第1章放射性测量基本知识概要
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《放射性测量》课件
放射性测量的方法
详细了解放射性测量的各种方法，包括直接测量法、比较测量法和经验公式法。
1
直接测量法
采用计数器法、晶体探测器法和液体闪烁体法等技术直接测量放射性物质的辐射。
2
比较测量法
通过比较测量法，可以通过原理如比率计法和化学计量法来确定放射性物质的活度。
3
经验公式法
利用经验公式法，可以推算出单位剂量和剂量当量，对辐射的影响进行评估。
简介
了解放射性的概念和测量的意义和目的，以及放射性测量的分类。
放射性概念
放射性是指物质自发地放射出各 种射线，如α粒子、β粒子、γ射线 等。
测量意义和目的
放射性测量可以用于环境监测、 医学诊断、核设施运营等领域， 确保公众和工作人员的安全。
放射性测量的分类
放射性测量可分为直接测量法、 比较测量法和经验公式法。
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# 放射性测量 ## 简介 - 放射性的概念 - 放射性测量的意义和目的 - 放射性测量的分类 ## 放射性测量的方法 ### 直接测量法 - 计数器法 - 晶体探测器法 - 液体闪烁体法 ### 比较测量法 - 比较测量法的原理 - 比率计法 - 化学计量法 ### 经验公式法 - 单位剂量的概念
总结
总结放射性测量的重要性、发展前景以及技术应用的瓶颈和发展方向。
放射性测量的重要性
通过放射性测量，我们可以评估辐射对人类和环境的风险，采取相应的防护措施。
发展前景
随着科技的进步，放射性测量技术将不断发展，应用范围将进一步扩大。
技术应用的瓶颈和发展方向
我们需要解决放射性测量中的准确性、灵敏度和安全性等问题，并继续开发新的测量方法和 设备。
放射性测量实例分析
放射性测量
• 铀和镭平衡时
U NU Ra N Ra
Nu Ra T1 / 2 (U ) N Ra u T1 / 2 ( Ra)
T1/ 2 (U ) A(u ) U 4.45 10 9 238 2.9 10 6 Ra T1/ 2 ( Ra) A( Ra) 1602 226
三、γ射线与物质的相互作用
• 1、光电效应
• 2、康普顿效应
• 3、形成电子对效应
1、光电效应
• 低能量（小于0.5MeV）的 γ光子与一个原子碰撞，把 全部能量交给一个轨道电子， 使其脱离原子核的束缚而成 为自由电子，而光子本身被 吸收。
2、康普顿效应
• 能量较高（0.5～1.02MeV）的γ光子与原子 的一个壳层电子作用，类似弹性碰撞，在碰 撞过程中，光子将一部分能量交给电子，使 其从原子中以一定角度射出，称为反冲电子， 光子本身以另一角度散射出去，因其失去了 一部分能量，因此，频率降低了，散射光子 波长的大小与散射角度有关，可以从弹性碰 撞的能量守恒和动量守恒关系推导计算出其 能量。
生成一对正负离子消耗的能量称 为平均电离能，需要 32.5eV。因一个 α粒子能量为4～10Mev，每个α粒 子生成105数量级的离子对。 在空气中α粒子的射程只有数厘 米，在岩石中实际为零。
二 β射线及其与物质的相互作用 • 1、电离 • 2、激发 • 3、弹性散射 • 4、韧致辐射。
弹性散射：带电粒子经过物质时，受物 质原子核或电子的静电场的作用而改变 运动方向，而粒子本身能量无明显改变 的过程。 韧致辐射：带电粒子通过物质时，受核 或电子静电场阻滞使之运动速度急剧减 小，损失很大一部分动能，这部分能量 以电磁波形式（x光）辐射出去，这一过 程称为韧致辐射。 在空气中β粒子的射程约为1米，在 岩石中实际为零。
二,放射性测量
放射性测量的基本概念
（三）测量效率
测量效率（detection efficiency，E）：指单位时间 内放射性测量仪器记录的脉冲数（计数率）与放射 性原子核实际衰变数目衰变率）的比率。 测量效率=计数率/衰变率*100%
E即是评价放射性测量仪器质量的重要指标，也可根据 效率因素校正放射性活度。
放射性测量的基本概念
泊松分布的参数λ 是单位时间(或单位面积)内随机事件的平均发生率。 泊松分布适合于描述单位时间内随机事件发生的次数。
二、放射性测量计数的统计学误差
通过单次或多次测定，可确定计数水平及其离散范围和离散程度，这个 离散范围或离散程度就是放射性计数的统计误差，分为标准误差σ和相对 误差δ两类。
标准误差（Standard error）
第四节 放射性测量统计误差及其控制
一，放射性的统计性
放射性核素的衰变总体上遵循负指数规律，由于各个核互不关联，衰变是独立 的随机事件，所以不同时刻衰变的核数不是一个固定的值，但总在衰变总体期望 值上下波动，属于离散型随机变量，服从一定的概率分布。 放射性核素衰变的统计涨落服从泊松分布规律。 泊松分布规律（Poisson distribution）：泊松分布的概率密度函数为：
缺点：易潮解，导致透明度降低，性能下降；大面积的NaI（Ti）晶 体易破裂。
注意：使用NaI（Ti）晶体的测量仪器时，要保持干燥，防止剧烈震动。
2，液体闪烁体
一般由溶剂、闪烁剂和添加剂组成，常用于测定低能β射线，也可进行 低能γ射线，契伦科夫效应、单光子测定。
① 溶剂：溶解闪烁剂，吸收和传递射线的能量。（烷基苯类——甲苯、
能量分辨率（energy resolution）：指放射性测量仪器能够 分辨两种不同能量的同类射线的能力。 时间分辨率（time resolution）：指放射性测量仪器能够分 辨出的前后两个相邻脉冲之间的最短时间。
第一章 核辐射测量基础知识201003301953
①
A X= δ 2 d
表示所有从辐射源发出的能量大于 的光子都对剂量有贡献. 而能量小于 的光子由于吸收等而无实际意义。
核技术与自动化工程学院 —葛良全—
典型同位素源的 δ 值 Cesium 3.3 Cobalt -57 0.9 Cobalt -60 13.2 Radium-226 8.25 Sadium-24 18.4
地-空界面上伽玛射线的来源
从空间分布角度
人工放射性 7.2%
宇宙射线 12.8% 电离成份 10.5%
大气核试验 核工业与核技 术应用 核医学诊断
中子 2.3%
陆地放射性 80.0% 铀系列核素
钍系列核素
钾-40 其它核素
核技术与自动化工程学院 —葛良全—
一些核辐射的特征:
14 7 4 1 N +2 He→18 O + 8 1H
1932年，发现中子（neutron)。 1934年，人工放射性核素合成成功。
核技术与自动化工程学院 —葛良全—
单位和定义 (unit and definition )
1. 放射性活度
放射性核素的衰变率
dN = λNdt dN = λN dt
1898年，施密特发现钍（Th）具有与铀矿石相同的特征。 1899年，卢瑟福（Rutherford）和欧文斯（Owens）发现 射气（emanation)现象。 1901年，Pierre 和Marie Curie发现镭（Ra）之后又发现了 钋（Po）。通过研究铀钍矿石的放射性，发现 Ra比铀钍具 有更强的放射性，于是从沥青中提炼出镭 1903年， Becquerel 和Marie Curie夫妇分别获得物理诺贝 尔奖。 1911年， Marie Curie 获得化学 Nobel Prize for isolatiing radium（ Pierre died in 1906）。 Marie Curie died in 1934 at the age of 67 years as a result of prolonged exposure to radioactivity Ra.
