卫生监督培训——核物理基础

1、全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院一、原子与原子核一、原子与原子核二、放射性二、放射性三、放射性活度与单位三、放射性活度与单位四、放射性衰变规律四、放射性衰变规律五、放射性平衡五、放射性平衡六、核反应六、核反应七、核裂变与核聚变七、核裂变与核聚变八、人工放射性生长八、人工放射性生长主要内容主要内容全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院一、原子与原子核一、原子与原子核全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院定义：组成

2、物质的微小单元定义：组成物质的微小单元构成：原子核构成：原子核 + + 核外电子核外电子原原 子子全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院原子结构模型全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院原子模型原子模型类似太阳系类似太阳系太阳太阳- -原子核原子核行星行星- -核外电子核外电子全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院组成：组成： 质子质子 + + 中子中子 数目：数目： Z Z个质子，个质子， N N个中子个中子质子电

3、荷：质子电荷： + +e e原子核电荷：原子核电荷： + +ZeZe中子电荷：中子电荷： 不带电不带电原子核原子核全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院原子电中性： 整体对外表现出来的电荷为0 核外电子数： 等于核内质子数 Z原子核外电子原子核外电子数数全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院质量单位：质子质量：1.007276 u 中子质量：1.008665 u电子质量：1/1836 u原子质量原子质量kgCu27121066. 11211原子质量原子质量全国放射卫生监督员培

4、训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院原子质量数原子质量数原子质量：原子质量：原子质量数原子质量数：A AANZZmNmZmmenpa全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数 1 mol1 mol单原子物质的质量：单原子物质的质量：比如：比如：1 1克氢气、克氢气、6060克克6060CoCo，197197克黄金均含有相同的原克黄金均含有相同的原子数子数N NA AmolNA/.原子或分子原子或分子2310026)(1066. 11002. 62423gAAgm全国放射

5、卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院化学性质：取决于原子核外电子数化学性质：取决于原子核外电子数Z Z元素：元素： 所有具有相同所有具有相同Z Z的一类原子的一类原子存在情况：自然界有存在情况：自然界有100100多种元素，多种元素， 大多数为天然存在，少数人工产生大多数为天然存在，少数人工产生原子的化学性质原子的化学性质全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院原子符号表示原子符号表示 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

6、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质量质量数数A质子数质子数Z中子数中子数N元素符号元素符号X全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院将元素按照 Z 的顺序，有规律排列形成的一张表Z 称为原子序数元素周期表元素周期表全国放射卫生

7、监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院同位素：同位素：质子数相同、在周期表中占相同位置，中子质子数相同、在周期表中占相同位置，中子 数不同的数不同的原子，称为某一元素的同位素。原子，称为某一元素的同位素。同量异位素：同量异位素：相同质量数的原子的总称。相同质量数的原子的总称。核素：核素： 相同质子数和中子数的原子核的总称相同质子数和中子数的原子核的总称同中子素：同中子素：同核异能素：同核异能素：常用名词常用名词全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员

8、培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院实例实例同位素：如同位素：如1 1H H、 2 2H H 、 3 3H H ， 1212C C、 1313C C 、 1414C C 3939K K、 4040K K 、 4141K K 234234U U、 235235U U 、 238238U U同量异位素：同量异位素： 4040ArAr、 4040K K 、 4040CaCa全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院核素的种类核素的种类人类已经发现了人类已经发现了20002000多种核素多种核素有近有近300300种种核素是

9、稳定的，其余都是不稳定核素核素是稳定的，其余都是不稳定核素全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院核素图（部分）核素图（部分）全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院在核素图上表在核素图上表示的不同种类示的不同种类的原子核的原子核 稳定线稳定线全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院原子与原子核的大小原子与原子核的大小原子大小：原子大小：原子核半径：原子核半径： mnm101010.mfm15101fmAR3141/.全国

