核技术-1概论.

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1、Introduction to Nuclear Technology and its Application （核技术应用概论） 核技术是现代科学技术的重要组成 部分，是当今世界重要的高科技领域之 一，许多发达国家都把核技术视为科技 制高点，并进行大力开发应用。时至今 日，核技术已越来越多地进入人类的生 活，解决或正在解决人类面临的一些难 题，成为影响当今人类生存发展的重要 因素之一。 核能已成为人类所需能源的重要来源之 一；核医学诊断和治疗传统医学难以诊治的 疾病；核辐射加工制造出了许多高质量的产 品；核技术帮助航空公司侦破恐怖炸弹，帮 助人们制造新的材料、新的器件等，这一切 都在改善着人类

2、的工作条件和生存质量，人 类现在以及未来的生存发展都需要核科学技 术。正因为如此，在科学技术高度发达的社 会里，了解和掌握核科学技术的基本知识已 成为我们学习、工作和生活的必需。 比如： q 核技术的发展历程 q 核技术的内涵、基本概念和术语 q 核技术应用及发展 核科学技术，简称核技术。以1896年贝克 勒尔发现铀的天然放射性为标志，至今已 经历110多年。 核技术是现代科学的重要组成部分，20世 纪人类文明史上的一个重要里程碑。广泛 应用于国防、科研、工农业生产、医学等 领域，被纳入世界高科技角逐的竞技场。 核技术一般分为：核武器技术、核动力技 术、同位素与辐射技术（非动力核技术） 1.1

3、 核技术的发展历程 1896年，贝克勒尔发现放射性。 1898年，居里夫妇发现放射性元素钋和镭，大 大促进了放射性的研究。 贝克勒尔与居里夫妇因发现放射性荣获 1903年诺贝尔物理学奖。 1898年，卢瑟福揭示铀辐射组成复杂，把“软 ”的成分称为射线，“硬”的成分称为射 线。 1900年，维拉德发现镭射线中除、外，还 有射线。 1931年，劳伦斯等人建成第一台回旋加速器。 1932年，考克拉夫特和瓦尔顿发明高压倍加器 ，用以加速质子，实现人工核反应。 贝克勒尔与居里夫妇 1932年，查德威克发现中子。中子成为 科学家进行科学研究的重要工具。 1934年，约里奥-居里夫妇发现人工放射 性。210

4、Po的轰击铝箔（27Al），用化学 方法分离出30P（不稳定），通过EC衰变 为30Si。 1938年，德国物理学家贝特和德国天文 学家魏茨泽克各自独立发现核聚变反应 。 1939年，奥地利物理学家迈特纳和她侄 子弗里施等人一起发现铀核裂变现象。 1942年，在费米主持下美国建成世界上 第一座裂变反应堆。 1945年7月16日，美国试验爆炸了第一颗 原子弹“大男孩”，爆炸当量相当于2万 吨TNT。 1952年11月1日，美国在太平洋的一个珊 瑚岛上（马绍尔群岛）爆炸了世界上第 一颗氢弹。 1954年1月21日，美国第一艘核动力潜艇 “鹦鹉螺”号下水。 1954年，前苏联建成世界上第一个核电站。

5、电 功率5000kW。 1957年，美国瑞侃（Raychem）公司首次用加速 器辐照生产热缩材料，开创了辐射化工产业的 历史。美国凡士通（Firestone）用加速器辐照 硫化技术生产汽车轮胎。 1972年，X射线计算机断层扫描装置（CT）面世 。 1974年，第一台PET（ Positron Emission Tomography正电子发射计算机断层显像 )问世。 1976年，John Keyes研制出第一台多用 途SPECT。 1981年，J.P.Mach发表第一个肿瘤显像 的单株抗体放射性药物。 1991年，Cytogen公司推出第一个经FDA 同意的肿瘤显像的单株抗体放射性药物 。 总