A X= δ 2 d
表示所有从辐射源发出的能量大于 的光子都对剂量有贡献. 而能量小于 的光子由于吸收等而无实际意义。
核技术与自动化工程学院 —葛良全—
典型同位素源的 δ 值 Cesium 3.3 Cobalt -57 0.9 Cobalt -60 13.2 Radium-226 8.25 Sadium-24 18.4
地-空界面上伽玛射线的来源
从空间分布角度
人工放射性 7.2%
宇宙射线 12.8% 电离成份 10.5%
大气核试验 核工业与核技 术应用 核医学诊断
中子 2.3%
陆地放射性 80.0% 铀系列核素
钍系列核素
钾-40 其它核素
核技术与自动化工程学院 —葛良全—
一些核辐射的特征:
14 7 4 1 N +2 He→18 O + 8 1H
1932年，发现中子（neutron)。 1934年，人工放射性核素合成成功。
核技术与自动化工程学院 —葛良全—
单位和定义 (unit and definition )
1. 放射性活度
放射性核素的衰变率
dN = λNdt dN = λN dt
1898年，施密特发现钍（Th）具有与铀矿石相同的特征。 1899年，卢瑟福（Rutherford）和欧文斯（Owens）发现 射气（emanation)现象。 1901年，Pierre 和Marie Curie发现镭（Ra）之后又发现了 钋（Po）。通过研究铀钍矿石的放射性，发现 Ra比铀钍具 有更强的放射性，于是从沥青中提炼出镭 1903年， Becquerel 和Marie Curie夫妇分别获得物理诺贝 尔奖。 1911年， Marie Curie 获得化学 Nobel Prize for isolatiing radium（ Pierre died in 1906）。 Marie Curie died in 1934 at the age of 67 years as a result of prolonged exposure to radioactivity Ra.
放射性检测知识培训
WR ：辐射权重因子； DT,R ：辐射R在器官或组织T内产生的平均吸收剂量。 对于χ、r射线 W＝1，H＝D
当量剂量，SI单位专名是希沃特（Sievert）符号为 Sv。
当量剂量率
单位时间内当量剂量的增量。 单位为Sv/s或Sv/h。
当量剂量率是表示所在位置接受到辐射量 强度的常用单位，也是口岸查验货物放射 性时最常用的量。
吸收剂量和当量剂量
吸收剂量
当量剂量
含义
吸收辐射能量的多少
吸收能量对人体带来的 危害大小
单位
Gy
Sv
量值不同
比值WR，对于光子和电子等WR＝1的辐射而言， 值是一样的。
使用范围
表示确定性效应危险 的合适剂量单位，
从防护角度来看，可避 免剂量的干预水平，
影响放射性效应的因素
ﻼ照射剂量：照射剂量越大，效应也越显著。但并不是线性 关系。
2020年3月6日
相关国家技术规范的强制性要求——标准
涉及放射性检验的国家标准例如：
——GB 6566-2001 建筑材料放射性核素限量 ——GB 20664-2006 有色金属矿产品的天然放射性 限值
涉及放射性检验的行业标准例如：
——SN 1327-2003 进出口花岗石现场放射性剂量检 测控制标准
主要途径： 吸入、摄入和伤口渗入。 α和β射线、体内蓄积时 间长的放射性核素危害 更大 。
内照射防护原则和措施
1.防止放射性物质进入体内
针对吸入、摄入和伤口渗入这三个途径
2.放射性物质进入体内，要采取措施加快 体内放射性物质的排出
内照射防护
个人防护用品： 工作服、工作鞋、手套、口罩、气衣、气盔 个人卫生措施： 正确使用个人防护用品、严格执行卫生制度、工作场
当量剂量，SI单位专名是希沃特（Sievert）符号为 Sv。
当量剂量率
单位时间内当量剂量的增量。 单位为Sv/s或Sv/h。
当量剂量率是表示所在位置接受到辐射量 强度的常用单位，也是口岸查验货物放射 性时最常用的量。
吸收剂量和当量剂量
吸收剂量
当量剂量
含义
吸收辐射能量的多少
吸收能量对人体带来的 危害大小
单位
Gy
Sv
量值不同
比值WR，对于光子和电子等WR＝1的辐射而言， 值是一样的。
使用范围
表示确定性效应危险 的合适剂量单位，
从防护角度来看，可避 免剂量的干预水平，
影响放射性效应的因素
ﻼ照射剂量：照射剂量越大，效应也越显著。但并不是线性 关系。
2020年3月6日
相关国家技术规范的强制性要求——标准
涉及放射性检验的国家标准例如：
——GB 6566-2001 建筑材料放射性核素限量 ——GB 20664-2006 有色金属矿产品的天然放射性 限值
涉及放射性检验的行业标准例如：
——SN 1327-2003 进出口花岗石现场放射性剂量检 测控制标准
主要途径： 吸入、摄入和伤口渗入。 α和β射线、体内蓄积时 间长的放射性核素危害 更大 。
内照射防护原则和措施
1.防止放射性物质进入体内
针对吸入、摄入和伤口渗入这三个途径
2.放射性物质进入体内，要采取措施加快 体内放射性物质的排出
内照射防护
个人防护用品： 工作服、工作鞋、手套、口罩、气衣、气盔 个人卫生措施： 正确使用个人防护用品、严格执行卫生制度、工作场
辐射探测学复习要点
辐射探测学复习要点辐射探测学复习要点第⼀章辐射与物质的相互作⽤（含中⼦探测⼀章）1.什么是射线？由各种放射性核素发射出的、具有特定能量的粒⼦或光⼦束流。
2.射线与物质作⽤的分类有哪些？重带电粒⼦、快电⼦、电磁辐射（γ射线与X射线）、中⼦与物质的相互作⽤3.电离损失、辐射损失、能量损失率、能量歧离、射程与射程歧离、阻⽌时间、反散射、正电⼦湮没、γ光⼦与物质的三种作⽤电离损失：对重带电粒⼦，辐射能量损失率相⽐⼩的多，因此重带电粒⼦的能量损失率就约等于其电离能量损失率。