10、放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院原子核密度原子核密度核密度：核密度：不可压缩性：密度为常数不可压缩性：密度为常数31433433410661411cmguRAuVm/.全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院能量单位：能量单位： 国际单位焦尔国际单位焦尔, 1J , 1J 原子能单位：原子能单位： 1eV = 11eV = 1电子伏特电子伏特 = 1.6= 1.61010-19 -19 J J派生单位：派生单位： 1keV = 101keV = 103 3eV, eV, 1M

11、eV = 10 1MeV = 106 6eVeV能量及其单位能量及其单位全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院原子核质量亏损：原子核质量亏损：所有原子核都有正的质量亏损：所有原子核都有正的质量亏损：原子核质量亏损原子核质量亏损anpmNmZmm全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院质能关系质能关系质量亏损对应放出能量：质量亏损对应放出能量：1 1克质量完全转化为能量：克质量完全转化为能量：101014 14 J J相当于相当于25002500吨标准煤燃烧吨标准煤燃烧2mCE全

12、国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院二、放射性二、放射性全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院放射性放射性 原子核自发地放射出某种粒子或原子核自发地放射出某种粒子或射线的现象，射线的现象，称为放射性。称为放射性。放射性不受物理、化学等环境条件的影响，放射性不受物理、化学等环境条件的影响，是原子核的内在特征。是原子核的内在特征。全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院放射性的发现放射性的发现18961896年贝可勒尔（年

13、贝可勒尔（H.BequerelH.Bequerel）发现铀矿能发射出穿透力很强发现铀矿能发射出穿透力很强的不可见射线，并使照相底片的不可见射线，并使照相底片感光。感光。全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院射线在电场中的偏转射线在电场中的偏转全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院射线在磁场中的偏转射线在磁场中的偏转全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院放射性种类放射性种类 ： 在电在电/ /磁场中偏转，与带正电荷离子

14、流相同；磁场中偏转，与带正电荷离子流相同； ： 在电在电/ /磁场中偏转，与带负电荷粒子流相同；磁场中偏转，与带负电荷粒子流相同； ： 在电在电/ /磁场中磁场中不不偏转，电中性。偏转，电中性。 ： 2 2HeHe2 2 原子核；原子核； ： 电子；电子； ： 光子，电磁波；光子，电磁波；n: n: 中子，在电磁场中不偏转中子，在电磁场中不偏转全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院放射性来源于原子核的衰变：放射性的来源放射性的来源不稳定的核素不稳定的核素 衰变衰变稳定的核素稳定的核素全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大

15、学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院衰变类型衰变类型 衰变衰变 衰变衰变 衰变衰变 衰变衰变 衰变衰变电子俘获电子俘获EC 跃迁跃迁内转换内转换IC全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院衰变衰变原子核自发地放出原子核自发地放出粒子而发生的转变粒子而发生的转变HeRnRa42222226例如：例如：全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院衰变的表达式与守恒量衰变的表达式与守恒量2N 2Z Z 4AAXYXYXYN中中子子数数守守恒恒：电电荷荷数数守守恒恒：质质量量数数守

16、守恒恒：YX4A2ZAZ一般衰变表达式：一般衰变表达式：全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院衰变能与衰变能与粒子粒子动能动能dyd2yxdEA4E EA4AE )cm-m(mE 反冲核动能：反冲核动能：粒子动能：粒子动能：衰变能：衰变能：全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院粒子特征特征能量：能量： 一般来说，一般来说， 粒子能量粒子能量 4-8 MeV4-8 MeV，能量单一。，能量单一。穿透能力：穿透能力：非常弱，非常弱，在空气中的射程约几厘米在空气中的射程约几厘米。

