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1、1第二讲第二讲 放射物理学基础放射物理学基础放射物理学基础放射物理学基础课件下载：ftp:/ppt:ppt192.168.204.204/课件下载：ftp:/ppt:ppt192.168.204.204/2第一小节辐射的发现和现代原子结构第一小节辐射的发现和现代原子结构3德国物理学家伦琴在德国物理学家伦琴在1895年1895年 意外发现了射线；成为第 一个诺贝尔物理学奖得主。意外发现了射线；成为第 一个诺贝尔物理学奖得主。第一张光照片第一张光照片射线的发现射线的发现射线的发现射线的发现4法国物理学家贝克勒尔法国物理学家贝克勒尔 1896年1896年发现铀的放射性发现铀的放射性居里夫妇居里夫妇1
2、898年1898年发现了钚发现了钚 1902年1902年又发现了镭又发现了镭因发现放射性，贝克勒尔与居里夫妇荣获1903年诺贝 尔物理学奖，居里夫人还获1911年诺贝尔化学奖。因发现放射性，贝克勒尔与居里夫妇荣获1903年诺贝 尔物理学奖，居里夫人还获1911年诺贝尔化学奖。放射性的发现放射性的发现放射性的发现放射性的发现5卢瑟福在卢瑟福在1898年1898年发现了发现了射线射线和和射线射线，在，在1919年1919年第一次 实现人工衰变；第一次 实现人工衰变；射线射线是法国的化学家维拉德发现的。是法国的化学家维拉德发现的。1902年1902年共同提 出了共同提 出了元素衰变元素衰变（1908
3、年诺贝尔化学奖得主）（1908年诺贝尔化学奖得主）（1921年诺贝尔化学奖得主）（1921年诺贝尔化学奖得主）/ / / /射线的发现射线的发现射线的发现射线的发现6汤姆逊发现电子汤姆逊发现电子(1897)查德威克发现中子查德威克发现中子(1932)（1935年诺贝尔物理奖得主）（1935年诺贝尔物理奖得主）电子和中子的发现电子和中子的发现电子和中子的发现电子和中子的发现（1906年诺贝尔物理奖得主）（1906年诺贝尔物理奖得主）7现代原子结构现代原子结构现代原子结构现代原子结构原子核原子核中子中子质子质子电子 (电子云)电子 (电子云)+ +8名称名称质子数质子数中子数中子数质量数质量数举
4、例举 例同位素同位素相同相同不同不同不同不同不同不同相同相同1 1H,H,2 2H,H,3 3H H同中子素同中子素不同不同相同相同2 2H,H,3 3HeHe同量素同量素不同不同不同不同3 3H,H,3 3HeHe其它： 稳定核素和不稳定核素其它： 稳定核素和不稳定核素稳定同位素和不稳定同位素稳定同位素和不稳定同位素放射性核素和非放射性核素放射性核素和非放射性核素定义：质子数相同而中子数不同的核素互为同位素。定义：质子数相同而中子数不同的核素互为同位素。同位素同位素同位素同位素9第二小节第二小节常见核辐射的来源和种类常见核辐射的来源和种类10射线的发生机理射线的发生机理射线的发生机理射线的发
5、生机理弹性碰撞弹性碰撞光光激发激发-+电离电离+-特征特征X线线内部电离内部电离韧致韧致X线最大韧致线最大韧致韧致辐射韧致辐射加速电子与物质的相互作用加速电子与物质的相互作用11从母核中射出 的从母核中射出 的4 4He原子核He原子核粒子得到大部分衰变能粒子得到大部分衰变能+ 放射性母核!放射性母核!基本衰变 衰变基本衰变 衰变天然辐射及其产生机理天然辐射及其产生机理天然辐射及其产生机理天然辐射及其产生机理12（衰变 （衰变 241241AmAm237237Np）Np）13+发生原因：母核中子或质子过多发生原因：母核中子或质子过多质子转变成中子，并且 带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且
6、 带走一个单位的负电荷质子转变成中子，并且 带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且 带走一个单位的负电荷+反中微子反中微子v 中微子中微子v 三种子体分享裂变能三种子体分享裂变能因此电子具有连续能量因此电子具有连续能量基本衰变基本衰变基本衰变基本衰变 衰变衰变衰变衰变14（ 衰变衰变衰变衰变 3 3 3 3H H H H3 3 3 3HeHeHeHe）15（正（正（正（正 衰变衰变衰变衰变 11111111C C C C11111111B B B B）16基本衰变基本衰变基本衰变基本衰变 衰变衰变衰变衰变特点：1.核内部发出光子2.或衰变之后3.能量不连续4.由能量可辩核素特点：1.核内部发
7、出光子2.或衰变之后3.能量不连续4.由能量可辩核素+ 中微子 光子17（ 衰变衰变衰变衰变 3 3 3 3HeHeHeHe3 3 3 3HeHeHeHe）18衰变衰变- -衰变衰变+ +衰变衰变衰变衰变19质子变成中子质子变成中子X射线X射线电子俘获电子俘获电子俘获电子俘获20（电子俘获（电子俘获（电子俘获（电子俘获 7 7 7 7BeBeBeBe7 7 7 7LiLiLiLi）21核反应与辐射核反应与辐射核反应与辐射核反应与辐射1414N + =N + =1717O + pO + p (1919y) (1919y) 9 9Be + =Be + =1212C + C + n n (1930y