辐射损失：快电⼦除电离损失外，辐射损失不可忽略；辐射损失率与带电粒⼦静⽌质量m 的平⽅成反⽐。
所以仅对电⼦才重点考虑辐射能量损失率：单位路径上，由于轫致辐射⽽损失的能量。
能量损失率：指单位路径上引起的能量损失，⼜称为⽐能损失或阻⽌本领。
按能量损失作⽤的不同，能量损失率可分为“电离能量损失率”和“辐射能量损失率”能量歧离(Energy Straggling)：单能粒⼦穿过⼀定厚度的物质后，将不再是单能的（对⼀组粒⼦⽽⾔），⽽发⽣了能量的离散。
电⼦的射程⽐路程⼩得多。
射程：带电粒⼦在物质中不断的损失能量，待能量耗尽就停留在物质中，它沿初始运动⽅向所⾏径的最⼤距离称作射程，R。
实际轨迹叫做路程P。
射程歧离(Range Straggling)：由于带电粒⼦与物质相互作⽤是⼀个随机过程，因⽽与能量歧离⼀样，单能粒⼦的射程也是涨落的，这叫做能量歧离。
能量的损失过程是随机的。
阻⽌时间：将带电粒⼦阻⽌在吸收体内所需要的时间可由射程与平均速度来估算。
与射程成正⽐，与平均速度成反⽐。
反散射：由于电⼦质量⼩，散射的⾓度可以很⼤，多次散射，最后偏离原来的运动⽅向，电⼦沿其⼊射⽅向发⽣⼤⾓度偏转，称为反散射。
正电⼦湮没放出光⼦的过程称为湮没辐射γ光⼦与物质的三种作⽤：光电效应（吸收）、康普顿效应（散射）、电⼦对效应（产⽣）电离损失、辐射损失：P1384.中⼦与物质的相互作⽤，中⼦探测的特点、基本⽅法和基本原理中⼦本⾝不带电，主要是与原⼦核发⽣作⽤，与γ射线⼀样，在物质中也不能直接引起电离，主要靠和原⼦核反应中产⽣的次级电离粒⼦⽽使物质电离。
第1讲 放射性测量
13
a.光阴极 光阴极是光电转换的关键部件。它是由蒸涂在PM管端窗内面一层光转 光阴极 换敏感材料（Sb-Cs化学物），光阴极吸收了光子的能量后， 材料中的电子获 得足够的能量可以逸出，这些电子又称光电子。 b.聚焦电极和次阴极 打拿极 聚焦电极的作用是使光阴极发射的光子在电场的 聚焦电极和次阴极(打拿极 聚焦电极和次阴极 打拿极) 作用下聚焦射到第一个打拿极上；打拿极起电子倍增作用，通常是用二次电 子发射率较高的合金如Sb-Cs制成，它的级数一般是8-12级，工作时各级间加 上顺序递增电压， 从光阴极打出的光电子，经电场加速和聚焦射到第一个打 拿极上时，每个光子能从该打拿极击出3-6个电子，这些电子再经电场加速和 聚焦，打到下级打拿极上， 平均再倍增3-6倍，如此连续多次，若有a个打拿 极，则光电倍增管总的倍增系数（放大倍数）M应是：Ｍ＝（ 光电倍增管总的倍增系数（ 应是：Ｍ＝（ ） 光电倍增管总的倍增系数 放大倍数） 应是：Ｍ＝（c*n）a（c为打 拿极的平均电子收集效率；n 为每一打拿极的平均倍增系数；a为打拿极数）。 倍增系数Ｍ除与光电倍管的结构和打拿的多少有关外，还随工作电压的增升 高而增加，如电压增加1％， 引起每个电极的二次电子数同时增加1％，有10 个打拿极时最后将增加10％， 为此在测量时保证工作电压的稳定是很重要的， 一般要求工作电压的波动范围在0.1-0.05％之间。 c 阳极 阳极是PM管的最后一个电极，它收集电子并使之流经负载电阻Ｒ，而形 成一个电压脉冲，阳极上收集的总电荷Ｑo 等于入射粒子在闪烁体中损耗的能 量Ｅ，即Ｑo与Ｅ成正比。所以闪烁计数器除用于测量射线的相对活度外， 还 可用于测量射线的活度。即可进行能谱分析。
16
1、放大器
(１) 前置放大器 主要任务是预放大和阻抗匹配， 前置放大一般与探测器同装在一个探头内，两 者的连线非常短，可以避免连线上的干扰，前 放输出的信号要经过一段较长的电缆才到达主 放大器，由于信号已经放大即使在传送过程中 受干扰感应，其感应信号的幅度与探测器信号 的幅度相比要小得多，易被甄别器剔除。 (２) 主放大器 主放大器的任务除把信号作适当 的放大外，还起脉冲成形作用，即改造脉冲的 波形。改造后的输出脉冲的幅度与输入脉冲幅 度保持固定的比例关系。常用的主放大器有线 性放大器和对数放大器等。
放射性测量-核医学与核药学教学、学习课件
γ射线的测量包括γ射线的能量测量 和计数测量（活度测量），核医学的测量 对象大多数都是已知核素，因此，一般都 是指γ射线的计数测量。
一.有关计数测量的几个基本概念
计数率 (cps) 或(cpm)
衰变率 dps或dpm
探测效率 cpm/dpm或cps/dps
二.γ射线测量的主要影响因素
1. 几何位置 2. 样品体积 3. 射线的能量 4. 仪器分辨时间 5. 仪器的本底 6. 其 他
§3 常用的核医学仪器
测量离体样品的仪器：γ放射免疫测定仪、固（液） 体闪烁计数器等。 放射防护及监测仪器：活度计、辐射剂量监测仪、 表面玷污仪、个人剂量仪及场所剂量监测仪等。
临床诊断用仪器：临床功能测定仪，核素显像仪等。
1.射线探测器（探头）
（1）闪烁体(scintillator)
无机晶体闪烁体 有机晶体闪烁体
（2）光导(light guide)
塑料闪烁体
（3）光电倍增管（photomultiplier，PMT）
（4）前置放大器(pre-amplifier)
（5）外周屏蔽
2、后续电子线路
（1）主放大器(main-amplifier) （2）脉冲幅度分析器(pulse hight analyzer,PHA)
以色列变角SPECT
核
仪
器
医用X线诊疗机
PET
HMD-I型60Co治疗机
HH6001型核多功能仪
核 仪
器
便携式甲状腺功能测定仪
FJ391A2 型放射性活度计
γ免疫计数器
射线探测器分类（探测原理） 气体电离探测器 闪烁探测器 半导体探测器
