到平衡状态时，即损失能量等于从电场 获得的能量时，电子的平均能量为: 1 3 2 me v e kT 2 2
8.2 电离室的工作机制与输出回路
电离室的工作方式可分为：
1) 脉冲型工作状态 记录单个入射粒子的电离效应，处于 这种工作状态的电离室称为：脉冲电离 室 2) 电流型或累计型工作状态 记录大量入射粒子平均电离效应或总 电离效应，处于这种工作状态的电离室 称为：电流电离室或累计电离室。
1、电离室的基本结构
复合引起的离子对数目的损失率：
n n n n t t
为复合系数
一旦形成了负离子，其运动速度远小 于电子，正离子与负离子的复合系数要比 正离子与电子的复合系数大得多。
复合的结果是把许多有用信号给复合 掉，使有用的信号减少。因此，复合现象 在探测器正常工作中应尽量避免。
气体探测器
Gas－filled Detector
第八章
气体探测器：以气体为工作介质，由入 射粒子在其中产生电离效应引起输出电 信号的探测器。 电离室
正比计数器 盖革-弥勒计数器
8.1 气体中离子与电子的运动规律 1、气体的电离与激发
电离损失——与核外电子的非弹性碰撞过程
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。
A、离子和电子在外加电场中的漂移
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由于外加电场的作用沿电场方向定向漂移。
这种运动称为“漂移运动”，定向运 动的速度为“漂移速度”。
对于离子： 在存在电场的情况下，两次碰撞之间离子 从电场获得的能量又会在碰撞中损失，离 子的能量积累不起来。离子的平均动能与 没有电场的情况相似，为： 1 Mv2 3 kT
N E0 W
几种气体电离能ω(eV)和最低电离电位I0(eV)
二. 电子和离子在气体中的运动 (外加电场下)
气体分子被电离后, 生成的电离电子和正离子存在 下列几种运动情况:
1. 由于外加电场的加速作用,电子与正离子将被电场拉开而沿 电场方向漂移; 2. 电子和离子因空间分布不均匀而由密度大处向密度小处扩散; 3. 电子被中性气体分子俘获, 形成负离子 ; 4. 正负离子复合, 形成中性分子。
cm 10 (1)电子漂移速度一般为：
6
s
s
离子漂移速度一般为： 10 3 cm
这是因为电子的质量比离子小约103倍，而 其平均自由程比离子大数倍，因而在平均自 由程内电子将获得较大的动能，从而有更大 的漂移速度。
(2)电子的漂移速度对组成气体的组分极为 灵敏
在单原子分子气体中（如卤素）加入少量 多原子分子气体（如CO2、H2O等）时， 电子的漂移速度有很大的增加。
不同类型的电离室在结构上基本相同. 典型结构有平板型和圆柱型。 均包括：
高压极(K)：正高压或负高压； 收集极(C)：与测量仪器相联的电极， 处于与地接近的电位； 保护极(G)：又称保护环，处于与收集 极相同的电位； 负载电阻 (RL) ：电流流过时形成电压 信号。
这是因为多原子气体分子的激发电位很低，因而在单原子分 子气体中加入少量后，电子做杂乱运动的程度降低，从而漂 移速度相应增大。
B. 扩散(Diffusion) 在气体中电离粒子的密度是不均匀的， 原电离处密度大。由于其密度梯度而造成 的离子、电子的定向运动叫扩散。
由气体动力学，可得到扩散方程：
j D n
称为电子温度，是场强的函数。
电子的漂移速度与约化场强不成正比， 可用函数表示：
ue f E
P
这个函数关系均由试验测定。一般给出 的是实验曲线(如图)。 电子漂移速度对气体成分很敏感， 少量某种气体的混入就可显著提高电子 漂移速度。
下图给出了电子在几种气体中的漂移速度。
电子与离子在气体中在外电场作用下的 漂移速度的主要区别为：
电子或离子 的扩散系数
电子或离子 粒子流密度
电子或离 子密度
若电离粒子的速度遵守麦克斯韦分布，则 扩散系数 D 与电离粒子的杂乱运动的平均 速度 v 之间的关系为：
1 D v 3
平均自由程
电子的平均自由程和乱运动的平均 速度都比离子的大，因此其扩散系数比 离子的大，因而电子的扩散效应比离子 的严重。