17、在固体材料中的射程在固体材料中的射程10-2010-20微米。微米。一张薄纸就能挡住。一张薄纸就能挡住。重核才具有重核才具有衰变衰变 （A150A150）全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院常见的常见的衰变源衰变源 源源 能量能量 空气空气 自身材料自身材料210210PoPo： 5.3MeV 3.84cm 0.002cm5.3MeV 3.84cm 0.002cm238238PuPu： 5.445,5.499MeV 4.1cm 0.002cm5.445,5.499MeV 4.1cm 0.002cm241241AmAm： 5.443,

18、5.486MeV 4.1cm 0.002cm5.443,5.486MeV 4.1cm 0.002cm全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院衰变衰变原子核自发地放射出电子或正电子或俘获一原子核自发地放射出电子或正电子或俘获一个轨道电子而发生的转变个轨道电子而发生的转变衰变衰变- -衰变衰变放射出电子：放射出电子：+ +衰变衰变放射出正电子：放射出正电子：俘获轨道电子：俘获轨道电子：_A1ZAZeYXeYXA1 -ZAZYeXA-1ZAZ全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院衰变

19、能与衰变能与粒子动能粒子动能衰变能：衰变能：衰变能的分配：衰变能的分配：yEEE2eyxd)cm-m(mE粒子粒子中微子中微子反冲核反冲核全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院衰变特点衰变特点电子：电子： 放出的射线是电子放出的射线是电子能量连续：能量连续： 从很低能量到接近衰变能从很低能量到接近衰变能穿透力不强：纸张，铝箔穿透力不强：纸张，铝箔伴随粒子：伴随粒子： 中微子中微子，穿透力极强！穿透力极强！韧致辐射：韧致辐射： 屏蔽材料选择屏蔽材料选择 +e+e： 对于正电子，存在电子对效应对于正电子，存在电子对效应质量数守恒：衰变过程

20、中，质量数质量数守恒：衰变过程中，质量数A A保持不变保持不变全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院常用的常用的放射源放射源低能源：低能源：5555Fe(5.6keV), Fe(5.6keV), 3 3H(18.5keV), H(18.5keV), 63 63Ni(65.8keV)Ni(65.8keV)中能源：中能源：1414C(156keV), C(156keV), 147147Pm(224keV),Pm(224keV), 204 204Tl(763keV)Tl(763keV)高能源：高能源：3232P(1710keV), P(17

21、10keV), 8989Sr(1460keV),Sr(1460keV), 106 106Ru-Ru-106106Rh(3541keV)Rh(3541keV)全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院跃迁跃迁原子核从高激发态到低激发态跃迁时，放出光原子核从高激发态到低激发态跃迁时，放出光子的过程子的过程EiEffiEE E全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院跃迁特点跃迁特点跃迁中原子核只是能量状态的转变跃迁中原子核只是能量状态的转变跃迁中跃迁中原子核的质量数和电荷数保持不变原子核

22、的质量数和电荷数保持不变 能量从几十能量从几十keVkeV到几个到几个MeVMeV放射源一般伴随着放射源一般伴随着 、粒子的发射粒子的发射。全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院中子中子组成原子核的粒子组成原子核的粒子不带电不带电穿透力极强，屏蔽困难穿透力极强，屏蔽困难生物损伤大生物损伤大全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院137Cs 衰变纲图衰变纲图661.66 85.0% e9.6%30.17 y0661.662.55 m11/23/2 7/2)Ba(13756稳稳定定

23、Cs137550 511.6 94.6% 9.6 1173.2 5.4% 12.1全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院60Co的衰变的衰变60Co5.3a60Ni全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院三、放射性活度及单位三、放射性活度及单位全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院活度定义活度定义活度：一个放射源，在单位时间内衰变的原子核数目。用于衡一个放射源，在单位时间内衰变的原子核数目。用于衡量放射性的强弱。量放射