8、) (1930y) 中子的发现中子的发现 核裂变核裂变核聚变核聚变22第三小节第三小节常见核辐射与物质的相互作用常见核辐射与物质的相互作用23常见核辐射的基本性质常见核辐射的基本性质常见核辐射的基本性质常见核辐射的基本性质1.0086651.0086650 0n n中 子中 子1.0072761.007276+1+1p p质 子质 子0 00 0 5.486105.48610-4-41 1 e e4.002794.00279+2+24 4He He 质量 (u)质量 (u)电荷 （e)电荷 （e)符号符号种类种类 24核辐射与物质作用的物理机制核辐射与物质作用的物理机制核辐射与物质作用的物理机
9、制核辐射与物质作用的物理机制物质：包括气体、液体、固体、人体等物质：包括气体、液体、固体、人体等微观粒子间的相互作用：微观粒子间的相互作用： 1.碰撞：有动量和能量的传递1.碰撞：有动量和能量的传递 2.库仑作用：产生电离，引起效应2.库仑作用：产生电离，引起效应25带电粒子与物质的作用带电粒子与物质的作用带电粒子与物质的作用带电粒子与物质的作用+ 靶原子 + 靶原子 正离子正离子+ +电子电子+ + 4He + Ar Ar+ e-+ 4He+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ - + -+ - + -+ -
10、+ -+ -+ -+ -自由电子自由电子正离子正离子+ +e- 库仑作用库仑作用物质中原子 被电离，在 粒子通过的 路径上形成 许多离子对物质中原子 被电离，在 粒子通过的 路径上形成 许多离子对(电子和正离子)(电子和正离子)26、射线的射线的射线的射线的电离效应比较电离效应比较电离效应比较电离效应比较射线射线射线射线径迹粗直细弯径迹粗直细弯较之于： 电离作用强 电离效应严重较之于： 电离作用强 电离效应严重产生离子对数目多产生离子对数目多电离作用 Z电离作用 Z1 1Z Z2 2 /v/v2 2Z Z1 1入射粒子原子序数 Z入射粒子原子序数 Z2 2靶粒子原子序数 v 入射粒子速度靶粒子
11、原子序数 v 入射粒子速度27和和和和射线（电磁波）射线（电磁波）射线（电磁波）射线（电磁波）28三种效应三种效应光电效应 康普顿效应 电子对效应光电效应 康普顿效应 电子对效应次级带电粒子 使物质原子电 离，引起效应次级带电粒子 使物质原子电 离，引起效应射线射线第1步 初级作用第1步 初级作用第2步 次级作用第2步 次级作用光子引起物质电离的两个过程光子引起物质电离的两个过程光子引起物质电离的两个过程光子引起物质电离的两个过程产生次级电子产生次级电子29光子与物质的初级作用光子与物质的初级作用光子与物质的初级作用光子与物质的初级作用发生上述作用的几率与入射光子的能量及所作用的物质有关；发生
12、上述作用的几率与入射光子的能量及所作用的物质有关； 并非所有的光子与物质作用都能发生上述作用。并非所有的光子与物质作用都能发生上述作用。康普顿电子康普顿电子康普顿效应康普顿效应散射光子散射光子e-电子对效应电子对效应e+0.51MeV0.51MeV电子消失电子消失 (2次变化)(2次变化) 电子电子特征特征X线线入射光子入射光子(2次变化次变化)光电效应光电效应0.51MeV0.51MeV30对物质电离作用的比较对物质电离作用的比较对物质电离作用的比较对物质电离作用的比较射线射程(m) 离子对密度/mm 0.01 6000 2-3 60 10 几个射线射程(m) 离子对密度/mm 0.01 6
13、000 2-3 60 10 几个例：能量2MeV的三种射线在空气中例：能量2MeV的三种射线在空气中 电离过程电离过程 直接直接 直接直接 间接间接 径径 迹迹 直线直线 折线折线 直线直线 比电离比电离 很大很大 稀疏稀疏 稀稀拉拉稀稀拉拉 穿透能力穿透能力 很弱很弱 中中 很强很强 31射线穿透物质能力射线穿透物质能力射线穿透物质能力射线穿透物质能力穿透人体皮肤情况穿透人体皮肤情况 32不带电中子不能直接使原子电离，但中 子容易进入原子核内引起核反应，核反 应产生的辐射可导致物质的电离。不带电中子不能直接使原子电离，但中 子容易进入原子核内引起核反应，核反 应产生的辐射可导致物质的电离。1
14、）与 H 原子核的弹性碰撞 传递能量 质子跑出来 中子被慢化n + H n + p 第一步 打出质子（载能） 第二步 质子引起物质电离 慢化剂:轻水(1）与 H 原子核的弹性碰撞 传递能量 质子跑出来 中子被慢化n + H n + p 第一步 打出质子（载能） 第二步 质子引起物质电离 慢化剂:轻水(1 1H H2 2O) 重水(O) 重水(2 2D D2 2O)O)中子与物质的作用中子与物质的作用中子与物质的作用中子与物质的作用Hnnp 电离电离332） 中子核反应例如( n,p)反应n + 2） 中子核反应例如( n,p)反应n + 1414N N 1414C + p 第一步 核反应产生质
15、子第二步 质子对物质产生 电离作用C + p 第一步 核反应产生质子第二步 质子对物质产生 电离作用n p 电离p 电离1414N N1414C C人体有大量 H 和 N 原子中子对人体电离效应严重，可导致严重伤害人体有大量 H 和 N 原子中子对人体电离效应严重，可导致严重伤害1234电离辐射电离辐射直接或间接使介质发生电离效应的带电或不带电的粒子或射线，能量通常大于数keV。(/x/n/p/直接或间接使介质发生电离效应的带电或不带电的粒子或射线，能量通常大于数keV。(/x/n/p/介子等)介子等)来源来源 1)放射性同位素(天然和人造) 2)各种射线装置 3)反应堆 4)宇宙射线 5)地球环境1)放射性同位素(天然和人造) 2)各种射线装置 3)反应堆 4)宇宙射线 5)地球环境电离辐射和非电离辐
