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1、核材料导论,第一章 概述,本章内容,基本概念 核反应原理 核应用 核辐射 核辐射防护,基本概念,核是什么？,基本概念,1912年英国科学家卢瑟福根据粒子轰击金箔的实验中，绝大多数粒子仍沿原方向前进，少数粒子由于撞击到了电子发生较大偏转，个别粒子偏转超过了90，有的粒子由于撞上原子核所以偏转方,向甚至接近180。该试验事实确认：原子内含有一个体积小而质量大的带正电的中心，这就是原子核。,基本概念,原子核（atomic nucleus)简称“核”。位于原子的核心部分，由质子和中子两种微粒构成。,原子核的密度极大，核密度约为1014g/cm3，即1cm3的体积如装满原子核，其质量将达到一亿吨。,基本
2、概念,迄今为止，已发现的稳定原子核265种，60种天然放射性核，人工合成有2400种核，然而在核素图上，由中子滴落线、质子滴落线及自裂变半衰期大于1s的限制边界内所包围的核素应有8000余种，这表明有一大半核尚未被人们认识。根据目前的情况，考虑到可能的生成与鉴别方法，估计还可能被生成或鉴别600种左右的新核素，它们是世界各地有关实验室不惜耗费重金搜索的目标。,夸克模型,1964年，美国科学家盖尔曼提出了关于强子结构的夸克模型。 夸克也是一种费米子，即有自旋1/2。因为质子、中子的自旋为1/2，那么三个夸克，如果两个自旋向上，一个自旋向下，就可以组成自旋为1/2的质子、中子。J/粒子由丁肇中等,
3、人于1974年发现，它实际上是由粲夸克和反粲夸克组成的夸克对。凡是由三个夸克组成的粒子称为重子， 重子和介子统称强子，因为它们都参与强相互作用。,基本粒子表,核反应原理,核反应是指入射粒子（或原子核）与原子核（称靶核）碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程。反应前后的能量、动量、角动量、质量、电荷与宇称都必须守恒。核反应是宇宙中早已普遍存在的极为重要的自然现象。现今存在的化学元素除氢以外都是通过 天然核反应合成的，在恒星 上发生的核反应是恒星辐射 出巨大能量的源泉。,核反应原理,在核反应中，用于轰击原子核的粒子称为入射粒子或轰击粒子，被轰击的原子核称为靶核，核反应发射的粒子称为出射粒子，反
4、应生成的原子核称为剩余核或产物核。,核反应原理,核反应按其本质来说是质的变化，但它和一般化学反应有所不同，化学反应只是原子或离子的重新排列组合，而原子核不变。核反应能常以兆电子伏计量，而化学反应能一般只有几个电子伏。,核反应原理,核反应通常分为四类：衰变、粒子轰击、裂变和聚变。前者为自发发生的核转变，而后三种为人工核反应（即用人工方法进行的非自发核反应）。,核反应原理,衰变,核反应原理,核裂变(Nuclear fission)又称核分裂，是一个原子核分裂成几个原子核的变化。 铀裂变在核电厂最常见，加热后铀原子放出2到4个中子，中子再去撞击其它原子，从而形成链式反应而自发裂变。 常用裂变元素有铀
5、-235、钚-239、钚-241等。,裂变,核反应原理,连锁反应,核反应原理,聚变,核反应原理,聚变,核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变，这种反应在太阳上已经持续了50亿年。 人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的，科学家们希望发明一种装置，可以有效控制“氢弹爆炸”的过程，让能量持续稳定的输出，即受控核聚变研究。,核反应原理,中国合肥EAST,核应用,（1）核分析技术 （2）辐射加工 （3）医学领域中的应用 （4）农业领域中的应用 （5）核能的和平利用,核应用,碳14测年 同位素示踪技术 中子衍射 中子照相 X射
6、线荧光分析,核分析技术,核应用,辐射聚合 辐射交联 辐射接枝及新材料制备 辐射降解 辐射固化,辐射加工,核应用,辐射育种技术 辐射保藏 辐射杀虫,农业领域中的应用,核应用,原子能电池,核应用,大亚湾核电站,核应用,秦山核电站,核辐射,核辐射，或通常称之为放射性，存在于所有的物质之中。核辐射是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所释放出来的微观粒子流。核辐射可以使物质引起电离或激发，故又称为电离辐射。,核辐射,常用辐射单位,核辐射,常用辐射单位,用于衡量辐射对生物体组织伤害的是吸收剂量，其单位为Sv（希弗），一个Sv相当于每千克物体吸收1焦耳的辐射能量，Sv是个很
