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1、第二章 辐射防护基础知识（二）一、放射性与辐射19世纪末的三大发现： 1.) 1895：伦琴（德） X射线（ 1901 第一届诺贝尔物理奖） 2. )1896：贝克勒尔（法） 铀放射性1898：玛丽居里（法） 钋、镭 3. )1897：汤姆孙 从阴极射线管 电子 放射性衰变规律的研究（居里夫妇、卢瑟福 ）, , 射线氦，电子 光1 放射性物质的放射性 放射性：有许多核素都能自发地发射出各种射线的现象，或称辐射。 本质：原子核的衰变过程 结果：原子核放出射线，由一种元素转变成另一种元素。 母体：衰变前的放射性同位素； 子体：衰变过程中产生的新同位素，又称放射成因同位素1. 放射性1. 放射性放射
2、性原子核：能自发地放射出各种射线的核素称为放射性核素。射线的种类：粒子辐射：射线，射线，宇宙射线、中子等的辐射电磁辐射：射线、X射线等的辐射发射正电子、质子、中子、等其它粒子。大气层中的宇宙射线成分主要是质子、中子、介子、介子、电子等。1. 放射性l射线的性质： 铀、镭、钋等元素能放出一些射线，射线看不见，但能穿透光所不能穿透的物体（如黑纸）使照相底片感光。，三种射线在磁场中的分裂 世界上第一张世界上第一张X X光照片光照片1. 放射性2. 核衰变类型衰变 衰变衰变衰变1) 衰变（Alpha）: 射线:氦核 的粒子流，质量为氢原子质量的四倍， 带两个单位的正电荷 衰变通式：A ZX A-4 Z
3、-2Y+ +QA ZX 母核 A-4 Z-2Y 子核 出射粒子 Q 能量 例：22688Ra 22286Rn + 42He（）（镭 氡）2. 核衰变类型+从母核中射出 的4He原子核粒子得到大部分衰变能238U4He + 234Th放射性母核! 衰变衰变2. 核衰变类型 衰变衰变241241AmAm 237237NpNp2. 核衰变类型2)- 衰变(Beta-negatron) 射线: 高速飞行的电子流，称为 粒子 衰变通式： nP+-+Q+-A ZX A Z+1Y+-+Q+- - ：负电子 n：中子P：质子 - ：反中微子 例：3215P3216S+ 2. 核衰变类型基本衰变基本衰变 衰变（
4、动画）衰变（动画）2. 核衰变类型 衰变衰变3 3H H 3 3HeHe2. 核衰变类型 说明：i.-粒子实质是电子，质量为 0.000549u,带一个负电荷。-粒子比核的质量小几千倍几十万倍，因此，-粒子从原子核带走的能量很少。-粒子的能谱是一个连续值，E-的值可以从0最大值。i.E0是-粒子的最大能量值，一般图表上给E-即是E0.2. 核衰变类型3)+衰变(Beta-pasitron) Pn+Q+VA ZXA Z-1Y+Q+V +:正电子 ：中微子2. 核衰变类型正正 衰变衰变1111C C 1111B B2. 核衰变类型+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
5、荷中子转变成质子，并且 带走一个单位的负电荷+反中微子 中微子三种子体分享裂变能因此电子具有连续能量 衰变衰变2. 核衰变类型2. 核衰变类型l已知的具有放射性的核素有一千多种，其中轻核和重核都可能放射出射线。l由中子辐照稳定核素所产生的大多数放射性核素都具有放射性，因此辐射源通常可以用反应堆中子辐照得到。l单能电子可由电子加速器提供。4)衰变（Gamma ray decay） 射线：波长比X射线更短的电磁即光子流 衰变通式：A ZXmA ZX+ 例 6027Co6028Ni+ +钴 11349In11349In+铟 2. 核衰变类型+ 中微子光子2. 核衰变类型衰变特点：1、从原子核中发射出
6、光子2、常常在 或 衰变后核子从激发态退激时核能级跃迁时产生。3、产生的射线能量离散，是单能的4、可以通过测量光子能量来区分母体的核素类别5、 光子的能量在几十keV到几MeV，放射性核素有两千多种。2. 核衰变类型 衰变衰变3 3HeHe 3 3HeHe2. 核衰变类型 衰变- 衰变+ 衰变 衰变5) 电子俘获（Electeon Capture EC） 通式： P+e-n+ A ZX+e- A Z-1Y+Q+ 例：5526Fe+e-5525Mn2. 核衰变类型质子变成中子X射线电子俘获电子俘获2. 核衰变类型电子俘获电子俘获7 7BeBe 7 7Li Li2. 核衰变类型2. 核衰变类型l注
7、：lx和射线都是电磁辐射，电荷都为0，静止质量为0，都具有波粒二象性，其本质是电磁场的携带者或者是电磁相互作用的传递者。l二者的根本区别在于来源不同：射线是原子核结构变化而发射出的辐射X射线是核外电子绕行轨道改变而发射出的辐射衰变形式 放出射线 原子序数变化 原子质量数变化 42He -2 -4- e-(负电子) +1 0+ e+(正电子) -1 0 h(光子) 0 0Ec h(光子) -1 03.放射性核衰变的结果位移定则l衰变的反应式为l 它表示在衰变中，放射性元素X的原子核放出一个粒子( )，蜕变成一种新元素Y，其原子核的质量数比原来元素的质量数减少4，而电荷数减少2，即在周期表中的位置
