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1、第一章1 电磁辐射是一种物理现象，是指“ 能量以电磁波形式由源发射到空间的现象”2 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。3 原子组成：原子核（质子和中子）和核外电子4同位素：Z相同，A不同的核素，在元素周期表中的位置相同，同位素丰度：某元素中各同位素天然含量的原子数百分比。5 放射性衰变：一种元素的原子核自发地放出某种射线而转变成别种元素的原子核的现象。a射线是氦核，带正电荷，贯穿本领小，原子序数减少2,质量数减少4； p射线是高速电子流，带负电，贯穿本领较大，原子核自发地发射电子或正电子或俘获一个轨道电 子而发生的变化，Y射线是
2、波长很短的电磁波，贯穿本领大。处于激发态的原子核自发地向基态跃迁，也称为Y跃迁，在Y跃迁中通常放出Y射线6指数衰减规律是各种放射性原子核单独存在时都遵守的普遍规律。N （t）=N Oe-人t入的物理意义：在时间t附近单位时间内原子核发生衰变的几率，是一个确定常数，并且只与核本身的特性有关，与影响核外电子性质的化学、物理条件如温度、压力、电磁场 等因素皆无关7半衰期T1/2:通过衰变，放射性原子核数目衰减到原来数目一半所需的时间T1/2=ln2/入=0.693/入平均寿命：放射性原子核平均生存的时间,T =1/入8放射性活度：单位时间内发生衰变或核跃迁数的期望值A（ t）=-dN（ t）/d t
3、=A N（ t）=A（0）ef t单位居里（Ci） Bq贝克（勒尔）lCi=3.7xl010Bq9重带电粒子：凡静止质量大于电子的带电粒子，p介子、a粒子、被加速的原子核 10电离：壳层电子获得足够能量，克服原子核的束缚成为自由电子，原子便被分离成一个自由电子和一个正离子（合称离子对）的过程。 原电离：带电粒子与靶原子的核外电子的非弹性碰撞导致原子的电离或激发。次电离：由原电离产生的电子如果具有足够的动能，它也能使原子电离。 比电离：带电粒子在单位路程上产生的离子对数，比电离应包括原电离和次电离产生的离子对11 激发：壳层电子获得的能量较小，不足以使它脱离原子的束缚而成为自由电子，但由能量较低
4、的轨道跃迁到较高的轨道上去的现象 退激：处于激发态的原子是不稳定的，它将自发地跃回基态。12带电粒子能量损失率：单位路径上带电粒子损失的能量，或称为物质对带电粒子的阻止本领，用符号dE/dX表示。 13重带电粒子在物质中的射程：带电粒子进入物质直到被吸收，沿入射方向所穿过的最大距离 射程歧离：相同能量的粒子在同一种物质中的射程并不完全相同。原因：每两次碰撞间粒子穿过的距离以及每次碰撞使带电粒子失去的能量不完全相同，因而相同能量的粒子 的射程不是一个定值。由于每个粒子都必须经过多次的碰撞，因此，各个粒子的射程间的相互差别并不很大。重带电子粒子的射程涨落一般都很小。14轫致辐射：入射带电粒子与原子
5、核之间的库仑力作用，使入射带电粒子的速度和方向发生变化，它是X射线的一种，具有连续的能量分布。这种作用随粒子的能量增加而增 大，与粒子的质量平方成反比，与被通过介质的原子序数Z的平方成正比。15快速电子与物质的作用反散射：电子在物质中的行程较大，散射次数愈多，电子的偏转就显著。电子经过多次散射，最终散射角可以大于90，甚至可能是折返回去，这种 大于 90的散射16湮灭辐射：一个粒子与其相应的反粒子发生碰撞时，其质量可能转化为光辐射。湮灭辐射与两个碰撞粒子之间遵循动量守恒和能量守恒定律。17快速电子与重带电粒子的射程区别：P粒子的能量是从零到E =+连续分布，所以各个0粒子的射程差别很大。即使是
