电离辐射基础知识

1、电离辐射基础知识 江苏省辐射环境监测管理站 原子结构模型原子结构模型 原子核由原子核由中子中子和和质子质子组成，中子不带组成，中子不带电，质子带单位正电荷。中子和质子质量相当，电，质子带单位正电荷。中子和质子质量相当，分别约等于一个分别约等于一个原子质量单位原子质量单位。核中中子和质。核中中子和质子统称为核子，数目以子统称为核子，数目以A表示，表示，A称为核子数称为核子数或质量数，核中质子数记为或质量数，核中质子数记为Z，中子数记为中子数记为N。常用如下形式表示一个原子核：常用如下形式表示一个原子核：ZANX 原子核的表示原子核的表示ZANX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

2、 原子核由原子核由中子中子和和质子质子组成，中子不带组成，中子不带电，质子带单位正电荷。中子和质子质量相当，电，质子带单位正电荷。中子和质子质量相当，分别约等于一个分别约等于一个原子质量单位原子质量单位。核中中子和质。核中中子和质子统称为核子，数目以子统称为核子，数目以A表示，表示，A称为核子数称为核子数或质量数，核中质子数记为或质量数，核中质子数记为Z，中子数记为中子数记为N。常用如下形式表示一个原子核：常用如下形式表示一个原子核：ZANX原子的表示原子的表示XZ原子序数化学符号umn00866492. 1 ump00727646. 1 gu241066053873. 11 中子、质子和电子

3、的质量与电荷质量质量(u)电荷电荷(e)中子中子0质子质子1电子电子1ume)1836/1( Ce1910602176462. 11 具有具有相同原子序数相同原子序数但但质量数不同质量数不同的核素的核素称为某元素的称为某元素的同位素同位素。( (即即Z相同，相同，N不同，不同，在元素周期表中处于同一个位置，具有基在元素周期表中处于同一个位置，具有基本相同化学性质。本相同化学性质。) )表示方法表示方法: :238238U U、U-238U-238、铀铀-238-2382).2).同位素（isotope）和同位素丰度23592U23892U铀的二种同位素。铀的二种同位素。11H21H31H氢的三

4、种同位素；氢的三种同位素； 某元素中某元素中各同位素各同位素天然含量天然含量的的原原子数百分比子数百分比称为称为同位素丰度同位素丰度。11H21H99.985%、0.015%16O17O18O99.756%、0.039%、0.205%原子核的结合能 质量和能量都是物质同时具有的两个属性，任何具有一定质量的物体必须与一定的能量相联系 E=mc2 一个原子质量单位相联系的静止质量相应的能量为 931.494013MeV 获得能量： 一是重核裂变，即一个重核分裂成两个中等质量的核，人们依靠重核裂变的原理制造出原子反应堆与原子弹 一是轻核聚变。依靠轻核聚变的原理制造出氢弹和人们正在探索的可控聚变反应。

5、 核衰变 1896年贝可勒尔(A.H.Becquerel)发现了铀的放射现象，这是人类第一次在实验室里观察到原子核现象。 核衰变主要的类型核衰变主要的类型: a a, b b, g g衰变衰变 辐射类型辐射类型 电荷数电荷数/质量质量 穿透本领穿透本领 a a = 氦核氦核 +2q/4mp 纸片纸片 b b electron or positron q/me 或或 +q/me 几毫米金属几毫米金属 g g = 高能光子高能光子 无无 几厘米铅几厘米铅 此外，还有中子发射、质子发射、裂变等原子核的衰变规律原子核的衰变规律 在无外界影响下，原子核自发地发生转变的现象称为原子核的衰变，又叫放射性衰变

6、。 核衰变有多种形式，如衰变， 衰变，衰变，还有自发裂变及发射中子、质子的蜕变过程。137Cs7/2+93.5%6.5%11/2-3/2+m0.6620137Ba铯-137衰变纲图-2.552分131I131Xe-0.7230.6370.36401.6%6.9%90.4%0.6%碘 -131衰 变 纲 图3/2+11/2+5/2+1/2+实验发现: 加压、加热、加电磁场、机械运动等物理或化学手段不能改变指数衰减规律，也不能改变其衰变常数 。放射性衰变是由原子核内部运动规律所决定的。 (2) (2)、半衰期、半衰期 半衰期：放射性核数衰变一半所需的时间，记为 。即：即： )0(2102121Ne