24、性的强弱。放射源质量的多少不能用于衡量放射性的强弱。放射源质量的多少不能用于衡量放射性的强弱。射线强度：单位时间内放射出的某种射线的数目。单位时间内放射出的某种射线的数目。对于有些放射源，活度与射线强度相等，有些放射源，活度不对于有些放射源，活度与射线强度相等，有些放射源，活度不等于射线强度。等于射线强度。比活度：放射源单位质量的活度。用于衡量放射源的纯度。放射源单位质量的活度。用于衡量放射源的纯度。全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院活度单位活度单位放射性活度的国际单位为放射性活度的国际单位为BqBq( (贝可勒尔贝可勒尔) )1

25、 1贝可：贝可： 1Bq=11Bq=1次衰变次衰变/ /秒秒强度单位：强度单位： 1Bq=11Bq=1个射线个射线/ /秒秒常用旧单位：居里常用旧单位：居里 CiCi 1Ci = 3.7 1Ci = 3.7101010 10 BqBq 1mCi = 3.7 1mCi = 3.710107 7 BqBq 1uCi = 3.7 1uCi = 3.710104 4 BqBq比活度单位：比活度单位： Bq/kg, CiBq/kg, Ci/kg/kg全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院比活度理论最大值比活度理论最大值一个放射源，如果由纯的放射

26、性原子核组成，一个放射源，如果由纯的放射性原子核组成， 它的比放射性有一个理论最大值：它的比放射性有一个理论最大值： 比如比如 6060CoCo： 4.24.210101616 Bq Bq/kg (/kg (1.231.2310106 6CiCi /kg/kg) )实际：实际： 101014-1514-15 Bq Bq/kg (10/kg (104 4-10-105 5 CiCi /kg)/kg)全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院四、放射性衰变规律四、放射性衰变规律全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防

27、护学院苏州大学放射医学与防护学院核数目的衰变规律核数目的衰变规律放射性放射性原子核数目随时间的变化关系：原子核数目随时间的变化关系： 衰变常数：衰变常数： 在单位时间内每个原子核的衰变几率在单位时间内每个原子核的衰变几率。teNN0dtNdN /全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院222Rn衰减曲线衰减曲线-直角坐标直角坐标全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院衰减曲线衰减曲线-对数坐标对数坐标全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学

28、放射医学与防护学院活度衰变规律活度衰变规律活度与源数目、衰变常数的关系活度与源数目、衰变常数的关系tteAeNNA00全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院半衰期半衰期 T1/2定义：定义：放射性原子核衰减到原来数目的一半需要的时间。放射性原子核衰减到原来数目的一半需要的时间。半衰期与衰变常数的关系：半衰期与衰变常数的关系：693021./T2/1/002TttAeNNA全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院实例实例1 1、已知、已知137137CsCs的半衰期为的半衰期为3

29、030年，目前的活度为年，目前的活度为 100100万万CiCi，求，求9090年后活度为多少？年后活度为多少？2 2、已知、已知6060CoCo的半衰期为的半衰期为5.275.27年，目前的活度为年，目前的活度为 100100万万CiCi，估算，估算1515年后的活度为多少？年后的活度为多少？3 3、求、求1Ci1Ci的的6060CoCo所含的原子核数目与核质量。所含的原子核数目与核质量。4 4、求纯、求纯6060CoCo的理论上的比活度？的理论上的比活度？5 5、制得、制得137137CsCs放射源，放射源， 137137CsCs的质量仅有的质量仅有1 1毫克，毫克， 求放射性活度？求放射

30、性活度？全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院五、放射性平衡五、放射性平衡全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院 原子核衰变往往是一代又一代地连续衰变，直原子核衰变往往是一代又一代地连续衰变，直到最后达到稳定为止，这种衰变叫做递次衰变。到最后达到稳定为止，这种衰变叫做递次衰变。举例：举例：)(ZrY稳定稳定909090Sr 母体母体子体子体第二代子体第二代子体递次衰变递次衰变全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院递次

