注册核安全工程师综合知识第1章隶校

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1、辐射防护与环境保护研究窒1/132核安全综合知识核安全综合知识原子核物理基础原子核物理基础20132013年年7 7月月6 6日日第一章第一章 清华大学工程物理系清华大学工程物理系辐射防护与环境保护研究室辐射防护与环境保护研究室桂立明桂立明 辐射防护与环境保护研究窒2/132注册核安全工程师执业资格考试大纲注册核安全工程师执业资格考试大纲（2013年版）第二部分年版）第二部分核安全综合核安全综合知识知识科目考试大纲科目考试大纲考试目的考试目的：通过本科目考试，检验参加考试人员对核：通过本科目考试，检验参加考试人员对核物理、核能与核技术应用、辐射防护以及安全文化物理、核能与核技术应用、辐射防护以

2、及安全文化等方面知识的了解、熟悉或掌握的程度，使参加考等方面知识的了解、熟悉或掌握的程度，使参加考试人员从总体上把握注册核安全工程师所需要的知试人员从总体上把握注册核安全工程师所需要的知识，并能利用这些知识解决实际问题。本科目是从识，并能利用这些知识解决实际问题。本科目是从事核安全审评、核安全监督、民用核设施操纵与运事核安全审评、核安全监督、民用核设施操纵与运行、核质量保证、辐射防护、辐射环境监测和其它行、核质量保证、辐射防护、辐射环境监测和其它与核安全密切相关工作人员必备的知识。与核安全密切相关工作人员必备的知识。考试内容：考试内容： 一（第一章）一（第一章） 原子核物理基础原子核物理基础

3、原子和原子核的基本性质、原子核的放射性、原子和原子核的基本性质、原子核的放射性、射线及其与物质相互作用和核反应。射线及其与物质相互作用和核反应。了解了解辐射防护与环境保护研究窒3/132目目 录录引言引言第一节第一节 原子和原子核的基本性质原子和原子核的基本性质第二节第二节 原子核的放射性原子核的放射性第三节第三节 核辐射射线及其与物质相互核辐射射线及其与物质相互 作用作用第四节第四节 原子核反应原子核反应辐射防护与环境保护研究窒4/132引言引言 在在18951895年、年、18961896年和年和18971897年，相继发现了年，相继发现了X X射线、放射线、放射性和电子，这三大发现揭开了

4、近代物理的序幕，射性和电子，这三大发现揭开了近代物理的序幕，物质结构的研究开始进入微观领域。其中，物质结构的研究开始进入微观领域。其中，18961896年年法国科学家贝克勒尔（）发现的天然放射性现象是法国科学家贝克勒尔（）发现的天然放射性现象是人类第一次观察到核变化的情况，通常人们把这一人类第一次观察到核变化的情况，通常人们把这一重大发现看成是核物理的开端。重大发现看成是核物理的开端。2020世纪世纪5050年代，逐年代，逐步形成了研究物质结构的三个分支学科，即步形成了研究物质结构的三个分支学科，即原子物原子物理、原子核物理和粒子物理理、原子核物理和粒子物理，这三者各有独立的研，这三者各有独立

5、的研究领域和对象，但又紧密关联。本章重点论述原子究领域和对象，但又紧密关联。本章重点论述原子核物理这一领域。核物理这一领域。引言辐射防护与环境保护研究窒5/132 随着核能和核技术应用的发展，它们给人类带随着核能和核技术应用的发展，它们给人类带来巨大收益的同时，也给人类的生存和发展带来巨大收益的同时，也给人类的生存和发展带来一定的负面影响，同时放射性及由此产生的来一定的负面影响，同时放射性及由此产生的各种辐射也成为人们关注的问题。为趋利避害，各种辐射也成为人们关注的问题。为趋利避害，使核能和核技术更好地为人类服务，核安全便使核能和核技术更好地为人类服务，核安全便成为一个独立的学科而存在。核安全

6、涉及的知成为一个独立的学科而存在。核安全涉及的知识领域十分广泛，其中，对原子、原子核的基识领域十分广泛，其中，对原子、原子核的基本性质的了解，对核衰变、核反应和核裂变的本性质的了解，对核衰变、核反应和核裂变的了解，是其重要的一个方面。在本章中，首先了解，是其重要的一个方面。在本章中，首先介绍有关介绍有关原子核物理原子核物理的基础知识。的基础知识。引言辐射防护与环境保护研究窒6/132第一节第一节 原子和原子核的基本性质原子和原子核的基本性质一、原子的壳层结构一、原子的壳层结构二、原子核及其稳定性二、原子核及其稳定性第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒7/132第一节第一节 原

7、子和原子核的基本性质原子和原子核的基本性质 万物是由原子、分子构成，每一种原子对应一种化万物是由原子、分子构成，每一种原子对应一种化学元素。目前，人们已知一百二十种元素。学元素。目前，人们已知一百二十种元素。 第一节 原子和原子核的基本性质 辐射防护与环境保护研究窒8/132 第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒9/132原子核的大小原子核的大小 电子带负电荷电子带负电荷，电子电荷的值为：，电子电荷的值为：-19-19C C，且电荷是量子化的，且电荷是量子化的，即任何电荷只能是即任何电荷只能是e e的整倍数。电子的质量为的整倍数。电子的质量为me=9.1093897x10.1

8、093897x10-31-31kgkg。原子核带正电荷，集中了原子的全原子核带正电荷，集中了原子的全部正电荷。部正电荷。 原子的大小是由核外运动的电子所占的空间范围来表征，原原子的大小是由核外运动的电子所占的空间范围来表征，原子可以设想为电子在以原子核为中心的、距核非常远的若子可以设想为电子在以原子核为中心的、距核非常远的若干轨道上运行。干轨道上运行。原子的大小半径约为原子的大小半径约为10-8cm的量级的量级 。 原子核的质量远超过核外电子的总质量原子核的质量远超过核外电子的总质量，原子的质量中心与，原子的质量中心与原子核的质量中心非常接近。原子核的质量中心非常接近。原子核的尺度只有几十飞米

9、原子核的尺度只有几十飞米(1fm=10-15m=10-13cm)，而密度高达，而密度高达108-3 。 物质的许多化学性质及物理性质、光谱特性基本上只与核外物质的许多化学性质及物理性质、光谱特性基本上只与核外电子有关；而放射现象则主要与原子核有关电子有关；而放射现象则主要与原子核有关 。 第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒10/132第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒11/132Nobel Prize in 1903Nobel Prize in 19031896年法国科学家贝克年法国科学家贝克勒尔勒尔(A. H. Becquerel)发现天然放射性现象，

10、发现天然放射性现象，人类历史上第一次在实验人类历史上第一次在实验室观察到核变化。室观察到核变化。这一这一重大发现是原子核物理重大发现是原子核物理的开端。的开端。 放射性现象放射性现象第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒12/132v1898, 1898, 卢瑟福（卢瑟福（RutherfordRutherford）在在“贝可勒尔射线贝可勒尔射线”中发现了中发现了、粒子粒子, ,后来证实了后来证实了射线是氦原子核，射线是氦原子核，射线是电子。射线是电子。 19111911年卢瑟福根据年卢瑟福根据粒子的散射实验提出原子由原子核粒子的散射实验提出原子由原子核和核外电子组成的假设。和核