7、NTNT 2121 Te 693. 02ln21 T量纲为：t,如s，h，d，a21T21T放射性的活度和单位 一个放射源的强弱不仅取决于放射性原子核的数量的多少，还与这种核素的衰变常数有关 一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数称为它的放射性活度，通常用符号A表示 放射性活度的单位 由于历史的原因，曾采用居里（Ci）为单位。每秒钟有3.71010次核衰变定义为一个居里，即1Ci=3.71010/s有毫居里 (1mCi=10-3Ci) 微居里（1Ci=10-6Ci） SI单位是秒的倒数（s-1），叫贝可勒尔，简称贝可，符号Bq。1Bq等于放射性物质在1秒钟内有1个原子核发生衰变。其表达式如下

8、： lBq=1次衰变秒 1Bq=1/s 显见， 1Ci=3.71010Bq 放射性活度仅仅是指单位时间内原子核衰变的数目，而不是指在衰变过程中放射出的粒子数目。 例如Cs-137有100个原子核发生衰变，放出 1.17MeV的电子有6个； 0.512MeV的电子有94个； 并伴随0.662MeV光子94个 共放出194个粒子，但活度是100贝可。(4)、比活度、比活度 (Specific Activity)定义为：定义为：单位质量单位质量放射源的放射性放射源的放射性活度活度。 比活度比活度反映了放射源中反映了放射源中放射性物质放射性物质的的即：即：mAa/ 单位为：单位为：Bq/g ，或或 B

9、q/kg电离辐射电离辐射源源 辐射主要包括辐射主要包括: : 1. 1. 电离辐射电离辐射（通常称（通常称放射性放射性） 2. 2. 电磁辐射（非电离辐射）电磁辐射（非电离辐射）人体受到照射的辐射来源及其水平人体受到照射的辐射来源及其水平天然辐射是人类的主要辐射来源天然辐射宇宙射线宇宙射线宇生放射性核素宇生放射性核素原生放射性核素原生放射性核素 一般场所：一般场所： 天然本底为 2.3mSv/a, 多为内照射 (222Rn, 60%)一、天然本底照射一、天然本底照射正常本底地区天然辐射源致人体的年有效剂量正常本底地区天然辐射源致人体的年有效剂量江苏省天然辐射所致居民剂量江苏省天然辐射所致居民剂

10、量 年有效剂量当量年有效剂量当量（mSv） 集体年有效剂量当量辐射类型 （104人Sv） 室 外 室 内 合 计陆地辐射 0.09 0.39 0.48 3.0宇宙射线 0.07 0.16 0.23 1.5天然贯穿辐射 0.16 0.55 0.71 4.5注:室内外居留因子取0.72/0.28，屏蔽因子取楼0.8/平0.9人工辐射源 人工辐射源是由于人工生产活动产生的辐射源。人工辐射源主要有核设施、核技术应用的辐射源和核试验落下灰等。电离辐射与物质的相互作用 射线，指的是如X射线、g射线、a射线、b射线等，本质都是辐射粒子。 射线与物质相互作用是辐射探测的基础，也是认识微观世界的基本手段。 这里

11、讨论的对象为电离辐射。辐射能量大于10eV，即可使探测介质的原子发生电离的能量。 v 辐射: 带电粒子辐射 非带电粒子辐射 射线与物质相互作用的分类射线与物质相互作用的分类带电粒子辐射带电粒子辐射不带电粒子辐射不带电粒子辐射重带电粒子重带电粒子中子中子快电子快电子X射线和射线和 g g射线射线fTdp,a a e b b带电粒子能量损失方式之一-电离损失 入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用，使电子获得能量而引起原子的电离或激发。 电离核外层电子克服束缚成为自由电子，原子成为正离子。激发使核外层电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态，退激发光。带电粒子能量损失方式之二-辐射损失 入

12、射带电粒子与原子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，伴随着发射电磁辐射轫致辐射(Bremsstrahlung)。它是X射线的一种，具有连续的能量分布。射程 射程射程( (Range) )的定义带电粒子的定义带电粒子沿入射方向沿入射方向所行所行径的径的最大距离最大距离，称为入射粒子，称为入射粒子在该物质中在该物质中的的射程射程R。入射粒子在物质中行径的入射粒子在物质中行径的实际轨迹的长度实际轨迹的长度称作称作路程路程( (Path) )。 重带电粒子重带电粒子的的质量大质量大，与物质原子相互作用时，与物质原子相互作用时，其其运动方向几乎不变运动方向几乎不变。因此，。因此，重带电粒子的射程与其重带电粒子的射程与其路程相近路程相近。 射线与物质相互作用特点： g光子是通过次级效应与物质的原子或原子核外电子作用 次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。 g g1.光电效应2.康普顿效应 2.3 2.3 电子对生成效应：电子对生成效应