二、基本结构
射线探测器（探头） 后续的电子仪器
第1章 放射性测量基本知识
核辐射测量的统计误差和数据处理（4学时）；
主 要 参 考 教 材
• 核辐射测量方法
葛良全等编著 成都理工大学自编教材
• 原子核物理实验方法
复旦大学，清华大学，北京大学. 原子能出版社（1997年）
• 放射性测量勘探方法
章晔,华荣洲,石柏慎.原子能出版社，1995
• 核辐射场与放射性勘查
程业勋等编著 地质出版社（2005年）
（1）β衰变的原因 发生原因：母核的中子或质子过多
质子过多
+ + + + + + + + +
中微子
X荧光能谱
2500 2000 1500 1000 500 0 0 200 400 600 800 区域1 区域2 区域3 道址 1000
计数 I
原子的发射光谱
3000
原子核的能级：
激 发 态 基态
核能级示意图
中子和质子在原子核内不断 运动，运动状态不同，相应的能 量状态不同。原子核的不同能量 状态组成原子核的能级。 原子核的能级是不连续的， 即量子化的。
1911年，卢瑟福（Rutherford）用α射线轰击各种原子， 测到α射线发生偏折，从而确定了核结构，并提出了原子结 构的行星模型，从而奠定了原子结构和原子核结构的研究 基础。 此后不久，玻尔提出了原子的壳结构和电子在原子中的 运动规律，同时建立了描述微观世界的量子力学。 1919年，在卡文迪许实验室，实现了人工核蜕变核反应， 它是用α粒子轰击氦核能放出质子，反应式如下：
原子的核式模型：
1911年卢瑟福提出了核式模型：原子的 大部分体积是空的，电子按照一定轨道围绕着 一个带正电荷的很小的原子核运转。
放射性基础知识概述.pptx
H1
3 2
He1
C O 14
16
68 88
4).同量异位素（） 质量数A相同，质子数Z不同的核素。
40 18
Ar
K 40
19
95 40
Zr
95 41
Nb
5).同质异能素（）
质子数 Z 和中子数 N 均相同，而能态不同 的核素。
87 38
Sr
87 38
Sr
m
同质异能态：同质异能素所处的能态，是寿命比较长 的激发态。
两种核素，Z同，A、N不同。
60Co 60Com 两种核素，A、Z、N同，能态不同。
2).同位素（）和同位素丰度
1 1
H
2 1
H
3 1
H
氢的三种同位素；
U U 235
238
92
92
铀的二种同位素。
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。(即Z相同，N不同，在元素周期表中处于同 一个位置，具有基本相同化学性质。)
87 38
Sr
m
激发态半衰期为2.81hr。
图1-2 核素图（部分）
图1-3 稳定核素分布图
• 稳定核素几乎全落在一条光滑曲 线上或紧靠曲线的两侧，我们把 这条曲线称为β稳定曲线。
• 稳定曲线上方的核素为丰中子核 素，易发生β-衰变。位于稳定 曲线下方的核素为缺中子核素， 易发生β+衰变
原子核的结合能
• 在正常状态下，电子先充满较低的 能级 （P3）
• 受到内在或外来因素的作用时，处 在低能级的电子有可能被激发到较 高的能级上（称为激发过程）；或 电子被电离到原子的壳层之外（称 为电离过程）。
• 特征X射线。
放射性剂量防护探测基本知识ppt课件
48 . 6 m 111 m 111 Cd Cd 48 48
(1.7)
γ 跃迁不会导致核素质量数和原子序数的变化，只是原子核 内部能量状态的改变。
1.6 放射性核素的衰变规律 1.指数衰减规律 放射性原子核的数量由于衰变而按指数规律减少，即某种原子 核在时刻t的数量与起始时刻(t=0)数量之间存在着指数衰减的关 系。在数学上可以表示为 dN Ndt (1.8)
第一章 放射性基本知识 1.1 电离辐射来源
1.1.1 天然放射性 宇宙射线 宇生放射性核素 3H, 14C, 7Be，22Na 等 陆生放射性核素 3个放射系 长寿命核素 40K 等 1.1.2 人工放射性核素 137Cs, 90Sr, 131I，60Co 等 1.1.3 射线装置 X 射线机，加速器，中子发生器 等 ( X 射线的产生机理：轫致辐射 特征X 射线 )
1.5 原子核衰变的种类
放射性原子核的衰变主要有三种类型，它们分别叫做α 衰 变、β 衰变和γ 跃迁。
1.α衰变：原子核自发地放射出 α粒子而发生的转变，叫做α
衰变。其衰变式如下：
A A 4 X Y Z Z 2
（1.3）
其中，X为母核，Y为子核，A为质量数，Z为原子序数。
2. β衰变 原子核的β衰变有三种形式。它们是β - 衰变, β 俘获。其表达式分别为： A A (1.4) X Y
1 2
3. 长期平衡 1 2 ,且在观察的 当母体的半衰期比子体的长得多,即 时间内，看不出母体放射性活度的变化，则在足够长 的时间后，子体的放射性活度保持不变，等于母体的 活度。这就叫长期平衡。
1.7 天然放射性核素的三个放射系
自然界存在三个天然放射系。它们的母体半衰期都很长，经 过至少10次连续衰变，最后成为稳定的铅同位素。它们是: 1. 钍系：该系从 232Th开始，经过10次连续衰变，最后变成 稳定的 208Pb 。这个系的成员，其质量数都是 4 的整数倍， 即A=4n。母体232Th的半衰期为1.405×1010 a。 2. 铀系：该系从238U开始，经过14次连续衰变，最后变成稳 定核素206Pb。 这个系的成员的质量数都是4的整数倍加2， 即A=4n+2，母体238U的半衰期为4.468×109 a。 3. 锕系：该系从235U开始，经过11次连续衰变，最后变成稳 定核素 207Pb 。由于 235U 俗称锕铀，因而叫作锕系。该系成 员的质量数都是4的整数倍加3，即A=4n+3。母体235U的半 衰期为7.038×108a。 可以想象，自然界中还应该存在A=4n+1系。它起源于237Np， 称为镎系。由于237Np的半衰期只有2.14×106 a，比地球年 龄小得多，在漫长的地质年代中已经衰变完了，所以至今 已不复存在。
