放射物理与防护全套PPT课件

例如氢元素H， H在元素周期表中处于同一位置， 因质量数不同．它有三种核素，分别为氕、氘、氚。 其中，氕是一个不含中子的氢原子，氘含有一个中子， 是重氢，氚则含有两个中子，是超重氢，但它们的原 子序数相同，可互称同位素。重氢和超重氢是制造氢 弹的原材料。
已知107种元素有2000余种同位素。
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同位素又有稳定性同位素和不稳定性同位素之分，已 知稳定性同位素有270余种，而不稳定性同位素有1700余 种。不稳定性同位素又称为放射性同位素。放射性同位 素又分为天然放射性和人工放射性同位素(简称人造放射 性同位素)。人造放射性同位素主要由反应堆和加速器制 备。原子序数很高的那些重元素，如铀(u)、钍(Tu)、镭 (Ra)等，它们的核很不稳定，自发地放出射线，变为另一 种元素的原子核。
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半衰期： 放射性核素的数目减少到原来的一半所需要的时间称之。
放射性活度 ： 单位时间内原子核衰变的数目称为放射性活度 (radioactivity)，简称活度。
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第二章 X线的产生
一、X线的发现 X线是德国著名物理学家伦琴于1895年11月8日发现的。 X线的发现在科学史上是个极其重大的事件，它给人类历 史和科技发展带来巨大的影响，并由此开创了物理学和 影像医学的崭新时代。
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原子核比原子还要小，核半径仅为原子半径的万分 之一到十万分之一，原子核的几何截面积仅为原子的 几千亿分之一。假设原子有一座10层楼那么大，原子 核只有樱挑那么小。由此可见，原子内有一个相对来 说很大的空间，核外电子就像几粒尘埃一样在这个庞 大的空间里绕核旋转。由于原子的这种“空虚”性， 一个高速电子或X线光子可以很容易地穿过许多原子后， 才会与某个原子发生碰撞。
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原子核对核外电子有很强的吸引力， 离核最近的K层电子所受引力最大。 显然，要从原子中移走K电子所需能 量也最多，外层电子受核的引力较小， 移走外层电子所需能量也较少。通常 把移走原子中某壳层轨道电子所需要 的最小能量，称为该壳层电子在原子 中的结合能。
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基态 ：原子处于最低能量状态，电子运行时如既 不向外界辐射也不向外界吸收能量，处于基态的原子最稳 定。
受激态：电子吸收了一定大小的能量后（某两个能 级差的能量），电子跳跃到一更高的能级轨道上，此时原 子不稳定，称受激态。
跃迁：外层轨道电子或自由电子填充空位，同时放出一个 能量为hv的光子。（该光子的能量大小取决于两轨道之间 的能级差）
电离：电子吸收了足够大的能量而摆脱原子核的束缚而成 为自由电子。
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二、原子核及核外轨道电子
原子核由质子和中子所组成，通常又把质子和中子 统称为核子。每个质子带1个单位的正电荷，中子不带 电呈中性。因此，原子核所带电荷数由质子数决定。 核电荷数用Z表示。即
核电荷数(Z)=核内质子数=核外电子数
其中X表示原子，A为质量数；Z为质子数(即原子序数)
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质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)
只要知道上述3个数中任意2个，就可推算 出另1个的数值来。如钨原子核内有74个质子， 质量数为184，则中子数为：
N = A – Z = 184 – 74 =110 碘的原子质量数为131，核内具有53个质 子，则中子数为： N = A – Z = 131 – 53 = 78
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核外轨道电子 核外电子按一定轨道高速绕核运行。
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电子在不同轨道上的能量大小与其所
在的轨道数有关，内层轨道的能级低， 外层轨道能级高。正常情况下，电子先 填满内层轨道，然后依次向外填充，这 时原子处于最低能量状态（能量最低原 理）。 当内层轨道电子从外界得到能量 时会转移到能量较高的外层轨道上去,此 时的原子处于不稳定状态(受激态),根据 能量最低原理,内层轨道空位立刻有外层 电子填充并释放能量.
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原子核的衰变：放射性同位素原子核不稳定，能自发地 放出α、β、γ射线而变成另一种元素 的现象。
α 射线：由α 粒子组成， α 粒子是有2个质子和2个中 子组成的带2个正电荷的氦核。
β 射线：由β粒子组成， β粒子就是从原子核内释放 出的带一个负电荷的电子。
γ 射线：由γ 光子组成，它是在原子核衰变时从核内释 放出的不带电的高能量光子。
hv↗Biblioteka 基态 → 受激态 → 基态
↑ 激发
↑ 跃迁
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当原子从基态 到受激态再回到基态 时，它将发射（或吸收）具有一定频 率的单色光子，其频率为 ：
E2 – E1 υ = ---------
h
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四、同位素 凡其有相同的质子数（原子序数）和不同的中子
数的同一类元素称为同位素(isotope)。几乎所有元素 都有同位素。
子如同行星，沿一定轨道绕原子核旋转。
原子核带正电荷，核外电子带负电荷。在
正常情况下，原子核所带正电荷量与核外
电子所带负电荷量相等。因此整个原子对
外呈现中性。
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原子的质量和体积都极其微 小，一个氢原子的质量是 1.6735×10-27 kg ， 较 重 的 铀 原 子也只有3.951× 10-25 kg。原子 的直径为10-10 m数量级，如果 把1亿个原子挨个排成一行，它 的长度仅有lcm。
通常每个轨道上只有一个电子，由于 其运行受到多个参数的影响，故参数 相近的电子近乎在同样的空间运行， 这个容纳多个轨道的空间范围称为电 子层。距原子核由近及远依次可分为 K、L、M、N、O……层。各层轨道 电子均有特定的能量。
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三、原子能级 (P5) 各层轨道电子均有特定的能量。这是因 为核外带负电的轨道电子处于带正电的核 电场中，具有负电势能；轨道电子绕核运 动具有动能，这两部份能量的代数和，就 是该壳层电子在原子中的总能量。 电子在不连续的轨道上运动,原子所具有 的能量也是不连续的,这种不连续的能量 状态称为原子的能级.
放射物理与防护
Radiological Physics and Radiation Protection
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第一章 物质结构
一、原子的基本状况
目前已知的地球元素有107种，其中93种
是地球上天然存在的，15种是人造元素。
任何原子都是由小而致密的原子核和核外
高速绕行的电子所组成的。一个原子就如
同太阳系一样，它的核如同太阳，核外电