11、外电子组成的假设。19081908年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。原子的组成原子的组成第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒13/132题题 例例 单选题例单选题例：（只有一个答案是正确的）：（只有一个答案是正确的） 原子物理学的主要内容是（原子物理学的主要内容是（A）。）。 A 核外电子的运动核外电子的运动, B 原子核的裂变，原子核的裂变， C 原子核的衰变，原子核的衰变， D 原子核中核子间的运动原子核中核子间的运动 。 原子核半径的范围约为原子核半径的范围约为(D) A 1-10 mm, B 1-10 m, C 1-10 nm, D 1-10fm 多选题例多选题例：（有多个

12、答案可能正确，错一个为全错）：（有多个答案可能正确，错一个为全错） 原子由原子核和核外电子组成，其中原子由原子核和核外电子组成，其中(ABCDE) A 电子带负电荷，电子带负电荷， B 原子核集中了原子的全部正电荷，原子核集中了原子的全部正电荷， C 原子的大小半径约为原子的大小半径约为10-8cm的量级，的量级， D 原子核的质量远超过核外电子的总质量，原子核的质量远超过核外电子的总质量， E 原子核的尺度只有几十飞米。原子核的尺度只有几十飞米。第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒14/132原子模型原子模型核子核子中子中子质子质子电子电子+ +一、原子的壳层结构一、原子的

13、壳层结构第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒15/132第一节 原子和原子核的基本性质 辐射防护与环境保护研究窒16/132第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒17/132第一节 原子和原子核的基本性质 辐射防护与环境保护研究窒18/132 原子的核外电子称为轨道电子。原子的核外电子称为轨道电子。原子的轨道电子离原子的轨道电子离核的距离是不能取任意值的，按照一定的规律形成核的距离是不能取任意值的，按照一定的规律形成彼此分离的壳层彼此分离的壳层。 最靠近核的一个壳层称为最靠近核的一个壳层称为K层，层，在它的外面依次为在它的外面依次为L、M、N、O壳层等，以此类

14、推。通常用量子数壳层等，以此类推。通常用量子数n(n=1,2,3)代表壳层，并分别对应代表壳层，并分别对应K、L、M、N、O，壳层。壳层。每个壳层可容纳每个壳层可容纳2n2个电子个电子。除了。除了K层层以外，其他壳层又可分成以外，其他壳层又可分成(2l+1，l=n-1)个支壳层，个支壳层，l是描述电子轨道的量子数。是描述电子轨道的量子数。 处于不同壳层的电子具有不同的位能，处于不同壳层的电子具有不同的位能，当电子从无当电子从无穷远处移动到靠近原子核的位置时是电场力作功，穷远处移动到靠近原子核的位置时是电场力作功，K层的能级最低。层的能级最低。能级的能量大小就等于该壳层电能级的能量大小就等于该壳

15、层电子的结合能，要使该壳层电子脱离核的束缚成为自子的结合能，要使该壳层电子脱离核的束缚成为自由电子所需做的功。由电子所需做的功。结合能是负值结合能是负值，通常以，通常以KeV为为单位，单位，K壳层电子的结合能的绝对值最大。壳层电子的结合能的绝对值最大。 原子的壳层原子的壳层第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒19/132第一节 原子和原子核的基本性质 辐射防护与环境保护研究窒20/132辐射防护与环境保护研究窒21/132原子结构及电子壳层原子结构及电子壳层第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒22/132题例题例 单选题例单选题例： 原子的核外电子称为（原子

16、的核外电子称为（B）。）。 A 自由电子自由电子 B 轨道电子轨道电子 C 俄歇电子俄歇电子 D 康普顿电子康普顿电子 多选题例多选题例： 电子轨道按照一定的规律形成彼此分离的壳层，其电子轨道按照一定的规律形成彼此分离的壳层，其中各层最多可容纳的电子数分别是中各层最多可容纳的电子数分别是(BCE)。A K层层1个个B K层层2个个C L层层8个个 D M层层10个个E M层层18个个第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒23/132二、原子核及其稳定性二、原子核及其稳定性第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒24/1321.原子核的组成及其表示方法原子核的组成及

17、其表示方法第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒25/132 右右下下角角N表表示示核核内内中中子子数数；左左下下角角Z表表示示质质子子数数或或称称电电荷荷数数；左左上上角角A（A=N+Z）称称为为核核内内的的核核子子数数，又又称称质质量量数数。实实际际上上核核素素符符号号X和和质质子子数数Z具具有有唯唯一一、确确定定的的关关系系，所所以以用符号用符号AX足以表示一个特定的核素。足以表示一个特定的核素。 原子核的表示方法原子核的表示方法核子数核子数质子数质子数中子数中子数元素符号元素符号例如：例如：为三个核素，可为三个核素，可表示为表示为核素是指在其核内具有一定数目的中子和质子

18、以核素是指在其核内具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子。及特定能态的一种原子核或原子。第一节 原子和原子核的基本性质 辐射防护与环境保护研究窒26/132 同位素实际上就是同位素实际上就是Z Z相同而相同而A A不同的各核素的总称。不同的各核素的总称。同位素是同位素是指元素周期表中处于同一个位置，它们具有相同的化学性质。指元素周期表中处于同一个位置，它们具有相同的化学性质。例如例如 （氕）、（氕）、 （氘）、（氘）、 （氚）。（氚）。同位素同位素 它们都在第一号位置，所以记作它们都在第一号位置，所以记作1 1H H，由于质量数不同，在，由于质量数不同，在 左上角表示，左上角表

19、示， 简写成简写成1 1H H、2 2H H、3 3H H。氕原子核内仅有氕原子核内仅有一个质子即氢一个质子即氢 氘原子核内有一氘原子核内有一个质子一个中子个质子一个中子 氚原子核内有一氚原子核内有一个质子二个中子个质子二个中子第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒27/132v1932, 1932, 查德威克查德威克（ChadwickChadwick） 发现中子发现中子19351935年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖。海森堡提出原子核由质子和中子组成的假设海森堡提出原子核由质子和中子组成的假设 。中中子为中性粒子，质子为带有单位正电荷的粒子。子为中性粒子，质子为带有单位正电荷的粒子。

20、 第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒28/132第一节 原子和原子核的基本性质 辐射防护与环境保护研究窒29/132常用术语常用术语（1）核素（）核素（nuclide） 核素是指在其核内具有一定数目的中子和质子核素是指在其核内具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子。例如：以及特定能态的一种原子核或原子。例如： 和和 是独立的两种核素，它们有相同的质是独立的两种核素，它们有相同的质量数但原子核内含有不同的质子数；量数但原子核内含有不同的质子数； 和和 是原子核内含有不同的质子数和相同的中子数是原子核内含有不同的质子数和相同的中子数的独立的两种核素；的独立的两种