(1.7)
γ 跃迁不会导致核素质量数和原子序数的变化，只是原子核 内部能量状态的改变。
1.6 放射性核素的衰变规律 1.指数衰减规律 放射性原子核的数量由于衰变而按指数规律减少，即某种原子 核在时刻t的数量与起始时刻(t=0)数量之间存在着指数衰减的关 系。在数学上可以表示为 dN Ndt (1.8)
第一章 放射性基本知识 1.1 电离辐射来源
1.1.1 天然放射性 宇宙射线 宇生放射性核素 3H, 14C, 7Be，22Na 等 陆生放射性核素 3个放射系 长寿命核素 40K 等 1.1.2 人工放射性核素 137Cs, 90Sr, 131I，60Co 等 1.1.3 射线装置 X 射线机，加速器，中子发生器 等 ( X 射线的产生机理：轫致辐射 特征X 射线 )
1.5 原子核衰变的种类
放射性原子核的衰变主要有三种类型，它们分别叫做α 衰 变、β 衰变和γ 跃迁。
1.α衰变：原子核自发地放射出 α粒子而发生的转变，叫做α
衰变。其衰变式如下：
A A 4 X Y Z Z 2
（1.3）
其中，X为母核，Y为子核，A为质量数，Z为原子序数。
2. β衰变 原子核的β衰变有三种形式。它们是β - 衰变, β 俘获。其表达式分别为： A A (1.4) X Y
1 2
3. 长期平衡 1 2 ,且在观察的 当母体的半衰期比子体的长得多,即 时间内，看不出母体放射性活度的变化，则在足够长 的时间后，子体的放射性活度保持不变，等于母体的 活度。这就叫长期平衡。
1.7 天然放射性核素的三个放射系
自然界存在三个天然放射系。它们的母体半衰期都很长，经 过至少10次连续衰变，最后成为稳定的铅同位素。它们是: 1. 钍系：该系从 232Th开始，经过10次连续衰变，最后变成 稳定的 208Pb 。这个系的成员，其质量数都是 4 的整数倍， 即A=4n。母体232Th的半衰期为1.405×1010 a。 2. 铀系：该系从238U开始，经过14次连续衰变，最后变成稳 定核素206Pb。 这个系的成员的质量数都是4的整数倍加2， 即A=4n+2，母体238U的半衰期为4.468×109 a。 3. 锕系：该系从235U开始，经过11次连续衰变，最后变成稳 定核素 207Pb 。由于 235U 俗称锕铀，因而叫作锕系。该系成 员的质量数都是4的整数倍加3，即A=4n+3。母体235U的半 衰期为7.038×108a。 可以想象，自然界中还应该存在A=4n+1系。它起源于237Np， 称为镎系。由于237Np的半衰期只有2.14×106 a，比地球年 龄小得多，在漫长的地质年代中已经衰变完了，所以至今 已不复存在。
放射性基础知识
放射性基础知识第一章放射源§1-1 物质、原子和同位素自然界中存在的各种各样的物体，大的如宇宙中的星球，小的如肌体的细胞。
都是由各种不同的物质组成的。
物质又是由无数的小颗粒所组成的。
这种小颗粒叫做“原子”由几个原子还可以组成较复杂的粒子叫分子。
如水，就是由二个氢原子和一个氧原子化合成一个水分子。
无穷多的水分子聚在一起。
就是宏观的水。
原子虽然很小，它仍有着复杂的结构。
原子由原子核和一定数量的电子组成。
原子核在中心，带正电。
电子绕着原子核在特定的轨道上运动，带负电。
整个原子的正负电荷相等，是中性的。
原子核内部的情况又是怎样的呢？简单地讲，原子核是由一定数量的质子和中子组成。
中子数比质子数稍多一些。
两者数目具有一定的比例。
一个原子所包含的质子数目与中子数目之和，称为该原子的质量数。
它也就是原子核的质量数。
简单归纳一下：质子（带正电，数目与电子相等）原子核原子中子（不带电，数目=质量数-原子序数）电子(质量小，带负电，数目与质子相等，称为原子序数) 原子的化学性质仅仅取决于核外电子数目，也就是仅仅取决于它的原子序数。
我们把原子序数相同的原子称作元素。
有些原子，尽管它们的原子序数相同，可是中子数目不相同，这些原子的化学性质完全相同。
而原子核有着不同的特性。
例如：11H、21H、31H，它们就是元素氢的三种同位素。
又如：59Co和60Co是元素钴的两种同位素。
235U和238U是元素铀的两种同位素自然界中已发现107种元素，而同位素有4千余种。
原子核里的中子比质子稍多，确切地说，质子数与中子数应有一个合适的比例（如轻核约为1：1，重核约为1：15）。
只有这样的原子核才是稳定的，这种同位素就叫做稳定同位素。
如果质子的数目过多或过少，也即中子数目过少或过多。
原子核往往是不稳定的，它能够自发地发生变化，同时放出射线和能量。
这种原子核就叫做放射性原子核。
它组成的原子就叫做放射性同位素，如59Co是稳定同位素，60Co是放射性同位素。
放射性检测
一、放射性的度量单位1、照射量X（库仑每千克/伦琴R）表示Χ或γ射线在空气中产生电离大小的物理量（X=dQ/dm）dQ是指质量为dm的体积单元的空气中，光子释放的所有电子（负电子和正电子）在空气中全部被阻时，形成的同一种符号（正或负）的离子的总电荷的绝对值。
单位： (C. kg-1) 库伦/千克,旧单位是伦琴(R),1 R=2.58×10-4 C.kg-1照射量率：指单位时间内的照射量。
2、吸收剂量D（戈瑞Gy/拉德rad）吸收剂量是单位质量的物质对辐射能的吸收量（D=dε/dm）dε与dm分别代表受电离辐射作用的某一体积元中物质的平均能量与物质的质量.单位：Gy（戈瑞），1 Gy=1 J.kg-1。