6、之，随着人工放射性的发现、核聚 变、核裂变现象的发现，以及加速器和 反应堆的成功建成运转，为核技术的诞 生奠定了坚实的科学基础。 1.2 核技术的内涵、基本概念和术语 核技术的内涵： 核技术是以核物理、辐射物理、放射化 学、辐射化学和核辐射与物质相互作用 为基础，以加速器、反应堆、核辐射探 测器和核电子学为支撑技术而发展起来 的综合性现代技术学科。 从技术应用角度可分为： 射线技术 同位素技术 支撑技术 基本术语、定义 1、元素、核素和同位素 元素 具有相同质子数的一类原子统称。 核素 具有确定质子数和中子数的原子核。 分稳定核素和放射性核素两类。放射性核素包括天然及宇 生放射性核素和人工放射

7、性核素。T1/2100d（长寿命放射 性核素）， T1/2=100d（短寿命放射性核素） 同位素 原子序数相同，质量数不同的一类核素。 名称质子数中子数质量数举例 同位素相同不同不同 1H 2H 3H 同中子素不同相同不同 2H 3He 同量素不同不同相同 3H 3He 基本术语、定义 2、射线与辐射 辐射 物质发出射线的现象称为辐射。 电离辐射 电磁辐射、带电粒子辐射、非带电粒子辐射 非电离辐射 如红外线、微波等 可见光、红外线、紫外线等是由外层电子跃迁引起的； X射线是由内层电子跃迁引起的； 射线是由原子核跃迁引起的。 基本术语、定义 3、基本量与概念 放射性活度 A=N/t ，单位Bq=

8、1次衰变/s。 1Ci=3.71010Bq “核衰变数并不总是同发射的粒子数相符合” 比活度 单位质量的某种放射性物质的放射性活度。 最大比活度 无载体情况下的放射性比活度。 吸收剂量 物理点上单位物质吸收的能量。 1J/kg=1Gy=100rad 电离辐射吸收剂量 在所关心的位置上由致电 离辐射授予单位质量物质的能量。 吸收剂量率 基本术语、定义 剂量当量 组织中某一点处的吸收剂量与该点处的辐射 品质因数的乘积。表示1kg人体或生物组织吸收1J辐射 所发生的生物效应。 单位：Sv（希沃特），1Sv=1J/kg=100rem（雷姆） 当量剂量 辐射在组织或器官中产生的平均吸收剂量与 该处的辐射

9、权重因子的乘积。单位：Sv 核跃迁 核系统从一种量子能态转变为另一种量子能态 的过程。 切伦科夫辐射 当带电粒子在介质中以大于光在该介质 中的速度运动时所发射的电磁辐射，也称“蓝光辐射” 。 多普勒效应 由辐射源相对于观察者运动而引起的观察 到辐射波长改变。 基本术语、定义 4、核衰变与核反应 （1）核衰变 也称放射性衰变。某些原子核通过放出射线 转变成另一种核素或另一能态的核素。主要包括衰变 、衰变、衰变 衰变 原子核自发放出粒子 衰变 原子核自发放出粒子。包括：+、-、EC 。天然放射性核素的衰变主要是-。 衰变 原子核自发放出光子过程，原子核的质量数 和电荷数不变，只是能量发生变化。 内

10、转换 将原子核的激发能转换成壳层电子的激发能进 行退激，是与衰变相竞争的一种核跃迁过程。 俄歇效应 处于激发态的原子，外壳层电子填充内壳层 空穴时发射轨道电子而不是发射X射线的退激过程。 基本术语、定义 穆斯堡尔效应 辐射的无反冲发射和无反冲共振吸收 。 核衰变规律 指数衰变规律 衰变能 给定的核衰变所释放的能量 衰变纲图 详细标明能级、辐射类型和半衰期等核数据 的放射性核素衰变图式。 半衰期 在单一的放射性 衰变过程中，放射性活度 降至其原有值一半时所需 时间。 放射性平衡 在一个衰变 链中，只有前驱核素的半 衰期比该衰变链中任何一 代子体的半衰期长时，才 可能达到放射性平衡。长 期平衡、暂

