核技术应用习题答案

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1、习题答案核技术及应用概述1、核技术是以核物理、核武器物理、辐射物理、放射化学、辐射化学和辐射与物质相互作用为基础，以加速器、反应堆、核武器装置、核辐射探测器和核电子学为支撑而发展起来的综合性现代技术学科。2、广义地说，核技术可分为六大类：核能利用与核武器、核分析技术、放射性示踪技术，辐射照射技术、核检测技术、核成像技术。3、主要是利用核裂变和核聚变反应释放出能量的原理，开发出能源或动力装置和核武器，主要应用有： 核电站、核潜艇、原子弹、氢弹和中子弹。4、在痕量元素的含量和分布的分析研究中，利用核探测技术、粒子加速技术和核物理实验方法的一大类分析测试技术，统称为核分析技术。 特点：1.灵敏度高。

2、比如，可达百万分之一，即10-6，或记为1ppm；甚至可达十亿分之一，即10-9，或记为1ppb。个别的灵敏度可能更高。2.准确。3.快速。4.不破坏样品。5.样品用量极少。比如，可以少到微克数量级。5、定义：应用放射性同位素对普通原子或分子加以标记，利用高灵敏，无干扰的放射性测量技术研究被标记物所显示的性质和运动规律，揭示用其他方法不能分辨的内在联系，此技术称放射性同位素示踪技术。 有三种示踪方式：1)用示踪原子标记待研究的物质，追踪其化学变化或在有机体内的运动规律。2)将示踪原子与待研究物质完全混合。3)将示踪原子加入待研究对象中，然后跟踪。6、放射性示踪7、核检测技术: 是以核辐射与物质

3、相互作用原理为基础而产生的辐射测量方法和仪器。特点：1）非接触式测量；2）环境因素影响甚无；3）无破坏性：4）易于实现多个参数同时检测和自动化测量。8、辐射照射技术：是利用射线与物质的相互作用，将物质置于辐射场中，使物质的性质发生有利改变的技术。辐射交联的聚乙烯有什么优点：热收缩、耐热、机械强度大为提高、耐有机溶剂、不易被溶解、电绝缘性能很好，且不怕潮湿。9、X射线断层扫描(XCT)、核磁共振显像仪(NMR-CT)、正电子发射显像仪 (PECT)， 同位素单光子发射显像仪 (SPECT)和康普顿散射显像仪 (CST)；10、核医学是当今产值最大、发展最快的核辐射设备。第一篇 核技术基础知识1、

4、具有确定质子数和中子数的原子核称做核素。 质子数相同而中子数不同的核素互为同位素。2、结合能是质子和中子结合构成原子核时所释放的能量。3、7.476Mev4、结合能是：2.224 Mev 比结合能是：1.112Mev5、衰变特点：（1）从原子核中发射出光子（2）常常在 a 或 衰变后核子从激发态退激时发生（3）产生的射线能量不连续（4）可以通过测量光子能量来鉴定核素种类类别6、一定量的某种放射性原子核衰变至原来的一半所需要的时间。7、t=ln= 带入数据推出t=46758年8、高速带电粒子通过原子核附近时，受到原子核库仑电场的作用而急剧减速，一部分能量以光子的形式辐射出来，这种辐射称为韧致辐射

5、。9、当光子与物质原子中的一个电子发生弹性相撞时，将部分能量传给电子，电子获得能量后脱离原子而运动，该电子称康普顿吴有训电子，而使物质电离。光子本身能量减少又改变了运动方向。当光子的能量为0.5-1.0MeV时，该效应比较明。10、定义：放射性核素在单位时间(dt)内发生核衰变的数目(dN) A=dN/dt单位： SI: Becquerel(Bq) 1Bq=1s-1 居里 1Ci=3.71010Bq 11、1)放射性物质 (人造 天然) 2)加速器3)反应堆 4)宇宙射线 5)地球环境核能利用与核武器1、原子核的比结合能：原子核的比结合能是该原子核中每个核子的平均结合能，也就是该原子核的总结合

6、能B( Z, A )被质量数A除，即 B( Z, A ) A2、反应堆由堆芯、冷却系统、慢化系统、反射层、控制与保护系统、屏蔽系统、辐射监测系统等组成。3、按能谱分有：由热能中子和快速中子引起裂变的热堆和快堆； 按冷却剂分有：轻水堆，即普通水堆（又分为压水堆和沸水堆）、重水堆、气冷堆和钠冷堆。按用途分有：（1）研究试验堆：是用来研究中子特性，利用中子对物理学、生物学、辐照防护学以及材料学等方面进行研究；（2）生产堆，主要是生产新的易裂变的材料铀-233、钚-239；（3）动力堆，利用核裂变所产生的热能广泛用于舰船的推进动力和核能发电。4、核电厂用的燃料是铀。用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内

7、发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。5、是此代裂变产生的中子总数与前一代裂变产生的中子总数的比值。用K表示，K1 时为临界状态。第二篇 核医学成像技术和仪器1、 诊断型仪器：X射线透视，X射线摄影， X-CT, SRECT, PET，相机，NMRI。治疗型仪器： X 射线治疗机，快中子治疗仪，X-刀和-刀2、计算公式： 空气的CT值为：-10003、放射治疗的方法有三种：贴敷法、腔内照射法和体外照射法。4、心脏功能仪PETSPECT第三篇 核辐射应用仪表1、137Cs和