吸收剂量适用于任何电离辐射和任何物质，是衡量电离辐射与物质相互作用的一种重要的物理量。
吸收剂量率：单位时间内的吸收剂量，单位 Gy.s-1。
3、剂量当量H（希沃特SV /雷姆rem）在人体组织中某一点处的剂量当量H等于吸收剂量与其他修正因数的乘积（H=DQN）Q为品质因子，亦称为线质系数，不同电离辐射的Q值列于表8-1；N为其它修正系数，是吸收剂量在时间或空间上分布不均匀性修正因子的乘积，对外照射源通常取N=1。
单位：SV（希沃特），1 SV=1 J.kg-1表8-1 品质因数与照射类型、射线种类的关系二、环境中放射性的来源(一)天然源1、宇宙射线初级宇宙线—高能辐射，穿透力很强;次级宇宙线—比初级弱；放射性核素－20余种。
2、天然放射性核素—与地球共生3、天然放射本源—半衰期极长，强度弱（二）人工源1、核试验及航天事故－核裂变产物和中子活化产物放射性尘埃可在大气层滞留0.3—3年2、核工业：核废弃物（核发电）3、工农业、医学和科研等部门（医学占人工污染源的90％）4、放射性矿的开采和利用三、放射性污染的特点放射性污染虽然是由于具有放射性核素的化学物质而造成的，但是放射性污染与一般的化学毒害物质污染有显著区别。
核医学 放射性测量
缺点： 1、淬灭重时，谱左移重，B道可能 无计数，所以曲线范围仍不够宽。 CpmB—BGB 道比值R=----------------CpmA—BGA 2、道比值只反应相对淬灭程度，不 同的仪器道比值不能比较。
3、壁效应：闪烁注渗入杯壁中→塑 料闪烁体→当外r照射时可能产生低能光 子。
# H
数
法
4）符合电路：两个甄别器同时有信 号时可通过。 5）定标器：记录电脉冲累加。
一、探测仪器
分类：1、气体电离探测器（电离作用） 2、半导体探测器 3、闪烁探测器（荧光）： 固体闪烁探测器 液体闪烁探测器 1、气体：电离电流、复合区、饱和区、电 离室区、正比区、有限正比区、G—M区、 盖革区、连续放电区 Va Vb Vc Vd Ve V
2、半导体探测器原理
利用PN结在外加反向偏 压时不导电性能。当有射线 进入PN结区时，半导体被电 离产生电子载流子和空穴载 流子，它们在外加反向偏压 的电场作用下发生定向移动 形成电离电流、经输出电路 形成电脉冲。
优点
1）适于带电或不带电粒子，分辨 力是最高的 2）结构简单、坚固耐用、受外界 影响小 3）可制成、空间分辨力高 4）分辨时间短，可快速测量
5、与烁液及样品无关，共享一条淬灭曲线。
缺
点
1、微机扫描康谱顿边缘拐点采用狭 道监测，计数率低，解决这一矛盾 就是用高活度的r源。 2、H# 的精度受到Compton边缘定位 精度的限制，误差大。 3、必须配合微机及专用软件，需配 备千道以上的PHA。
样品谱淬灭指示参数（SI）
SCR：样品道比 SIS（样品谱指数）：整个样品谱指数积分。 SQP（I）同位素谱淬灭参数，找谱分布之重心，加 权平均脉冲幅度。 外标准谱淬灭指标参数（SIE）
放射性测量
9
第二节
液体闪烁测量
目的与要求：掌握液闪测量技术的基本 原理主要特点及样品测量方式。了解闪烁 液的组成，第一闪烁剂、第二闪烁剂，及 样品淬灭校正方法。 内容： 一、掌握液体闪烁测量技术的主要特点： 二、掌握液体闪烁测量基本原理 (一)液体闪烁过程 (二)淬灭效应 三、介绍闪烁液
10
(一)溶剂 1、烷基苯类溶剂甲苯和二甲苯应用最为广 泛，因它们具有较高能量传递效率，价 廉易得。 2、一般溶剂(醚类溶剂)醚类溶剂能量传递 效率比烷基苯类差。 (二)闪烁剂 闪烁剂的基本作用是从受激 溶剂分子中吸收能量，在退激时发射特 征光谱的光子。
四、样品测量方式与制备
生物学和医学等实验样品成份复杂，性质各异， 仅有一部分样品可不经预处理，直接溶于闪烁液中 进行测量，而大部分需预处理后方可测量。
(一)测量方式 1、均相方式注意：
(1)若样品中含有色杂质，最好不用吸附法脱色。 (2)要注意样品在杯壁上吸附，表现在计数率随时间延 长而逐渐下降，低能核素尤为明显。
2
2、介绍本底的定义及来源 本底的来源主要有： （1）宇宙射线是来自外层空间的高能粒子流； （2）环境中的天然放射性，包括宇生放射核素 和原生放射核素所发射的射线； （3）在高电压条件下工作的电器原件发射的热 电子和探测仪器元件中的天然放射性； （4）探测仪器和使用器具的放射性污染； （5）测量场所附近的强放射源。 3、介绍能量分辨率
15
第三节 放射性计数测量的统计学 处理
目的与要求：掌握放射性衰变的统计涨 落，放射计数测量统计误差的计算及控制 统计误差的方法。了解如何进行可疑值取 舍。
16
一、掌握放射性衰变的统计涨落 二、放射计数测量的统计误差
掌握相对误差的放射性统计误差与其测定值 百分数。总计数越大，相对误差就越小，对某 一特定样品，测量时间越长，相对误差越小
第二节
液体闪烁测量
目的与要求：掌握液闪测量技术的基本 原理主要特点及样品测量方式。了解闪烁 液的组成，第一闪烁剂、第二闪烁剂，及 样品淬灭校正方法。 内容： 一、掌握液体闪烁测量技术的主要特点： 二、掌握液体闪烁测量基本原理 (一)液体闪烁过程 (二)淬灭效应 三、介绍闪烁液
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(一)溶剂 1、烷基苯类溶剂甲苯和二甲苯应用最为广 泛，因它们具有较高能量传递效率，价 廉易得。 2、一般溶剂(醚类溶剂)醚类溶剂能量传递 效率比烷基苯类差。 (二)闪烁剂 闪烁剂的基本作用是从受激 溶剂分子中吸收能量，在退激时发射特 征光谱的光子。
四、样品测量方式与制备