11、时平衡 基本术语、定义 4、核衰变与核反应 （2）核反应 原子核与原子核，或原子核与粒子相互作用 导致原子核发生变化的现象。 链式反应 产物之一能引起同类作用 核聚变反应 轻原子核结合成一个较重原子核 核裂变 重原子核分裂成两个（少数情况下三个或更多 个）质量在同一数量级的碎片现象。通常伴随n和发 射，少数发射轻带电粒子。 散裂 能量足够高的粒子与原子核发生反应，反应产物 碎裂成较多碎片的过程。 阈能 引起某种核反应所需入射粒子的最小动能（实验 室系）。 基本术语、定义 截面 入射粒子与单位面积上一个靶核发生作用的概率 。 1barn=10-28m2=10-24cm2 裂变能 原子核裂变时释放

12、的能量 裂变碎片 裂变过程中产生的具有一定动能的各种核素 。 裂变产额 裂变过程中，产生某一给定种类裂变产物的 份额。 核能 核反应（尤指裂变或聚变）或核跃迁时释放的能 量。 基本术语、定义 5、射线与物质作用 主要是、n与物质相互作用 （1）射线与物质相互作用 核衰变发射的粒子能量一般在4-9MeV。 电离 与原子周围的壳层电子发生库仑作用，电子脱离原子束缚成 为自由电子。 是粒子损失能量的主要方式。初级电离、次级电 离。比电离：射线在单位路程上产生的离子对数目，也称电离密 度。 激发 壳层电子未脱离原子束缚，从低能级跃迁到高能级，原子处 于激发态。 粒子和物质作用发生激发效应的概率低于电离

13、效应 。 散射 受原子核及核外电子的库仑场和核力场的相互作用，粒子 运动方向改变。粒子通过物质时的散射以弹性散射为主，但远 小于电离和激发效应发生的概率。 核反应 粒子引起核反应的概率相当小。与Be、B、F、Li、Na等 元素发生（，n）反应产生中子，是目前制备同位素中子源的主 要方法。 基本术语、定义 （2）射线与物质相互作用 核衰变发射的粒子能量一般在4MeV以下。 电离 能量相同的粒子比粒子的比电离小很多。 激发 散射 容易被散射，多次散射后散射角会出现反散射。 次级辐射 轫致辐射、特征X射线、可见光、紫外光，总 称荧光。粒子与高原子序数物质作用时，产生轫致辐 射的概率较大。 基本术语、

14、定义 （3）射线与物质相互作用 射线是高能电磁波，产生于原子核的退激过程。 不同于带电粒子与物质的相互作用： 不能直接引起物质原子电离或激发，而是先把能量传递 给带电粒子； 与物质的一次相互作用可以损失其能量的大部分或全部 ，而带电粒子则是通过许多次相互作用逐渐损失其能量 ； 入射到物体时，其强度随穿透物质厚度近似呈指数衰减 ，而带电粒子有确定的射程，在射程之外观察不到带电 粒子。 主要作用形式：光电效应、康普顿效应、电子对效应 ，其它有瑞利散射、光核反应等，但作用截面小得多。 基本术语、定义 （4）中子与物质相互作用 轨道电子和原子核库仑场对中子不起作用，只有当 中子射入核内或处于核力作用范

15、围，才和原子核作用。 主要作用形式：散射、俘获、核反应、核裂变 散射 弹性散射：是中能中子和快中子与物质作用的主要 形式。特点是散射前后，入射中子和靶核组成的系统总 动能和总动量不变，核不被激发。靶核质量愈小从入射 中子获得的动能愈多，水和石蜡是最好的中子屏蔽材料 。 非弹性散射：是能量大于10MeV的快中子与物质作 用的主要形式。特点是入射中子动能的一部分使反冲核 激发，反冲核退激时发射射线。 基本术语、定义 辐射俘获 是慢中子与物质作用的主要形式。靶核吸收 一个中子，生成处于激发态复合核，当复合核退回基态 时，发射能量达几MeV的射线。一些同位素与超热中 子发生这种反应的概率极大，称为共振俘获或共振吸收 。 （n，）、（n，p）、（n，d）反应 发射带电粒子的反应不如辐射俘获反应普遍。带电 粒子逃离核时需要克服库仑吸力，所以轻核和快中子发 生这种过程的概率较大。 核裂变反应 重核与中子相互作用分成两个质量相差不 多的碎片（偶尔分成三块或多块），同时发射一个或几 个中子。热中子与233U、235U、239Pu作用，快中子与 重核作