21、核素； 和和 是独立的两是独立的两种核素，它们的原子核内含有相同的质子数和种核素，它们的原子核内含有相同的质子数和中子数，但核所处的能态是不同的。中子数，但核所处的能态是不同的。第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒30/132 核子数、中子数核子数、中子数、质子数质子数和和能态能态只要有一只要有一个不同，就是不同的核素。个不同，就是不同的核素。 两种核素，两种核素，A A 同，同，Z Z、N N 不同。不同。两种核素，两种核素，N N 同，同，A A、Z Z 不同。不同。两种核素，两种核素，Z Z 同，同，A A、N N 不同。不同。两种核素，两种核素，A A、Z Z、N N

22、 同，能态不同。同，能态不同。第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒31/132第一节 原子和原子核的基本性质 辐射防护与环境保护研究窒32/132 某元素中各同位素某元素中各同位素天然天然含量的原子含量的原子数百分比称为同位素丰度。数百分比称为同位素丰度。同位素丰度同位素丰度99.756%、0.039%、0.205%99.985%、0.015%0.724%、99.276%第一节 原子和原子核的基本性质 辐射防护与环境保护研究窒33/132原子核的稳定性原子核的稳定性第一节 原子和原子核的基本性质 辐射防护与环境保护研究窒34/13299.985%、0.015%放射性同位素放射

23、性同位素 其中，稳定同位素为：其中，稳定同位素为：而而 为放射性同位素为放射性同位素，具有，具有放射性，放射性，放出最大能量为放出最大能量为18KeV18KeV的的射线，其半射线，其半衰期衰期 。 它的产生是宇宙射线与空气中的它的产生是宇宙射线与空气中的N N和和O O发生核反应，称为宇生放射性。发生核反应，称为宇生放射性。 氢的三种同位素具有相同的化氢的三种同位素具有相同的化学性质，但其放射性却不同。学性质，但其放射性却不同。第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒35/132稳定性同位素和放射性同位素稳定性同位素和放射性同位素 根根据据原原子子核核的的稳稳定定性性，可可以以把

24、把核核素素分分为为稳稳定定的的核核素素和和不不稳稳定定的的放放射射性性核核素素。原原子子核核的的稳稳定定性性与与核核内内质质子子数数和和中中子子数数之之间间的的比比例例存存在在密密切切的的关系。关系。 由由于于极极大大多多数数元元素素都都具具有有同同位位素素，虽虽然然现现在在世世界界上上只只发发现现了了近近120种种元元素素，但但其其同同位位素素已已发发现现了了202000多种，即多种，即2000多种核素多种核素。 同同位位素素的的种种类类如如此此繁繁多多，按按不不同同的的分分类类标标准准有有不不同同的的分分类类方方法法。若若按按原原子子核核的的稳稳定定性性来来划划分分，则则可可以以分分为为稳

25、稳定定的的同同位位素素和和不不稳稳定定的的同同位位素素，不稳定的同位素又叫做放射性同位素。不稳定的同位素又叫做放射性同位素。第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒36/132 人工放射性核素是指非天然和自然界的因素生成的人工放射性核素是指非天然和自然界的因素生成的 放射性核素，而是在反应堆或加速器所生成。放射性核素，而是在反应堆或加速器所生成。同位同位 素技术中应用最广泛的放射源素技术中应用最广泛的放射源-钴源（钴源（6060Co Co ）就）就 是在反应堆中生成。是在反应堆中生成。 将金属钴，即将金属钴，即 5959Co Co ，其丰度，其丰度100100 ，放在反应堆，放在

26、反应堆 孔道内，利用中子照射孔道内，利用中子照射 5959CoCo，发生如下核反应：，发生如下核反应： 工业上应用于食品和医疗器具的杀菌、消毒的钴源工业上应用于食品和医疗器具的杀菌、消毒的钴源 （6060CoCo），其活度达几十万至百万居里（），其活度达几十万至百万居里（CiCi）。）。人工放射性核素人工放射性核素第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒37/132题题 例例 单选题例单选题例： 根据原子核的（根据原子核的（ C C ）性，可以把核素分为稳定的核素和）性，可以把核素分为稳定的核素和 不稳定的核素。不稳定的核素。 A A 裂变裂变 B B 衰变衰变 C C 稳定稳定

27、 D D 不稳定不稳定 某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为（某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为（ A A ）。）。 A A 同位素丰度同位素丰度 B B 同位素质量同位素质量 C C 元素的质量元素的质量 D D 核素的质量比值核素的质量比值 原子核的稳定性与核内质子数和中子数之间的比例存在原子核的稳定性与核内质子数和中子数之间的比例存在 （ D D ）的关系。）的关系。 A A 没有没有 B B 稍有稍有 C C 较大较大 D D 密切密切 5959CoCo放在反应堆孔道内照射而成放在反应堆孔道内照射而成6060CoCo，其核反应是由（，其核反应是由（ B B ）引起。）引起

28、。 A A（p p，） B B（n n，） C C（，） D D（，） 多选题例多选题例： 核素是指在其核内具有一定数目的（核素是指在其核内具有一定数目的（B C EB C E）的一种原）的一种原 子核或原子。子核或原子。 A A 电子电子 B B 中子中子 C C 质子质子 D D 原子原子 E E 特定能态特定能态第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒38/1323.质能联系定律质能联系定律第一节 原子和原子核的基本性质 辐射防护与环境保护研究窒39/1324.比结合能比结合能第一节 原子和原子核的基本性质 辐射防护与环境保护研究窒40/132第一节 原子和原子核的基本性质

29、 辐射防护与环境保护研究窒41/132第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒42/132平均结合能（比结合能）曲线平均结合能（比结合能）曲线裂变裂变聚变聚变辐射防护与环境保护研究窒43/132 由上图可知：平均结合能（比结合能）大约由上图可知：平均结合能（比结合能）大约6-9 MeV范围内变化范围内变化（1）轻核区）轻核区 若将平均结合能小的原子核结合成平均结合能大的若将平均结合能小的原子核结合成平均结合能大的原子核时，会伴随能量释放。例如原子核时，会伴随能量释放。例如2H原子核的平均原子核的平均结合能为，结合能为，4He原子核的平均结合能为，将两个原子核的平均结合能为，将两个

30、2H原子核聚变为一个原子核聚变为一个4He核时会释放出很大的能量。核时会释放出很大的能量。同理，将一个同理，将一个2H原子核与一个原子核与一个3H原子核聚变成一个原子核聚变成一个4He原子核并放出一个中子时，也会放出能量。这原子核并放出一个中子时，也会放出能量。这正是聚变堆的物理基础。正是聚变堆的物理基础。（2）质量数）质量数A40-120的的中等原子核区中等原子核区 其平均结合能大，且几乎接近一个常数，。其平均结合能大，且几乎接近一个常数，。第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒44/132（3）重核区）重核区 平均结合能比中等核小，例如铀核的平均结合能平均结合能比中等核小，