8、移前两位。l衰变的反应式为l l它表示在衰变中，原子核放出一个粒子( )时，新元素原子核的质量数不变，而电荷数增加1，即在周期表中的位置移后一位。l 放射性元素因衰变或衰变而引起元素原子序数变动的规则，称为位移定则。原子核进行 衰变时，核的能级发生变化，而核的组成不发生变化，元素在周期表中的位置不变。射线线 径迹射程 电电比离度 LET 直线线 气：2.4-11cm 生物：0.03 0.07mm 30000离子 对对/cm 大曲线线 气:几十Cm 几m 60-100离子 对对/Cm中直-曲线线 气:几十m 金属：几十cm 几m很少，的 1% 小1.几种射线的性质4 各种核射线的特点 射线线 速
9、度电电荷 静止质质量 （amu） E（Mev） 能谱谱 1/20C 24.0027 4-9 单值单值 1/3C 10.005490-最大 连续连续 值值 C 00约约等于核 二能级单级单 值值之差 单值单值 接上表：多次衰变：ABCS式中：S：稳定性核素，其余具放射性。例如：238 92u234 90Th234 91Pa234 92u206Pb铀 钍 镁 铅5 放射系 (radioactive series)放射性核素衰变为另一种核素，此核素还要继续衰变，最后到达一种稳定的核素，形成放射系，也称级联衰变链。已知三天然一人工。(4) 镎系：镎( )铋( ).A=4n+1,4n +1系。(3) 锕
10、系：锕( )铅( ).A=4n+3,4n +3系。(2) 铀系：铀( ) 铅( ).A=4n+2,4n+2系。 (1) 钍系：钍( )铅( ).A=4n,4n系。 5 放射系 (radioactive series)6 中子辐射l中子辐射主要由核反应产生，而不是核衰变产生。l中子不带电，与物质相互作用与其他射线不同。6.1 中子类型冷中子：En0.5ev共振中子：En=1eV1keV中能中子：En：1Kev-0.5Mev快中子： En：0. 5Mev-10Mev超快中子：En：20Mev50Mev中 子6.2 中子的性质中于的质量略大于质子。自由中子不稳定，它具有衰变的性质l 实验测得中子的半
11、衰期T1/210.6min。与中子和物质相互作用过程的时间相比，这个时间是很长的。也就是说，中子在衰变之前就已经被原子核俘获了。所以通常可将它视为稳定粒子中子的自旋为12，磁矩为一1.9228N 。6.2 中子的性质中子与其他微观粒子一样，在适当条件下会呈现出波动性质。中子波长与它的动能Tn及动量pn有以下关系l当中子的速度vnc时，有6.2 中子的性质l中子与物质作用时，其波性是否明显，主要取决于它的波长和它所作用系统的相对大小。热中子的波长与固体原子之间的距离相当，这种中子通过晶体时，其波性就很显著。快中子的波长与原子核大小同数量级，这种中子与物质作用时，对核作用过程来说，表现出一定的波性
12、。但对原子作用过程来说其波性就可以忽略了。6.3 中子源l为了研究和利用中子，需要有产生中子的装置。l获得中子的途径有两个：核反应和核裂变。l具体获得中子的方法大致分为三类：利用放射性核素产生中子：l( ，n)型中子源；(,n)型中子源；自发裂变中子源6.3 中子源利用加速荷电粒子产生中子：l加速器中子源为了获得单能中子，通常用粒子加速器将p，d，等荷电粒子加速，然后用它们去轰击原子质量数比较低的靶核，产生(p,n)，(d,n)，(,n)反应。利用核反应堆获得中子：l裂变材料(如235U，239Pu等)在核反应堆中进行模式反应时放出大量中子，反应堆中子源的中子能量是连续的，从0.001eV至十
13、几MeV都有。7 感生放射性l用核粒子轰击稳定的核素可以产生出人工的放射性核素。l激活或活化（反应）通常把稳定的核素吸收一个中子后转变成放射性核素的过程称为把生成的放射性核素叫做活化产物。l感生放射性活化产物因为核内中子过剩还要进行衰变。活化产物衰变时产生的发射性称为感生放射性。 7 感生放射性l用中子轰击或照射稳定同位素 59Co（钴），则可产生放射性同位素 60Co。 60Co原子再进行衰变，同时发出射线，变成稳定同位素 60Ni（镍）原子。这个过程可写成： 59Co 60Co 60Ni 60Co是活化产物，它们衰变产生的、 射线即为感生放射性。 7 感生放射性l反应堆一回路水中的稳定同位素16O（氧）吸收中子，同时发射出质子，产生出放射性核素16N（氮）， 16N原子再进行衰变，并发出射线，变成稳定的16O原子，即： 16O 16N 16O 16N是活化产物，它们衰变产生的、 射线即为感生放射性。 二、原子核的衰变规律和放射性活度1. 原子核衰变的基本规律1) 指数衰减规律N = N0e-t （说明） N0: （t = 0）时放射性原子核的数目N: 经过t时间后未发生衰变的 放射性原子核数目:放射性原子