31、衰变中原子核数目和放射性活度的变化关系递次衰变中原子核数目和放射性活度的变化关系 t t时刻的原子核数目时刻的原子核数目 N N1 1 N N2 2 N N3 3母体母体子体子体第二代子体第二代子体半衰期半衰期 T T1 1 T T2 2衰变常数衰变常数 1 1 2 2 0 0时刻的原子核数目时刻的原子核数目 N N1010 0 0 0 0ABC全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院母体母体A A原子核数目的变化服从原子核衰变规律：原子核数目的变化服从原子核衰变规律：teN)t (N1101 子体子体B B的核数目变化情况：的核数目变

32、化情况：111NdtdN 22112NNdtdN全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院 各代各代子体原子核的衰变子体原子核的衰变，不再是简单指数规律不再是简单指数规律，而，而与前面各代衰变常数都有关。与前面各代衰变常数都有关。子体子体B B的原子核数目随时间的变化：的原子核数目随时间的变化：)ee(N)t (Ntt,21011212 在连续放射性衰变中：在连续放射性衰变中： 母体原子核的衰变母体原子核的衰变，服从简单的指数衰减规律；，服从简单的指数衰减规律；全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大

33、学放射医学与防护学院有三种情况：长期平衡有三种情况：长期平衡 暂时平衡暂时平衡 不平衡不平衡问题：问题： 在递次衰变链中，时间足够长后，子体在递次衰变链中，时间足够长后，子体的衰变规律会出现什么情况？的衰变规律会出现什么情况？)(21稳定CBA1T2T全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院 T T1 1 T T2 2 或者或者 1 1 T T2 2 或者或者 1 1 55T T2 2 ) )，)()(121102121tNeNtNt 即：即：)()(2211tNtN)()(21tAtA 时间足够长，子体母体之间出现长期平衡，时间足够长

34、，子体母体之间出现长期平衡，子体的放射性活度与母体相同，达到饱和。子体的放射性活度与母体相同，达到饱和。全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院子体单独存放时的活度子体单独存放时的活度子体放射性活度子体放射性活度母体放射性活度母体放射性活度母子体的总放射性活度母子体的总放射性活度全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院 不成平衡不成平衡T T1 1 2 2，母体衰变比子体快。，母体衰变比子体快。例如例如：)(XeITe稳定稳定131541315313152 25.0m8.04h条

35、件：条件：全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院 根据子体根据子体B B的原子核数目随时间的变化，的原子核数目随时间的变化，)()(21101212tteeNtN当时间足够长，母体几乎全部衰变，转变成子体，当时间足够长，母体几乎全部衰变，转变成子体，子体按照自己的衰变常数衰变，子体母体之间不会出子体按照自己的衰变常数衰变，子体母体之间不会出现平衡。现平衡。 当当t t足够大时，足够大时，teNtN2102112)(0)(1101teNtN全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院

36、天然放射系天然放射系放射系：放射系：l钍系钍系l铀系铀系l锕系锕系全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院钍系钍系从从232Th开始，经过开始，经过十次连续衰变，最后十次连续衰变，最后到稳定核素到稳定核素 208Pb。 母体母体 232Th 的半衰期的半衰期为为1.411010年。子年。子体半衰期最长的是体半衰期最长的是228Ra，为，为5.76年。年。全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院 核核 素素 衰变方式衰变方式 半衰期半衰期 粒子能量（粒子能量（MevMev）（分支比

37、）（分支比） 232Th 1.411010y 4.01(76),3.95(24) 228Ra 5.76 y 0.048(70),0.024(30) 228Ac 6.13 y 1.19(35),1.76(20) 2.10(13),0.62(6) 228Th 1.931y 5.42(71),5.34(28) 224Ra 3.661d 5.684(95),5.45(5) 220Rn 55.6s 6.29(99.9),5.75(0.07) 216Po 0.15s 6.77(100) 212Pb 10.64h 0.34(81),0.58(14) 212Bi , 60.6min 2.25(54),1.25