31、例如铀核的平均结合能为，当重核裂变成两个中等核时，伴随很大的能为，当重核裂变成两个中等核时，伴随很大的能量释放。若将量释放。若将A236的重原子核分裂成两个质量数的重原子核分裂成两个质量数为为A118的原子核时，则每个核子的结合能可由增的原子核时，则每个核子的结合能可由增至。即一个具有至。即一个具有236个核子的原子核，分裂成两个个核子的原子核，分裂成两个具有具有118个核子的原子核，要释放出个核子的原子核，要释放出236MeV的能的能量。这正是裂变反应堆的物理基础。量。这正是裂变反应堆的物理基础。 比结合能随质量数的变化特征，是核能利用比结合能随质量数的变化特征，是核能利用的基础。的基础。第

32、一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒45/132第一节 原子和原子核的基本性质 辐射防护与环境保护研究窒46/132 对于质量数为中等数值的那些原子核，每对于质量数为中等数值的那些原子核，每一个核子的平均结合能最大；而质量数较大一个核子的平均结合能最大；而质量数较大的重核区，或较小的轻核区的原子核中，核的重核区，或较小的轻核区的原子核中，核子的平均结合能都比较小。子的平均结合能都比较小。 因此，当重原子核分裂成中等质量的核时，因此，当重原子核分裂成中等质量的核时，核子在较轻的核内会结合得更紧密，就可能核子在较轻的核内会结合得更紧密，就可能会大量释放能量，这就是裂变能；当两个较会

33、大量释放能量，这就是裂变能；当两个较轻的核发生聚合时，释放出的能量更大，就轻的核发生聚合时，释放出的能量更大，就是聚变能。是聚变能。结结 论论第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒47/132题例题例 单选题例单选题例：在原子核的质量亏损算式中，在原子核的质量亏损算式中，m(Z, A)为原子核的为原子核的（B）。）。 A 核子数核子数 B 核质量核质量 C 中子数中子数 D 原子序数原子序数 组成氘核的质子和中子质量之和（组成氘核的质子和中子质量之和（C）氘核的质量。）氘核的质量。 A小于小于 B 等于等于 C 大于大于 D 等于两个等于两个 E=mc2称为称为(A)定律。定律

34、。 A 质能联系质能联系 B 万有引力万有引力 C 宇称守恒宇称守恒 D 库仑库仑 多选题例多选题例： 原子能是指原子核结合能发生变化时释放的能量，原子能是指原子核结合能发生变化时释放的能量， 原子能利用的实例有（原子能利用的实例有（ABC）。）。 A 核反应堆核反应堆 B 原子弹原子弹 C 氢弹氢弹 D 激光器激光器 E 氢气复合器氢气复合器第一节 原子和原子核的基本性质辐射防护与环境保护研究窒48/132第二节第二节 原子核的放射性原子核的放射性一、放射性衰变的基本规律一、放射性衰变的基本规律第二节 原子核的放射性 辐射防护与环境保护研究窒49/1321.单一放射性的指数衰减规律单一放射性

35、的指数衰减规律第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒50/132第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒51/132第二节 原子核的放射性 辐射防护与环境保护研究窒52/132放射性衰变的统计规律放射性衰变的统计规律 放放射射性性核核素素的的核核衰衰变变，不不受受任任何何外外来来的的物物理理和和化化学学因因素素的的影影响响，它它完完全全由由原原子子核核的的不不稳稳定定性性来来决决定定。假假定定某某种种放放射射性性原原子子是是高高度度不不稳稳定定的的，那那么么它它将将迅迅速速的的衰衰变变；如如果果是是稍稍微微有有点点不不稳稳定定，那那么么它它就就衰衰变变得得比比较较慢慢。对对于于一

36、一个个具具体体的的不不稳稳定定的的核核来来说说，谁谁也也无无法法预预先先知知道道它它将将在在什什么么时时候候发发生生核核衰衰变变。但但是是对对于于同同一一种种特特定定的的核核素素来来说说，它它的的每每一一个个不不稳稳定定的的核核，在在某某一一时时刻刻发发生生核核衰衰变变的的几几率率都都是是相相等等的的，所所以以核核衰变从总体上说是服从统计规律的。衰变从总体上说是服从统计规律的。 实实验验发发现现，用用加加压压、加加热热、加加电电磁磁场场、机机械械运运动动等等物物理理或或化化学学手手段段不不能能改改变变指指数数衰衰减减规规律律，也也不不能能改改变变其其衰衰变变常常数数。这这表表明明，放放射射性性

37、衰衰变变是是由由原原子子核核内内部运动规律所决定的部运动规律所决定的 。 第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒53/132放射性衰变的统计规律放射性衰变的统计规律 也也就就是是说说，当当同同一一类类核核素素的的许许多多放放射射性性原原子子核核放放在在一一起起时时，我我们们不不能能预预测测某某个个原原子子核核在在某某个个时时刻刻将将发发生生衰衰变变。对对于于许许多多个个放放射射性性原原子子核核来来说说，它它们们不不会会同同时时发发生生衰衰变变，有有的的早早，有有的的晚晚。所所以以，在在实实际际上上，衰衰变变是是一一个个统统计计的的过过程程，大大量量的的相相同同的的放放射射性性原原子子核

38、核会会先先后后发发生生衰衰变变，总总的的效效果果是是随随着着时时间间的的推推移移而而不不断断减减少少，即即放放射射源中的原子核数目按一定的规律减少。源中的原子核数目按一定的规律减少。第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒54/132放射性衰变的指数衰减规律放射性衰变的指数衰减规律 放放射射性性核核素素的的核核衰衰变变服服从从负负指指数数衰衰减减规规律律。任任何何放放射射性性核核素素，不不管管放放射射任任何何射射线线，也也不不管管放放射射性性衰衰变变的的快快慢慢，都都服服从从负负指指数数衰衰减减规规律律，这是一个普遍规律。这是一个普遍规律。A=AA=Ao oe e- t- t 式式中中：

39、Ao在在t t时时，即即原原始始的的放放射射性性核核素素 的活度，的活度，Bq q ； A A在在t t时时刻刻，该该放放射射性性核核素素经经核核衰衰变变 后剩余的活度，后剩余的活度，q q； 放射性核素的衰变常数，放射性核素的衰变常数，1/s ； t t经过的时间，经过的时间，s 。第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒55/132题例题例 单选题例单选题例：在无外界影响下，原子核自发地发生转变的现象在无外界影响下，原子核自发地发生转变的现象 称原子核的（称原子核的（A） A 衰变衰变 B 诱发裂变诱发裂变 C 聚变聚变 D 散裂散裂会自发地转变成另一种原子核或另一种状态并伴会自发地

40、转变成另一种原子核或另一种状态并伴 随发射一些粒子或碎片的原子核是随发射一些粒子或碎片的原子核是(B) A 散射靶核散射靶核 B放射性原子核放射性原子核 C 裂变核裂变核 D 散裂核散裂核 多选题例：多选题例： 原子核衰变有多种形式，如（原子核衰变有多种形式，如（ABCDE）。）。 A 衰变衰变 B 衰变衰变 C 衰变衰变 D 自发裂变自发裂变 E 发射质子的蜕变发射质子的蜕变 第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒56/1322.2.衰变常数、半衰期和平均寿命衰变常数、半衰期和平均寿命 辐射防护与环境保护研究窒57/132第二节 原子核的放射性 辐射防护与环境保护研究窒58/132半