7、大的单位，实际通用单位一般采用mSv（千分之一Sv，毫希弗）。,1Sv=1000mSv=1000000uSv,核辐射,放射性物质以微粒或波的形式发射出的一种能量就叫核辐射，核爆炸和核事故都有核辐射。主要是、三种射线。,核辐射标志,核辐射,射线是氦核,只要用一张纸就能挡住，但吸入体内危害大（内照射） 射线是电子流，照射皮肤后烧伤明显；（内照射、外照射） 射线的穿透力很强，是一种波长很短的电磁波。（外照射）,核辐射特点,1.持续长期作用 2.完全的化学物理稳定性 3.公众无法直接感知 4.危害作用效果的累积特性,核辐射,核辐射来源 天然辐射 人工辐射,宇宙射线辐射,天然放射性元素发出的射线辐射（如
8、U、Ra ）,放射性治疗，核武器爆炸，核反应堆等。,核辐射,核辐射,少量的辐射照射并不会危及人类的健康。 每人每年平均所接受的天然辐射剂量约为2.4mSv,核辐射,核辐射与防护,核辐射会引起哪些伤害?,核辐射与防护,损伤躯体细胞，导致人体器官组织发生疾病，最终可能导致人体死亡。 导致遗传基因发生突变 。 短时间内大剂量电离辐射引起的放射性损伤，称急性放射病 较长时间超过允许剂量的辐射损伤，称慢性放射病。,核辐射与防护,放射性物质可通过呼吸吸入，皮肤伤口及消化道吸收进入体内，引起内照射。 辐射可穿透一定距离被机体吸收，使人员受到外照射伤害。,核辐射与防护,轻度损伤，可能发生轻度急性放射病，如乏力
9、，不适，食欲减退。 中度损伤，能引起中度急性放射病，如头昏，乏力，恶心，有呕吐，白细胞数下降。 重度损伤，能引起重度急性放射病，虽经治疗但受照者有50%可能在30天内死亡，其余50%能恢复。表现为多次呕吐，可有腹泻，白细胞数明显下降。 极重度损伤，引起极重度放射性病，死亡率很高。多次吐、泻，休克，白细胞数急剧下降。核事故和原子弹爆炸的核辐射都会造成人员的立即死亡或重度损伤。还会引发癌症、不育、怪胎等。,核辐射对人的伤害,核辐射与防护,在核泄漏中，有四种放射性同位素是对人体比较有危险的：,（1）碘-131,在这四种反射性同位素中，碘-131是最为危险的。因为它可以在最短的时间内让人体细胞癌化，尤
10、其是针对甲状腺细胞。但放射性碘（I-131）的半衰期是8.3天。这就意味着，大约三个月后，几乎所有的放射性碘将衰变完而消失了。,（2）锶和铯,锶和铯的危险性仅次于碘。这两个同位素会潜入身体内部，隐藏在人们的骨头中很多年。白血病就是锶造成的。,锶矿,铯,白血病,铯会造成肝癌和肾癌等。铯137的半衰期约为30年。根据沉降灰中放射性物质的总量，可能需要采取一些去污和必要的减少辐射措施（如农业，林业等）。,（3）钚-239,最令人头痛的便是钚-239。钚是燃料棒主要的构成物质。这个放射性元素毒性十分的强烈。它能通过呼吸传播，因而引发肺癌。,防辐射的原则:,当需要对辐射进行防护的时候，有三个重要的原则，
11、就是时间、距离和屏蔽。 接受辐射的时间越短，离辐射的距离越远，接受的剂量就越少。,七、核辐射的防护,核辐射与防护,七、核辐射的防护,内照射防护原则： 1防止或减少放射性物质进入体内； 2对于放射性元素可能进入体内的途径要予以防范； 3通过药物或其他手段使已经进入人体的放射性物质排出体外。 外照射防护原则： 1受照射时间的控制； 2增大与辐射源间的距离； 3采用屏蔽物屏蔽。,核辐射与防护,如何避免核辐射？,防核辐射最管用的是铅板。,核辐射与防护,不要淋雨 穿戴帽靴 彻底洗澡 更换衣服 关闭窗户和通风口 进入地下 别用电话 带收音机 封好食品 用铅板墙壁等遮挡降低照射强度 严防死守五官,核辐射与防
12、护,服用碘片的防辐射原理,碘片可防核辐射 核电运行中，产生一种放射性物质碘-131它是碘的放射性同位素，甲状腺吸收后造成损伤。 预先服用含有稳定碘同位素的药片，可以阻断人体甲状腺对放射性碘-131的吸收。 在吸入放射性碘数小时内服用稳定性碘，仍可使甲状腺吸收放射性碘的量降低一半左右。 由于碘不易在甲状腺中积聚，短时间内就能排出体外，从而减少碘-131对人体的放射性危害。,核辐射与防护,服用碘的确可封闭甲状腺，让放射性碘无法“入侵”，但是过量的碘会导致碘中毒。在短期内可能会出现肠部不适和过敏现象及甲状腺疾病，严重甚至会致命。,甲状腺,服用量是按成人在最初24小时服用一片（相当于100毫克碘当量），一天后服用半片，具体服用时间及方法由发放人员指导。,核辐射与防护,吃碘盐能不能预防放射性碘摄入？,我国规定碘盐的碘含量为30毫克/千克。按人均每天食用10克碘盐计算，可获得0.3毫克碘。 而碘片碘的存在形式是碘化钾（KI）,碘含量为每片100毫克。 按照每千克碘盐含30毫克碘计算，成人需要一次摄入碘盐约3千克，才能达到预防的效果，远远超出人类能够承受的盐的摄入极限。 因此，通过食用碘盐预防放射性碘的摄入是无法实现的,