38、(5) 6.05(25),6.09(10) 212Po 3.0101-7s 8.78(100) 208Tl 3.053min 1.80(49),1.29(24) 1.52(23),1.04(4) 208Pb 稳定 钍系钍系全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院铀系铀系从从238U开始，经过开始，经过14次次连续衰变，最后到稳连续衰变，最后到稳定核素定核素206Pb。母体母体 238U 的半衰期为的半衰期为4.468109年。年。子体半衰期最长的是子体半衰期最长的是234U，为，为2.45105年。年。全国放射卫生监督员培训全国放射卫生

39、监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院核核 素素 衰变方式衰变方式 半衰期半衰期 粒子能量（粒子能量（MevMev）（分支比）（分支比） 238U 4.468109y 4.20(75),4.15(25)234Th 24.10d 0.19(81),0.10(19) 234mPa 1.175min 1.29(98) 234Pa 6.75h 0.51(66),0.23(14), 0.73(11),1.02(7) 234U 2.45105y 4.77(72),4.72(28) 230Th 8104y 4.68 (76),4.62 (23) 226Ra 1600y 4.78(9

40、4),4.598(5) 222Rn 3.824d 5.486(99) 218Po , 3.05min 6.00(99.98), 0.27(0.02) 214Pb 26.8min 0.69(42),0.74(36),1.03(6) 212Bi , 19.7min 3.28(20),1.51(18),1.55(15),5.45,5.511(0.02) 214Po 1.6410-4s 7.688(100) 210Tl 1.30min 1.9(56),1.3(25),2.3(19) 210Pb 22.3y 0.017(81),0.063(19) 210Bi 5.01d 1.160(99+) 210Po

41、 138.4d 5.305(100) 206Pb 稳定铀系铀系全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院从从235U开始，经过开始，经过11次连续衰变，最后到次连续衰变，最后到稳定核素稳定核素207Pb。母体母体235U的半衰期为的半衰期为7.038108年。年。子体半衰期最长的是子体半衰期最长的是231Pa,为为3.28104年。年。锕系锕系全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院 核核 素素 衰变方式衰变方式 半衰期半衰期 粒子能量（粒子能量（MevMev）（分支比）（分支比）

42、l 235235U U 7.037.0310108 8y y 4.396(57),4.37(18)4.396(57),4.37(18)l 231231ThTh 25.52h 0.30(46),0.22(27) 25.52h 0.30(46),0.22(27)l 231231Pa Pa 3.283.2810104 4y y 5.01(24),5.02(23),4.95(22)5.01(24),5.02(23),4.95(22)l 227227AcAc, 21.773d 0.044, 21.773d 0.044, (98.6), 4.95(0.7),4.94(0.5) (98.6), 4.95(0

43、.7),4.94(0.5)l 227227Th Th 18.718d 6.03(25),5.976(23),5.755(20),18.718d 6.03(25),5.976(23),5.755(20),l 223 223FrFr 21.8min 1.10, 21.8min 1.10,l 223223Ra Ra 11.435d11.435d 5.71(53),5.605(24), 5.745(9),5.538(9),5.71(53),5.605(24), 5.745(9),5.538(9),l 219219Rn Rn 3.96s 6.817(81),6.551(12),6.423(7),3.96

44、s 6.817(81),6.551(12),6.423(7),l 215215Po Po 1.781.781010-3-3s s 8.384(100)8.384(100)l 211 211PbPb 36.1min 1.37(92),0.53(6), 36.1min 1.37(92),0.53(6),l 211211Bi Bi , 2.15min 6.62(84),6.28(16), 2.15min 6.62(84),6.28(16). 0.59,. 0.59,(0.3)(0.3)l211211Po Po 0.516s 7.45(99),6.89(0.5),0.516s 7.45(99),6.8