41、衰期半衰期T1/2（1 1） 半半衰衰期期是是指指一一种种放放射射性性原原子子核核总总数数中中有有一一半半发发生生了了衰衰变变所所需需的的平平均均时时间间，用用T1/2表示，单位为表示，单位为s、h等。等。 除了除了外，还可用半衰期外，还可用半衰期T1/2表征放射性表征放射性衰变的快慢。衰变的快慢。 实际上，从上述公式，可得：实际上，从上述公式，可得：第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒59/132半衰期半衰期T1/2（2） 由由此此可可见见，T1/2与与成成反反比比，放放射射性性核核素素的的半半衰衰期期与与衰衰变变常常数数有有一一一一对对应应的的关关系系。知知道道了了半半衰衰期期也

42、也就就等等于于知知道道了了衰衰变变常常数数；反反之之，也也是是一一样样。T1/2越大，衰变越慢；越大，衰变越慢；T1/2越小，衰变越快。越小，衰变越快。 例举一些放射性核素的例举一些放射性核素的T1/2数值。数值。 137Cs T1/2=30.17a 135Cs T1/210-10s； 60Co T1/2； 14C T1/2=5730a； 238U T1/2109a。第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒60/132第二节 原子核的放射性 辐射防护与环境保护研究窒61/132原原子子核核平平均均能能够够存存在在的的时时间间。它是衰变常数的倒数。它是衰变常数的倒数。 平均寿命平均寿命 第

43、二节 原子核的放射性 辐射防护与环境保护研究窒62/1323.放射性的活度和单位放射性的活度和单位第二节 原子核的放射性 辐射防护与环境保护研究窒63/132放射性活度放射性活度 放放射射性性活活度度的的国国际际单单位位（SI）是是s-1，称称为为贝贝可可勒勒尔尔,简称贝可简称贝可,用符号用符号Bq表示。表示。 规定规定 1Bq=1s-1 即每秒衰变即每秒衰变1次为次为1贝可。贝可。 以往的专用单位为居里，记作以往的专用单位为居里，记作Ci， 放射性核素的放射性活度，过去也称放射性强放射性核素的放射性活度，过去也称放射性强 度。它是表征放射性核素特征的物理量之一。度。它是表征放射性核素特征的物

44、理量之一。 放射性活度是指在单位时间内，放射性核素发生放射性活度是指在单位时间内，放射性核素发生 衰变的原子核数，用符号衰变的原子核数，用符号A A表示。表示。 1010Bq第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒64/132第二节 原子核的放射性 辐射防护与环境保护研究窒65/132137Cs的衰变纲图的衰变纲图第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒66/13260Co的衰变纲图的衰变纲图第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒67/132第二节 原子核的放射性 辐射防护与环境保护研究窒68/132比活度比活度 在实际工作中还经常用到在实际工作中还经常用到“比放射性活度比

45、放射性活度”或或“比比活活 度度”的概念。的概念。比放射性活度就是单位质量放射源的比放射性活度就是单位质量放射源的放放 射性活度射性活度，即：，即： a=A/m 式中式中 m为放射源的质量，为放射源的质量， 比放射性活度的单位为比放射性活度的单位为Bq/g 。 衡量一个放射源或放射性样品的放射性的强弱的物衡量一个放射源或放射性样品的放射性的强弱的物 理量，除放射性活度外，还常用理量，除放射性活度外，还常用“衰变率衰变率”这一概这一概 念。设念。设t时刻放射性样品中，某一放射性核素的原子时刻放射性样品中，某一放射性核素的原子 核数为核数为N(t)，该放射性核素的衰变常数为，该放射性核素的衰变常数

46、为 ，我们，我们 把这个把这个放射源在单位时间内发生衰变的核的数目称放射源在单位时间内发生衰变的核的数目称 为衰变率为衰变率J(t) ，则，则 J(t)=N(t)N(t)第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒69/132题例题例 单选题例单选题例：1微居里等于（微居里等于（A）Bq。 4，7，10，12 平均寿命与半衰期关系是（平均寿命与半衰期关系是（ D ）。）。 A 等于等于 B 大于大于 C 小于小于 D 倒数倒数 的单位或量纲为（的单位或量纲为（B）。）。 A 时间时间 B 时间的倒数时间的倒数 C 长度长度 D 长度的倒数长度的倒数 多选题例多选题例：（ABCDE）等手段不能

47、改变放射性核素的衰变常数。）等手段不能改变放射性核素的衰变常数。 A 加压加压 B 加热加热 C 加电磁场加电磁场 D 机械运动机械运动 E 化学反应化学反应 表征该放射性核素衰变的快慢的参数是（表征该放射性核素衰变的快慢的参数是（ACD）。）。 A 衰变常数衰变常数 B 射线能量射线能量 C 平均寿命平均寿命 D 半衰期半衰期 E 平均自由程平均自由程 第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒70/132题例题例 单选题例单选题例：辐照生产放射性核素一般只需要照射辐照生产放射性核素一般只需要照射半衰期的（半衰期的（C）倍时间，即可得到放射）倍时间，即可得到放射性活度为的性活度为的99%

48、的放射源。的放射源。 A 1-2 B 3-4 C 6-7 D 9-10 第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒71/132二、放射系二、放射系1.钍系（钍系（4n系）系） 钍系从钍系从 开始，经过连续开始，经过连续10次衰变，最后到达稳定核素次衰变，最后到达稳定核素 。 由于由于 的质量数的质量数A为为232458，是，是4的整倍数，的整倍数，故称故称4n系。系。2.铀系（铀系（4n2系）系） 铀系由铀系由238U开始，经过开始，经过14次连续衰变而到达稳定核素次连续衰变而到达稳定核素 。该系的核素质量数皆为。该系的核素质量数皆为4n2，故称，故称4n系。系。 3.锕锕-铀系（铀系（4

49、n3系）系） 锕锕-铀系是从铀系是从 开始的，经过开始的，经过11次连续衰变，到达稳定核次连续衰变，到达稳定核素素 。该系核素的质量数可表示为。该系核素的质量数可表示为4n 3 。 在天然存在的放射系中，缺少了在天然存在的放射系中，缺少了4n1系。后来由人工方法系。后来由人工方法才发现了这一放射系，以其中半衰期最长的才发现了这一放射系，以其中半衰期最长的 （镎）命名，（镎）命名，称为镎系（称为镎系（4n1系）。系）。 的半衰期为的半衰期为2.14106a。 第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒72/1321 1、钍系（、钍系（4n4n系）系）辐射防护与环境保护研究窒73/1322 2

50、、铀系（、铀系（4n4n2 2系）系）辐射防护与环境保护研究窒74/1323 3、锕系（、锕系（4n4n3 3系）系）辐射防护与环境保护研究窒75/132三个天然放射性系的特点三个天然放射性系的特点(1)(1)第一个成员有非常长的寿命；第一个成员有非常长的寿命；(2)(2)都有气体成员，且是氡的同位素；都有气体成员，且是氡的同位素；(3)(3)最终的产物都是铅；最终的产物都是铅；(4)(4)只有最后一个元素是稳定的。只有最后一个元素是稳定的。第二节 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒76/1324 4、镎系（、镎系（4n4n1 1系）系）辐射防护与环境保护研究窒77/132题例题例 单选题