生物学和医学等实验样品成份复杂，性质各异， 仅有一部分样品可不经预处理，直接溶于闪烁液中 进行测量，而大部分需预处理后方可测量。
(一)测量方式 1、均相方式注意：
(1)若样品中含有色杂质，最好不用吸附法脱色。 (2)要注意样品在杯壁上吸附，表现在计数率随时间延 长而逐渐下降，低能核素尤为明显。
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2、介绍本底的定义及来源 本底的来源主要有： （1）宇宙射线是来自外层空间的高能粒子流； （2）环境中的天然放射性，包括宇生放射核素 和原生放射核素所发射的射线； （3）在高电压条件下工作的电器原件发射的热 电子和探测仪器元件中的天然放射性； （4）探测仪器和使用器具的放射性污染； （5）测量场所附近的强放射源。 3、介绍能量分辨率
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第三节 放射性计数测量的统计学 处理
目的与要求：掌握放射性衰变的统计涨 落，放射计数测量统计误差的计算及控制 统计误差的方法。了解如何进行可疑值取 舍。
16
一、掌握放射性衰变的统计涨落 二、放射计数测量的统计误差
掌握相对误差的放射性统计误差与其测定值 百分数。总计数越大，相对误差就越小，对某 一特定样品，测量时间越长，相对误差越小
放射性基础知识概述
放射性基础知识概述
2021/7/14
原子核的表示
原子核由中子和质子组成，中子不带电，
质核子子带数单位正电荷。中子和质元子素质符量相号当，分
别约等于一个原子质量单位。核中中子和质子
A 统称为核子，数目以A表示，A称为核子数或
质量数，核中质子数记为Z，中子数记为N。
X 常用如下形式表示一个原子核：
Z N 质子数
表示方法:238U、238、铀-238
某元素中各同位素天然含量的原子数百分 比称为同位素丰度。
1 1HΒιβλιοθήκη 2 1H99.985%、0.015%
16O 17O 18O 99.756%、0.039%、0.205%
3).同中子异荷素（）
中子数N相同，质子数Z不同的核素。 也称为同中子素或同中异位素。
2 1
X 原子序数 A ZN
实际上核素符号X和质子数Z具有唯一、确定的关 系 ，所以用符号X足以表示一个特定的核素。
1原子结构模型
1）汤姆逊模型 1903年，汤姆逊提出模型：原子是一个半径 大约为10-10米的球体，正电荷均匀地分布于 整个球体，电子则稀疏地嵌在球体中。 同年，长冈半太郎认为正负电子不可能相互 渗透，提出了电子均匀地分布在一个环上，环 中心是一个具有大质量的带正电的球，被他称 为“土星型模型”结构。
跃迁的基本特点：
跃迁包括跃迁和内转换电子两种形式。
跃迁发射粒子能量在几～十几
跃迁半衰期范围为，10-16s～10-4s
跃迁(发射光子的过程）
光子的性质：
静止质量 能量（动质量） 动量 自旋（玻色子）
0
E h
h h
P
c
s1
六、原子核的衰变规律
• （P13）在无外界影响下，原子核自发地 发生转变的现象称为原子核的衰变，又 叫放射性衰变。
2021/7/14
原子核的表示
原子核由中子和质子组成，中子不带电，
质核子子带数单位正电荷。中子和质元子素质符量相号当，分
别约等于一个原子质量单位。核中中子和质子
A 统称为核子，数目以A表示，A称为核子数或
质量数，核中质子数记为Z，中子数记为N。
X 常用如下形式表示一个原子核：
Z N 质子数
表示方法:238U、238、铀-238
某元素中各同位素天然含量的原子数百分 比称为同位素丰度。
1 1HΒιβλιοθήκη 2 1H99.985%、0.015%
16O 17O 18O 99.756%、0.039%、0.205%
3).同中子异荷素（）
中子数N相同，质子数Z不同的核素。 也称为同中子素或同中异位素。
2 1
X 原子序数 A ZN
实际上核素符号X和质子数Z具有唯一、确定的关 系 ，所以用符号X足以表示一个特定的核素。
1原子结构模型
1）汤姆逊模型 1903年，汤姆逊提出模型：原子是一个半径 大约为10-10米的球体，正电荷均匀地分布于 整个球体，电子则稀疏地嵌在球体中。 同年，长冈半太郎认为正负电子不可能相互 渗透，提出了电子均匀地分布在一个环上，环 中心是一个具有大质量的带正电的球，被他称 为“土星型模型”结构。
跃迁的基本特点：
跃迁包括跃迁和内转换电子两种形式。
跃迁发射粒子能量在几～十几
跃迁半衰期范围为，10-16s～10-4s
跃迁(发射光子的过程）
光子的性质：
静止质量 能量（动质量） 动量 自旋（玻色子）
0
E h
h h
P
c
s1
六、原子核的衰变规律
• （P13）在无外界影响下，原子核自发地 发生转变的现象称为原子核的衰变，又 叫放射性衰变。
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1/1840
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1.008982 1.007593 2.014187 3.01645 4.002777 0.000549
0.000549
0.115 0.152 0 0
核辐射的分类：
电子 带电粒子辐射
重带电粒子
非带电辐射
γ ray 电磁波（辐射）
4 2
He(
)174N
187O11H
(
p)
或 14N (, p)17O
214Po α 7.68 MeV
1919年，卢瑟福
1932年，发现中子（neutron)。
1934年，人工放射性核素合成成功。
Байду номын сангаас 产生机理：