45、9(0.5), l 207207TlTl 4.77min 1.43(99) 4.77min 1.43(99)l 207207Pb Pb 稳定稳定锕系锕系全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院六、核反应六、核反应全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院核反应的基本概念核反应的基本概念定义：原子核与原子核、或者原子核与其他粒子之间相互定义：原子核与原子核、或者原子核与其他粒子之间相互作用引起的各种变化作用引起的各种变化表示：表示：概念：入射粒子、靶核，出射粒子、剩余核概念：入射粒子

46、、靶核，出射粒子、剩余核 BbaAbBAa),(全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院反应道反应道发生反应的一个途径，称为反应道发生反应的一个途径，称为反应道，如：，如：入射道、出射道入射道、出射道：npCuCupnpCuCup261636263HeBenHeLid4747全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院核反应中的守恒量核反应中的守恒量电荷电荷质量数质量数能量能量动量动量角动量角动量宇称宇称全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学

47、放射医学与防护学院反应能反应能核反应中释放出来的能量称为反应能核反应中释放出来的能量称为反应能反应能的来源：质量亏损反应能的来源：质量亏损放能反应：放能反应： Q0Q0， 吸能反应：吸能反应：Q0Q0如：如：2)(cmmmmQBbAaQbBAaMeVpONMeVHeLid19. 14 .22171446全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院反应截面与产额反应截面与产额反应截面定义：反应截面定义：截面单位截面单位：靶恩：靶恩( b) 1b = 10( b) 1b = 10-24 -24 cmcm2 2反应产额定义反应产额定义：平均每个入

48、射粒子引起的反应数：平均每个入射粒子引起的反应数反应产额与靶材料状态有关反应产额与靶材料状态有关ssNIINII00dNNIIYvs0/全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院核反应类型核反应类型低能核反应：低能核反应： 30MeV/A30MeV/A高能核反应：高能核反应： 1000MeV/A1000MeV/A中子核反应：中子核反应： (n,(n,), (n,p), (n,2n), (n,p), (n,2n)带电粒子核反应：带电粒子核反应：(p,n), (d,n), (p,n), (d,n), (,pn) )光核反应：光核反应： ( (

49、,n), (), (,p) )重离子核反应：重离子核反应：全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院实现核反应的方法实现核反应的方法加速器加速器反应堆反应堆放射性同位素放射性同位素宇宙射线宇宙射线全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院七、核裂变与核聚变七、核裂变与核聚变全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院核裂变是一个大原子核分裂成两个或者多个中等质量原子核的变化。二分裂变（占主要）三分裂变（少部分，0.3%）核裂变的基

50、本概念核裂变的基本概念全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院原子核自发产生的裂变，如：原子核自发产生的裂变，如：252252CfCf： T T1/2 1/2 = 2.6a = 2.6a 裂变中子源裂变中子源254254CfCf： T T1/2 1/2 = 60.5 d= 60.5 d238238U U： T T1/2 1/2 = 1= 110101616a a235235U U： T T1/2 1/2 = 3.5= 3.5101017 17 a a242242AmAm： T T1/2 1/2 = 9.5= 9.5101011 11 a

51、 a自发裂变自发裂变全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院由中子轰击才能引起的核裂变，如：由中子轰击才能引起的核裂变，如：QnSrXeUnU2943814054*23623592QnIYUnU3137539939*23923892诱发裂变诱发裂变全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院如果出射粒子也是中子，称为中子与原子核的散射。l弹性散射：弹性散射： 散射后系统总动能不变散射后系统总动能不变（n，n）,nl非弹性散射：非弹性散射：散射后系统总动能减少散射后系统总动能减少（n，

52、n）, n辐射俘获：出射粒子是射线 （n, ）, c慢中子及中能中子与核作用，主要以弹性散射、辐射俘获为主。裂变： f中子与核的作用中子与核的作用全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院不同能量的中子，引起的裂变几率不一样。对于238U，存在一个阈能，只有中子能量大于阈能时，才能引起裂变。对于235U，热中子就可以引起裂变，且有较大截面。中子能量高时截面反而小。0.025eV2MeV235Uf=583b c=98bf= 1 c=0.1b238Uf = c=2.7bf= 0.5 c=0.1b截面与中子能量关系截面与中子能量关系全国放射卫生