51、例单选题例：锕锕-铀放射系又称为（铀放射系又称为（D）系。）系。 A 4n B 4n+1 C 4n+2 D 4n+3由人工方法发现的由人工方法发现的4n+1放射系称为镎系，其中半放射系称为镎系，其中半 衰期最长核素衰期最长核素237Np的半衰期为的半衰期为 (A)。 A 2.14106a B 7.04108a C 4.47109a D 1.411010a 多选题例多选题例：地球上地球上的原生放射性核素都只能维系在处于长期的原生放射性核素都只能维系在处于长期 平衡状态的（平衡状态的（ACD）放射系中）放射系中 。 A 锕锕-铀系铀系 B 镎系镎系 C 铀系铀系 D 钍系钍系 E 钚系钚系 第二节

52、 原子核的放射性辐射防护与环境保护研究窒78/132第三节第三节 核辐射射线及核辐射射线及其与物质相互作用其与物质相互作用第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒79/132一、常用的射线类型及其特征一、常用的射线类型及其特征第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射防护与环境保护研究窒80/132第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒81/1321. 射线射线第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒82/1322. 射线射线第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒83/132第三节 核辐射射线及其与物质相互作用

53、辐射防护与环境保护研究窒84/132 +粒子粒子 原子核原子核 +衰变会有正电子产生，快速运动的正电衰变会有正电子产生，快速运动的正电子通过物质时，子通过物质时，与负电子一样，同核外电子和原与负电子一样，同核外电子和原子核相互作用，产生电离损失、轫致辐射损失和子核相互作用，产生电离损失、轫致辐射损失和弹性散射。弹性散射。能量相同的正电子和负电子在物质中能量相同的正电子和负电子在物质中的能量损失和射程大体相同，但自由正电子是不的能量损失和射程大体相同，但自由正电子是不稳定的。正电子与介质中的电子碰撞会发生湮灭稳定的。正电子与介质中的电子碰撞会发生湮灭过程：过程： e- + e+(0.511MeV

54、)+(0.511MeV)因此，因此，快速运动的正电子通过物质除了发生与电子相同快速运动的正电子通过物质除了发生与电子相同的效应外，还会产生的的效应外，还会产生的 湮灭辐射，在防护上还要湮灭辐射，在防护上还要注意对注意对 射线的防护射线的防护 。 第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒85/132射线和射线和射线射线第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射防护与环境保护研究窒86/1324.中子中子第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射防护与环境保护研究窒87/132题例题例 单选题例单选题例： 受激原子退激时发射的紫外线或受激原子退激时发射的紫外线或X射线叫做（射线

55、叫做（A）。）。 A 原子辐射原子辐射 B 原子核辐射原子核辐射 C 核辐射核辐射 D 热辐射热辐射 电子的静止质量约为质子质量的（电子的静止质量约为质子质量的（A）。）。 A 1/1846 B 4倍倍 C 12倍倍 D 1846倍倍 - -射线是带有一个单位射线是带有一个单位 (A)电子。电子。 A负电荷的负负电荷的负 B正电荷的负正电荷的负 C正电荷的正正电荷的正 D负电负电 荷的正荷的正 多选题例多选题例： 常见核辐射常见核辐射 包括（包括（ABCD）。）。 A 辐射辐射 B 辐射辐射 C 辐射辐射 D 中子辐射中子辐射 E 受激原子退激时发射的受激原子退激时发射的X射线射线产生中子的基

56、本方法有（产生中子的基本方法有（ABC） A 同位素中子源同位素中子源 B 加速器中子源加速器中子源 C 反应堆中子源反应堆中子源 D 核磁共振核磁共振 E 电加热电加热 第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒88/132二、射线与物质相互作用二、射线与物质相互作用第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射防护与环境保护研究窒89/1321.带电粒子与物质相互作用带电粒子与物质相互作用第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射防护与环境保护研究窒90/132第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射防护与环境保护研究窒91/132第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射

57、防护与环境保护研究窒92/132第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒93/132韧韧致致辐辐射射：带带电电粒粒子子在在原原子子核核库库仑仑场场中中被被减减速速或或加加速速，其其部部分分或或全全部部动动能能，转转变变为为连连续续谱谱的的电电磁磁辐辐射射。其其能能量量损损失失称称为辐射损失。为辐射损失。轫致辐射轫致辐射带电粒子能量损失方式之二是辐射带电粒子能量损失方式之二是辐射损失。损失。第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射防护与环境保护研究窒94/132第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒95/132轫致辐射轫致辐射由经典电磁理论可知，由经典

58、电磁理论可知，高速运动的带电粒子受到突高速运动的带电粒子受到突然加速或减速会发射出具有连续能量的电磁辐射，然加速或减速会发射出具有连续能量的电磁辐射，通常称做轫致辐射，能量最小值为通常称做轫致辐射，能量最小值为0，最大值为电，最大值为电子的最大动能。子的最大动能。X射线管和射线管和X光机产生的光机产生的X射线就是射线就是轫致辐射。电子的轫致辐射能量损失率比质子、轫致辐射。电子的轫致辐射能量损失率比质子、 粒子等大得多。例如在速度相同的条件下，质子的粒子等大得多。例如在速度相同的条件下，质子的轫致辐射比轫致辐射比 电子要小电子要小18402=3.4106倍。所以对重倍。所以对重带电粒子的轫致辐射

59、能量损失一般忽略不计。由于带电粒子的轫致辐射能量损失一般忽略不计。由于轫致辐射损失与轫致辐射损失与Z 2成正比，因此，在原子序数大成正比，因此，在原子序数大的物质的物质(如铅如铅, Z=82)中，其轫致辐射能量损失比原中，其轫致辐射能量损失比原子序数小子序数小(如铝如铝Z=13)的物质中大得多的物质中大得多 。第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射防护与环境保护研究窒96/132第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射防护与环境保护研究窒97/132第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射防护与环境保护研究窒98/1322. 射线与物质相互作用射线与物质相互作用第三节 核辐射射线及其与

60、物质相互作用 辐射防护与环境保护研究窒99/132窄束窄束 射线强度的衰减规律射线强度的衰减规律准直器准直器辐射源辐射源屏蔽物屏蔽物第三节 核辐射射线及其与物质相互作用图图1-6 1-6 窄束窄束 射线强度的衰减示意图射线强度的衰减示意图】探测器探测器辐射防护与环境保护研究窒100/132第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒101/132 由此可知，由此可知，射线穿过物质时其注量率随着穿过射线穿过物质时其注量率随着穿过的厚度的厚度x的增加而指数衰减。的增加而指数衰减。称做线性吸收系数，称做线性吸收系数，其单位为其单位为cm-1，它表示，它表示射线穿过单位厚度物质时发射线