8、 60Co2、不同的是前者依靠放射性同位素发射的射线使避雷针附近的空气大量的电离，主动地打开一条与云中电荷相通的电的通路；而富兰克林避雷针的尖端只能产生少量的离子。3、（1）非接触式测量 （2）环境因素对核辐射的来源无影响（3）实现在线测量（4）静电消除器（5）能实现同时多个参量测量4、静电消除器 烟雾报警器 避雷针5、137Cs、 60Co、192Ir、 241Am6、氢7、分为：插入式，透射式和散射式8、原理为：放射性同位素的原子核在无外界作用下能自发地发生衰变，变成另一种原子核，同时放出射线、射线或射线等。前两种射线都带电，并且具有较高的能量，所以能将空气电离成正负离子而逐渐消耗自身的能

9、。由于烟雾进入电离空间时，吸附了某些离子，使离子迁移速度明显变慢。据此，就可以做成离子感烟探头。离子感烟探头与控制电器装置相配合，构成了火灾自动报警仪器。第四篇 核辐照技术及应用1、常用辐照源：钴-60，铯-137,电子加速器，同步辐射2、辐照剂量（kGy）0.1-0.180.2-0.50.3-1.00.35-2.80.95-95-10辐照效应抑制发芽杀虫抑止成熟及霉烂延长货架寿命巴斯德灭菌（加热菌）去污染3、10 kGy4、优越性为：（1）射穿透能力强（2）适用性广 （3）辐射处理是一种冷加工技术 （4）节省能量 （5）无化学残毒 （6）大大延长产品的保质期？5、（1）射穿透能力强（2）适用

10、性广 （3）辐射处理是一种冷加工技术 （4）节省能量 （5）无化学残毒 （6）大大延长产品的保质期第五篇 放射性示踪技术及应用1、(1)反应堆生产 （2）加速器产生 （3）母牛法2、（1）放射性半衰期（2）放射性比活度（3）辐射类型和能量（4）放射性核素的纯度（5）放射性核素的毒性（6）示踪剂的生物半衰期3、14C 和3H4、1000； 600； 3005、（1）灵敏度高（2）放射性比活度（3）测量简便、易分辨（4）合乎生理条件（5）能定位6、99Tcm7、各点浓度为：220Rn在小闪烁室a和b中的衰变率为：ThA(216Po )的半衰期(0.16秒)很短，可以认为220Rn连续发射2个粒子，

11、则小闪烁室a和小闪烁室b测到的计数率为：小闪烁室a和小闪烁室b测到的计数率比值为：所以气体流量8、放射性示踪技术 优点是测量准确度与速度分布无关9、由于=ln2/T1/2所以t = (1.277109ln2)ln(1+10/90) = 1.9411 108(年)由此可知该动物距今1.9411 108年。10、（1）同位素稀释法 （2）放射分析法第六篇（1） 活化分析技术1、核分析：利用核辐射粒子与物质的原子或原子核相互作用，采用核物理实验技术获得可观测信息，分析研究物质材料成分和结构的方法。分类1）活化分析 中子活化分析 带电粒子活化分析2）离子束分析 卢瑟福背散射分析 沟道技术分析 核反应分

12、析 粒子诱发x荧光分析3）核效应分析 穆斯堡尔效应分析 正电子淹灭技术 扰动角关联 核磁共振4）超灵敏质谱分析 2、 1）核反应法：产生带电粒子，对物质产生电离； 2）核反冲法：中子与核弹性碰撞，反冲核能量耗于电离； 3）核裂变法：裂变碎片能量耗于电离，产生脉冲；4）激活探测法:中子照射物质,使其部分变为放射性元素。3、定义：用中子照射稳定核素，稳定核素吸收中子变成放射性核素，发射射线，测量射线的能量和强度可以得知原来稳定核素的元素名称和含量。步骤： 1）样品 2）辐照 3）放射性测量 4）结果评价4、主要有：同位素中子源加速器中子源反应堆中子源5、解：16O16N和19F16N的16N的总计

13、数198519F19O的19O的计数1054由19O计数求得19F含量，从而求出19F对16N计数的贡献，从16N计数1985中减去19F对16N计数的贡献，则是由16O生成的16N的计数，从而可以求出16O的含量，由公式带入相关的数据可求出WF=5.67810-4克则由5.67810-4克19F生成的16O计数N=带入数据得N=982 1985-982=1003 则16O含量WO带入相关数据得出为：WO=3.110-4克6、 样品的元素分离用纯热中子，增大（n,）反应由反应阈能改变中子能量通过另外的核反应，测定干扰元素含量 (2) 带电粒子活化分析1、具有一定能量的带电粒子于物质中的原子核发

14、生核反应时，如果反应的剩余核是放射性核素，则测量这放射性核素的半衰期和活度，就可以确定样品中被分析元素的种类和含量。这种元素分析方法称为带电粒子活化分析（记为CPAA）。2、根据半衰期，增加辐照后的冷照时间t.3、需根据阈能，改变入射粒子的能量来消除。离子束分析（1）1、 优点：灵敏度高、分析时间短、不破坏样品、分析范围广和取样量少等优点，因此特别适用于痕量元素的分析缺点：设备复杂、成本较高2、 （1）运动学因子 质量分析（2）背散射微分截面 含量分析（3）能损因子 深度分析3、1)此E范围内，不会有核共振2)散射截面遵循卢瑟福公式3)探测器对4He+的能量分辨好4)4He+离子的数据比较齐全，便于数据分析5)计算化合物样品中能损的布拉格法则，在这能区也适用6)对大多数小型加速器，很容易提供4He离子束，且能量多数在2Mev左右4、轻、重5、答：k=0.9225E1=E0k=40.9225 =3.69MevE2=(4-0.01)0.9225-0.01 =3.6708 MevE= E1-E2 =3.69Mev-3.6708 Mev =1