6、初始能量相同的一束电子，由于它们在电离过程中损失P最大 的能量涨落很大，同时还存在轫致辐射和多次散射，因而它们在同一物质中经过直线距离差别也是很大的。 18Y射线和带电粒子与物质的相互作用不同之处：（1）带电粒子通过使吸收物质的原子产生电离激发以及通过轲致辐射来损失能量，而每次碰撞所损失的能量是很小的，需经 过多次碰撞才损失全部能量。因此用能量损失率来描述带电粒子在物质中相互作用的行为。（2） Y射线与物质的相互作用一次就可能损失全部能量或大部分能量，而与物质未 发生相互作用的射线将保持初始的能量穿过物质，因此用作用截面来描述它与物质的相互作用。19Y与物质的作用过程：光子是通过初级效应与物质
7、的原子或原子核外电子作用，一旦光子与物质发生作用，光子或者消失或者受到散射而损失能量，同时产生次级电子， 初级效应主要的方式有三种，即光电效应、康普顿效应和电子对效应。20光电效应过程：光子同（整个）原子作用把自己的全部能量传递给原子,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为自由电子，光子本身消失了。激发态的原子是不稳 定的，很快退激回到基态。退激的方式有两种：一种是外壳层电子向内壳层空位填补使原子回到基态，跃迁时多余的能量以特征X射线的形式释放出来；另一种是多余的激发 能直接使外层电子从原子中发射出来，这样发射出来的电子称为俄歇电子。21 康普顿效应是光子与核外电子发生非弹性碰撞，光子
8、把部分能量转给电子使其从原子内部反冲出来，而能量降低了的光子沿着与原来运动方向不同的角度散射出去，当光子 的能量为0.5-1.0MeV时，该效应比较明显。从原子中反冲出来的电子称康普顿电子或反冲电子。能量变低后的光子称为散射光子，原来的光子称为入射光子。康普顿效应中光 子只是损失部分能量，运动方向发生变化，康普顿效应发生在束缚得最松的外层电子上。22电子对效应：当丫光子能量大于1.02MeV时，y光子有可能在原子核的库仑场作用下，转化成为一个正电子和一个负电子，光子本身消失。电子对效应必须在有原子核或 电子参与下才能同时满足能量和动量守恒定律。湮灭辐射：电子对产生中的正电子和电子与物质的原子又
9、发生相互作用，负电子最终被物质吸收（物质厚度大于该电子的射程。）正电子在损失其绝大部分能量后和周围物质达 到热平衡时与物质中的一个电子发生湮灭，放出两个能量均为0.511MeV的丫光子，这种现象称为电子对的湮灭，湮灭时放出的光子叫湮灭光子。230的物理意义是一个光子与单位面积上一个原子发生作用的几率，由于具有面积的量纲，所以称为“作用截面”截面O的定义：一个入射光子与单位面积上的一个原子发Y生作用的概率，其量纲为面积，常用单位为靶恩（Barn） （b）, lb=10-24cm2。o =-dI/（INdx）.24线性衰减系数的物理意义是单位路程上丫射线与物质发生相互作用的总几率，质量衰减系数I
10、=p /p =o Na/Am25半吸收厚度：当穿过吸收层后其强度减小到初始强度一半时的吸收层厚度d1/2=ln2/p26质量衰减系数p /p、质能转移系数p tr/p和质能吸收系数p en/p三个系数，都是针对不带电粒子（X、Y射线和中子）穿过物质时发生的物理现象而定义的，质量衰减系数： 平均有多少粒子减少 ，质能转移系数度量：平均有多少能量转移为带电粒子的动能。质能吸收系数度量：平均有多少能量真正被物质吸收。27中子的分类：快中子20keVlOMeV慢中子 0lOOOeV高超热中子 1000lOOOOOeV超热中子 0.025eV100eV热中子 0.025eV冷中子 V0.005eV28
11、中子与原子核的相互作用：作用过程有三种：势散射、直接相互作用和复合核的形成与分解，29放射性活度的严格定义：处于特定能态的一定量放射性核素在给定时刻的活度A是dN除以dt,是该能态发生自发衰变或核跃迁数的期望值，单位时间间隔内的核衰变通常 称为衰变率。30发射率：是指放射性样品在单位时间内平均发射某种射线的粒子数 比放射性活度（比活度）：放射性样品中某种放射性核素的活度与样品质量（或体积）之比，即单位质量（或体积）的放射性样品内核素的活度。 31绝对测量中影响活度测量的几个因素：几何因素、探测器的本征探测效率、吸收因素、 散射因素、分辨时间、本底计数32 中子探测方法：（1）利用中子与物质原子