61、穿过单位厚度物质时发生相互作用的概率（或被吸收的概率）。生相互作用的概率（或被吸收的概率）。与前面所与前面所述的作用截面述的作用截面的关系为：的关系为： N 式中式中N为吸收物质的原子密度，即单位体积的原为吸收物质的原子密度，即单位体积的原子数。与作用截面一样，线性吸收系数子数。与作用截面一样，线性吸收系数包含了光电包含了光电效应、康普顿效应和电子对效应三者总的贡献。由于效应、康普顿效应和电子对效应三者总的贡献。由于三种效应的作用概率都与入射光子的能量和作用物质三种效应的作用概率都与入射光子的能量和作用物质的原子序数有关，所以的原子序数有关，所以值也随光子能量值也随光子能量h和介质原和介质原子

62、序数子序数Z而变化。而变化。光子能量增高，吸收系数光子能量增高，吸收系数值减小；值减小；介质原子序数高、密度大的物质，线性吸收系数也高。介质原子序数高、密度大的物质，线性吸收系数也高。 第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒102/1322. 射线与物质作用射线与物质作用 能量在几十能量在几十keV和几十和几十MeV的的 射线射线通过物质时主要有通过物质时主要有光电效应、康普光电效应、康普顿效应和电子对效应等三种作用过顿效应和电子对效应等三种作用过程程。这三种效应的发生都具有一定。这三种效应的发生都具有一定的概率。的概率。 射线与物质作用的总截面射线与物质作用的总截面 =

63、 ph+ c + p 。第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒103/132（1）光电效应）光电效应 在光电效应中，入射光子能量的一部分用来克服被在光电效应中，入射光子能量的一部分用来克服被击中电子的结合能，另一部分转化为光电子动能；击中电子的结合能，另一部分转化为光电子动能；原子核反冲能量很小，可忽略不计。原子核反冲能量很小，可忽略不计。原子中束缚得原子中束缚得越紧的电子参与光电效应的概率也越大。因此，越紧的电子参与光电效应的概率也越大。因此，K壳层上打出光电子的概率最大，壳层上打出光电子的概率最大，L层次之，层次之，M、N层层更次之。如果入射光子能量超过更次之。如果入

64、射光子能量超过K层电子结合能，层电子结合能，大约大约80%的光电效应发生在的光电效应发生在K层电子上层电子上 。第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒104/132(1)光电效应光电效应光电子动能：光电子动能：Eeh Bi（ iK，L，M）第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒105/132光电效应的几率与原子序数光电效应的几率与原子序数 Z5成正比；成正比；光电效应的几率与光子能量光电效应的几率与光子能量h 或或h 成反比；成反比；低能光子与高原子序数物质作用，光电效应占优势；低能光子与高原子序数物质作用，光电效应占优势；光电效应主要发生在光电效应

65、主要发生在K层及层及L层电子。层电子。第第 I 阶段：阶段：第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 原子吸收了光子的全部能量，其中一部分消耗于光电原子吸收了光子的全部能量，其中一部分消耗于光电子脱离原子束缚所需的电离能，另一部分就作为光电子脱离原子束缚所需的电离能，另一部分就作为光电子的动能。因此，光电子的动能就是入射光子能量与子的动能。因此，光电子的动能就是入射光子能量与该束缚电子所处电子壳层的结合能之差。对于能量足该束缚电子所处电子壳层的结合能之差。对于能量足够高的入射光子，光电子最可能来自原子中结合得最够高的入射光子，光电子最可能来自原子中结合得最紧的紧的K壳层。壳层。辐射防护与环境保护研

66、究窒106/132第第 II 阶段：阶段：激发态退激激发态退激特征特征X射线射线俄歇电子俄歇电子 入射光子的能量入射光子的能量次次级级电电子子（光光电电子子、俄歇电子）的动能俄歇电子）的动能第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒107/132（2）康普顿效应）康普顿效应 入射入射 光子同原子中外层电子发生碰撞，入射光子光子同原子中外层电子发生碰撞，入射光子仅有一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为仅有一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子；而光子能量减小，变成新光子，叫做反冲电子；而光子能量减小，变成新光子，叫做散射光子，运动方向发生变化，这一过程叫康普散射光子，

67、运动方向发生变化，这一过程叫康普顿散射或效应。顿散射或效应。h和和h分别为入射光子和散射光分别为入射光子和散射光子的能量；子的能量；为散射光子和入射光子间的夹角为散射光子和入射光子间的夹角 ，称做散射角，为反冲电子的反冲角称做散射角，为反冲电子的反冲角 。反冲电子具。反冲电子具有一定动能，等于入射有一定动能，等于入射 光子和散射光子和散射 子光子能量之子光子能量之差。反冲电子在物质中会继续产生电离和激发等差。反冲电子在物质中会继续产生电离和激发等过程，对物质发生作用和影响；散射光子有的可过程，对物质发生作用和影响；散射光子有的可能从物质中逃走，有的留在物质中再发生光电效能从物质中逃走，有的留在

68、物质中再发生光电效应或康普顿效应，最终一部分被物质吸收，一部应或康普顿效应，最终一部分被物质吸收，一部分逃逸出去分逃逸出去 。第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒108/132（2）康普顿效应）康普顿效应第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒109/132动能守恒、动量守恒动能守恒、动量守恒第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒110/132原子核场：原子核场：能量大于能量大于，发生几率大；，发生几率大；电子场电子场 ：能量大于，发生几率很小。：能量大于，发生几率很小。（3）电子对效应）电子对效应 当一定能量的当一定能量的 光

69、子进入物质时，光子进入物质时， 光子在原子核库仑场作光子在原子核库仑场作用下会转化为一对正负电子，这一现象称做电子对效应。用下会转化为一对正负电子，这一现象称做电子对效应。电子对效应发生是有条件的。在原子核库仑场中，只有当电子对效应发生是有条件的。在原子核库仑场中，只有当入射入射 光子的能量光子的能量时才有可能。入射光子的能量首先用于时才有可能。入射光子的能量首先用于转化为正负电子对的静止能量转化为正负电子对的静止能量(0.51MeV + 0.51MeV = 1.02MeV)，剩下部分赋予正负电子的动能。，剩下部分赋予正负电子的动能。 第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射防护与环境保护研

70、究窒111/132“窄束窄束” 射线进入物质主要通过光电效应、康普顿效应和射线进入物质主要通过光电效应、康普顿效应和电子对效应损失其能量。这些效应的发生使原来的电子对效应损失其能量。这些效应的发生使原来的 光子或者不复存在，或者改变了能量成为新的光子，光子或者不复存在，或者改变了能量成为新的光子，偏离了原来的入射方向。因此，我们可以说，偏离了原来的入射方向。因此，我们可以说，入射入射的的 光子一旦同介质发生作用就从入射束中移去光子一旦同介质发生作用就从入射束中移去；只；只有没有同介质发生任何作用的有没有同介质发生任何作用的 光子才沿着原来的方光子才沿着原来的方向继续前进。入射的向继续前进。入射