地-空界面上伽玛射线的来源
从空间分布角度
宇宙射线 12.8% 电离成份 10.5% 中子 2.3%
成都理工大学核自院 主讲教师: 杨 佳
《辐射探测技术基础》课程讲授的 主要内容
本课程的理论学时24学时，主要讲授内容包括： 放射性测量的基本知识（4学时）；
射线与物质相互作用（4学时）；
核辐射测量单位及核辐射防护（3学时）；
带电粒子测量方法（6学时）； γ射线测量方法（3学时）； 核辐射测量的统计误差和数据处理（4学时）；
核式模型以经典电磁学为理论基础，主要内容有：
①原子的大部分体积是空的； ②在原子的中心有一个很小的原子核； ③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原 子核内部。带负电的电子在核空间进行绕核运动。
玻尔原子结构模型：
1913年，玻尔在行星模型的基础上提出 了核外电子分层排布的原子结构模型，即电 子不是随意占据在原子核的周围，而是在固 定的层面上运动，当电子从一个层面跃迁到 另一个层面时，原子便吸收或释放能量。
首先发现放射性：1896年，贝可勒尔(Becquerel)发现 铀矿石使胶卷暴光，称之为radiation actives。
1898年，施密特发现钍（Th）具有与铀矿石相同的特征。
1899年，卢瑟福（Rutherford）和欧文斯（Owens）发现 射气（emanation）现象。
1901年，Pierre 和Marie Curie发现镭（Ra）之后又发 现了钋（Po）。通过研究铀钍矿石的放射性，发现Ra比铀、 钍具有更强的放射性，于是从沥青中提炼出镭。
放射性(radioactivity)这一名词首次被利用是Marie Curie。 在1898，她首先用来描述能发出电离辐射(ionizing radiation) 的物质的外部特征，进一步证明了电离辐射与电磁辐射的差别。
放射性的最早研究者：伦琴（Roentgen)；1895年，伦 琴用阴极射线（电子束）在放电管壁上的作用产生x射线（x –ray）。
陆地放射性 80.0% 铀系列核素 钍系列核素 钾-40 其它核素
人工放射性 7.2% 大气核试验
核工业与核技 术应用
核医学诊断
一些核辐射的特征:
Type of particle symbol
neutron Proton Deuteron Triton Alpha particle positron
平时成绩（出勤率、课堂回答问题、课堂 测试等） — 占30%；
注：课堂点名3次不到者取消期末考试资格
期末考试成绩—占70%。
核科学的发展历程（放射性的历史）
自从1896年贝克勒尔发现天然放射性以来，核科 学已经走过了百余年的历史。
核科学的诞生及其发展不仅对自然科学本身起 到了巨大的推动作用，而且对人类社会也产生了巨 大的影响。
n p d t α β+ e+
Electrons or beta particle
µ meson meson Gamma ray neutrino Fission fragment
β- e-
µ γ v
Charge (relative)
0 1 1 1 2 1
Approximate rest mass 1 1 2 3 4 1/1840
1903年， Becquerel 和Marie Curie夫妇分别获得物理 诺贝尔奖。
1911年， Marie Curie 获得化学 Nobel Prize for isolating radium（ Pierre died in 1906）。
Marie Curie died in 1934 at the age of 67 years as a result of prolonged exposure to radioactivity Ra.
x ray
中子
第一章 放射性测量的基本知识
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6
原子和原子核 核衰变 放射性系列 天然放射性核素的射线谱 放射性核素衰变的基本规律 中子辐射
第一节 原子和原子核
一、原子的概念
原子结构模型发展
原子的葡萄干蛋糕模型：
汤姆逊在发现电子的基础上提出了原子的 葡萄干蛋糕模型，是第一个存在着亚原子结构 的原子模型，汤姆逊认为：
主要参考教材
• 核辐射测量方法
葛良全等编著 成都理工大学自编教材
• 原子核物理实验方法
复旦大学，清华大学，北京大学. 原子能出版社（1997年）
• 放射性测量勘探方法
章晔,华荣洲,石柏慎.原子能出版社，1995
• 核辐射场与放射性勘查
程业勋等编著
地质出版社（2005年）
课程的成绩评定
本课程的成绩评定按照：
①电子是平均的分布在整个原子上的，就 如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，它 们的负电荷与那些正电荷相互抵消；
②在受到激发时，电子会离开原子，产生 阴极射线。
卢瑟福完成的α粒子轰击金箔实验（散射实验），否认了葡萄 干面包式模型的正确性。
原子的核式模型：
1911年卢瑟福提出了核式模型：原子的 大部分体积是空的，电子按照一定轨道围绕着 一个带正电荷的很小的原子核运转。
1911年，卢瑟福（Rutherford）用α射线轰击各种原子， 测到α射线发生偏折，从而确定了核结构，并提出了原子结 构的行星模型，从而奠定了原子结构和原子核结构的研究 基础。
此后不久，玻尔提出了原子的壳结构和电子在原子中的 运动规律，同时建立了描述微观世界的量子力学。
1919年，在卡文迪许实验室，实现了人工核蜕变核反应， 它是用α粒子轰击氦核能放出质子，反应式如下：