12、核发生弹性散射这种作用探测中子的方法常称为核反冲法，当中子靠近原子核时，受到核力场的作用而被散射，入射中子把一部分 能量转移给原子核，原子核获得反冲能，所以叫做反冲核。散射后的中子运动方向和速度都发生了改变。核反冲法就是通过探测反冲核这种带电粒子来探测中子的。核反冲法 中通常都选用氢或含氢物质做靶材料主要用于快中子的探测，尤其是快中子能量的测量。因此，探测介质中富含含氢物质的探测器，如含氢正比管、有机闪烁体等适用于核反 冲法测量快中子能谱（2）核反应法即利用（6Li、3He、10B）产生带电粒子核反应（n，b），通过探测带电粒子（b表示）来间接探测中子的方法.因为中子核反应所产生的带电粒 子数
13、和中子与物质作用的反应截面以及中子能量密度成正比。所以通过带电粒子在探测器中产生的脉冲数就可以求出中子能量密度1/v规律，即随中子能量增加，反应截面减 小，因此核反应法适用于慢中子的测量，尤其是热中子的测量.（3） 快中子和热中子都能引发重核裂变，重核裂变生成的几个中等质量原子核称为裂变碎片，裂变碎片是重带电 粒子，能使物质原子电离或激发。通过探测裂变碎片探测中子的方法称为核裂变法。中子与重核发生核裂变产生的裂变碎片是巨大的带正电荷的粒子，能使探测器输出信号。 通过测量碎片数，可求得中子注量率，核裂变法的优点是裂变碎片的动能大，使探测器输出很大电信号，它形成的脉冲比Y本底脉冲大得多，可用于强Y
14、辐射场内中子的测量。 这对于探测反应堆的中子通量密度特别有意义。一些重核只有当中子能量大于某一阈能才能发生核裂变，可用此判断中子的能量区间。（4）中子被稳定的原子核吸收后会形成 放射性原子核。这种现象称为“活化”通过测量被活化的原子核发射的粒子可探测中子能量密度，称为活化法。测量粒子的发射率可确定中子的注量率。一般，热中子的活 化截面较高，此法适用于热中子的注量率的测量。材料为In和Au。33 利用核辐射在气体、液体或固体中引起的电离效应、发光现象、物理或化学变化进行核辐射探测的元器件称为核辐射探测器.34气体探测器：电离室：脉冲电离室、电流电离室、累计电离室；正比计数器、G-M计数管；闪烁探
15、测器：NaI （Tl）单晶Y谱仪；BGO （锗酸铋）探测器.半导体探测器：金 硅面垒半导体探测器、高纯锗（HPGe）探测器、锂漂移硅探测器。35 气体探测器工作原理：气体探测器通常是由高压电极和收集电极组成，常见的是两个同轴的圆柱形电极，电极间充气体并外加一定的电压。辐射使电极间的气体电离，生成 带电粒子。带电粒子在电场作用下向两极漂移。随着带电粒子到两极的距离发生变化，极板上的感生电荷数发生变化，回路中产生电流信号。36I区称为复合区，电极收集到的离子对数目N低于由带电粒子产生的离子对数目N0。N0中有一部分因为复合而消失。II区称为饱和区。这是电离室的工作区域。N正好等于 N0,也就是电极
16、收集到的离子对数目达到饱和。III区称为正比区，这是正比计数器通常选择的工作区。这一区域的特点是N与N0的比值是个定值。完全由探测器的结构与外 加直流电压的数值所决定，称为气体放大倍数，气体放大倍数不随N0而变化，N总是与N0成正比的。IV 区:有限正比区。这一区域的特点是N的数值与N0的大小有关系，N0 比较大时N就比较小，也就是说N与N0的正比关系受到限制。V区称为G-M区，是G-M计数器的工作区域，它的特点是N保持定值，仅由计数器的结构与外加电压的数值所决 定，与 N0 无关，看到了两条曲线的重合。40电流电离室的应用：测量Y射线（或X射线）照射量、测量吸收剂量、测量放射性气体41 正比计数器中，利用碰撞电离将入射粒子直接产生的电离效应放大了，使得正比计数器的输出信号幅度比脉冲电离室显著增大。属于非自持放电的气体电离探测器，原理： 中心阳极的电位相对于阴极为正电位，当核辐射进入正比计数管灵敏体