71、的 光子束中由于同介质作用而被光子束中由于同介质作用而被移去的移去的 光子称做介质对光子称做介质对 光子的吸收。只有理想的光子的吸收。只有理想的准直束才能满足这种要求，称为准直束才能满足这种要求，称为“窄束窄束”。 第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒112/132（4） 射线的吸收射线的吸收 射线穿过物质时其注量率随着穿过的厚度的增射线穿过物质时其注量率随着穿过的厚度的增加而指数衰减。称做线性吸收系数，加而指数衰减。称做线性吸收系数，其单位为其单位为cm-1，它表示，它表示 射线穿过单位厚度物质时发生相射线穿过单位厚度物质时发生相互作用的概率（或被吸收的概率），它包含

72、了光互作用的概率（或被吸收的概率），它包含了光电效应、康普顿效应和电子对效应总的贡献。由电效应、康普顿效应和电子对效应总的贡献。由于三种效应的作用概率都与入射光子的能量和作于三种效应的作用概率都与入射光子的能量和作用物质的原子序数有关，所以用物质的原子序数有关，所以线性线性吸收系数吸收系数 值值也随也随 光子能量和介质原子序数光子能量和介质原子序数Z而变化而变化。 光子光子能量增高，吸收系数能量增高，吸收系数 值减小；介质原子序数高值减小；介质原子序数高密度大的物质，线性吸收系数密度大的物质，线性吸收系数 也高。也高。第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒113/1323

73、.中子与物质相互作用中子与物质相互作用第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射防护与环境保护研究窒114/132中子几乎不与电子相互作用，只能与原子核中子几乎不与电子相互作用，只能与原子核相互作用相互作用中子中子散射散射弹性散射弹性散射 如：快中子与轻介质如：快中子与轻介质非弹性散射非弹性散射 如：快中子与重介质如：快中子与重介质 吸收吸收 辐射俘获辐射俘获 第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒115/132 第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒116/132第三节 核辐射射线及其与物质相互作用 辐射防护与环境保护研究窒117/132题题 例例

74、 单选题例单选题例： 带电粒子通过物质时，与物质的主要的作用是（带电粒子通过物质时，与物质的主要的作用是（A）。）。 A直接电离直接电离 B 化合反应化合反应 C 间接电离间接电离 D 光合作用光合作用 高速运动的带电粒子受到突然加速或减速会发射出具高速运动的带电粒子受到突然加速或减速会发射出具 有连续能量的电磁辐射称为（有连续能量的电磁辐射称为（B） A 电离辐射电离辐射 B 轫致辐射轫致辐射 C 射线射线 D 激光激光 即使很低能量也易深入到原子核内部被俘获而形成复即使很低能量也易深入到原子核内部被俘获而形成复 合核并引起其他核反应的粒子是（合核并引起其他核反应的粒子是（C）。）。 A 光

75、子光子 B 粒子粒子 C 中子中子 D 粒子粒子 多选题例多选题例： 带电粒子通过物质时，与物质的主要直接作用是（带电粒子通过物质时，与物质的主要直接作用是（ABC）。）。 A 直接电离直接电离 B 原子激发原子激发 C 轫致辐射轫致辐射 D 光合作用光合作用 E 光电效应光电效应 射射线通过物质时，直接作用的物理现象主要包括（通过物质时，直接作用的物理现象主要包括（ABC）。）。 A 光电效应光电效应 B 电子对效应电子对效应 C 康普顿效应康普顿效应 D 特征特征X射线射线 E 俄歇电子俄歇电子第三节 核辐射射线及其与物质相互作用辐射防护与环境保护研究窒118/132第四节第四节 原子核反

76、应原子核反应第四节 原子核反应 辐射防护与环境保护研究窒119/132一、核反应的一般描述一、核反应的一般描述1.核反应与反应道核反应与反应道第四节 原子核反应 辐射防护与环境保护研究窒120/132第四节 原子核反应 辐射防护与环境保护研究窒121/1322.核反应分类核反应分类第四节 原子核反应 A（a，a）A*辐射防护与环境保护研究窒122/132 第四节 原子核反应（p，p）12C*辐射防护与环境保护研究窒123/132 第四节 原子核反应（n n，）辐射防护与环境保护研究窒124/132第四节 原子核反应以及（以及（p，）反应等。）反应等。辐射防护与环境保护研究窒125/132第四节

77、 原子核反应辐射防护与环境保护研究窒126/132二、核反应能二、核反应能第四节 原子核反应 辐射防护与环境保护研究窒127/132三、核反应截面三、核反应截面第四节 原子核反应 辐射防护与环境保护研究窒128/132第四节 原子核反应 辐射防护与环境保护研究窒129/132第四节 原子核反应 辐射防护与环境保护研究窒130/132第四节 原子核反应辐射防护与环境保护研究窒131/132题例题例 单选题例单选题例：核反核反应式式A (a, b) B中中, b表示表示( B )。 A 入射粒子入射粒子 B 出射粒子出射粒子 C 剩余核剩余核 D 靶核靶核(,n)属于属于( A )反应反应。 A

78、光核反应光核反应 B 中子反应中子反应 C 电子核反应电子核反应 D 非弹性散射非弹性散射 多选题例多选题例：通常核反应按（通常核反应按（ ABC ）分类。）分类。 A 出射粒子出射粒子 B 入射粒子入射粒子 C 入射粒子能量入射粒子能量 D 出射粒子的电荷出射粒子的电荷 E 靶核的稳定性靶核的稳定性典型的中子核反应有典型的中子核反应有( ABCDE ) A (n, p) B (n,2n) C (n, ) D (n, n) E (n, ) 核反应能可表示为核反应前后系统核反应能可表示为核反应前后系统( ABCD )。 A 动能的变化量动能的变化量 B 结合能的变化量结合能的变化量 C 质量亏损

79、等效的能量质量亏损等效的能量 D 总质量差对应的能量总质量差对应的能量 E 库伦势能的变化库伦势能的变化第四节 原子核反应辐射防护与环境保护研究窒132/132题例题例 单选题例单选题例： 对吸能反应而言，能发生核反应的最小入射粒子动能是对吸能反应而言，能发生核反应的最小入射粒子动能是 ( A )。 A 核反应阈能核反应阈能 B 核反应能核反应能 C 入射粒子的结合能入射粒子的结合能 D 反应产物的动能反应产物的动能 核反应前后系统动能的变化量称为核反应前后系统动能的变化量称为( B )。 A 核反应阈能核反应阈能 B 核反应能核反应能 C 入射粒子的结合能入射粒子的结合能 D 反应产物的动能反应产物的动能 核反应中的各种截面均与入射粒子（核反应中的各种截面均与入射粒子（ C ）有关。）有关。 A质子数质子数 B电荷量电荷量 C能量能量 D中子数中子数 反应截面的物理意义为：一个入射粒子入射到单位面积内反应截面的物理意义为：一个入射粒子入射到单位面积内 只含有一个靶核的靶子上所发生反应的（只含有一个靶核的靶子上所发生反应的（ B ）。）。 A次数次数 B概率概率 C迟早迟早 D快慢快慢第四节 原子核反应