53、监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院热中子就可以引起裂变的核素，称为易裂变热中子就可以引起裂变的核素，称为易裂变核，又称核燃料，核，又称核燃料， 如如 23233 3U U、235235U U、239239PuPu。快中子才能引起其裂变的核素，称为可裂变快中子才能引起其裂变的核素，称为可裂变核，如核，如238238U U。核燃料核燃料全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院裂变产物是指核裂变后产生的所有裂变碎片及其衰裂变产物是指核裂变后产生的所有裂变碎片及其衰变产物。变产物。中子、中子、

54、射线、射线、粒子、中微子，以及其他带电粒粒子、中微子，以及其他带电粒子等如子等如粒子，是上述碎片衰变时放出的粒子。粒子，是上述碎片衰变时放出的粒子。对裂变产物及其分布的研究，对于反应堆的设计、对裂变产物及其分布的研究，对于反应堆的设计、运行、控制，对乏燃料的处理处置等均具有重要运行、控制，对乏燃料的处理处置等均具有重要的意义。的意义。裂变产物裂变产物全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院235235U U裂变初级碎片裂变初级碎片元素符号半衰期氢1H212.26a氪36Kr4910.7a锶38Sr5228a钇39Y5259d锆40Zr5

55、565d钌44Ru5939.5d44Ru62368d全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院235235U U裂变初级碎片（续）裂变初级碎片（续）核素符号半衰期碲52Te759.4h，105d碘53I788d氙54Xe795.2d铯55Cs8230a铈58Ce86285d钷61Pm862.65a钐62Sm8987a全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院235U主要裂变产物主要裂变产物核素裂变产额(%)半衰期说明85Kr0.310.8a气体，长半衰期89Sr4.851d90Sr5

56、.828a长半衰期95Zr6.255.5d131I3.18.05d挥发性133Xe6.65.27d气体135Xe6.39.1h中子吸收截面大137Cs6.230a长半衰期144Ce6.0285d147Pm2.02.64a长半衰期全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院裂变产物特征及影响裂变产物特征及影响具有强烈放射性，携带能量（热量）具有强烈放射性，携带能量（热量） 个别产物释放中子个别产物释放中子有些产物对中子有强烈吸收有些产物对中子有强烈吸收有些产物是气体有些产物是气体对反应堆安全、静特性、动特性有重要影响。对反应堆安全、静特性、动

57、特性有重要影响。全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院原子核在发生核裂变时，释放出巨大的能量，称为裂变能，俗原子核在发生核裂变时，释放出巨大的能量，称为裂变能，俗称原子能。称原子能。裂变能来源：质量亏损裂变能来源：质量亏损裂变能裂变能MeVuccmmmmmmcEnIYnu21022503222.)(全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院235235U U裂变能及分布裂变能及分布能量形式数量（MeV）粒子射程能量沉积处裂变碎片动能1680.001cm燃料内裂变中子动能51010

58、0cm慢化剂内瞬发能量71m反应堆内缓发能量71m反应堆内 衰变能量8110mm主要在燃料内中微子能量12反应堆外合计2071次裂变，在堆内约200MeV全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院1克铀235完全发生核裂变后质量亏损： 1克铀235完全发生核裂变后放出的可用能量：相当于2.5t标准煤JMeVEt10232310281012520023510026.裂变能具体计算（裂变能具体计算（1 1）1mgg106 . 914235225. 0全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护

59、学院1000MWe 核电站每天消耗235U：相当于标准煤： 8000t裂变能具体计算（裂变能具体计算（2 2）kggMu23316010283600243101000106./全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院压水堆核电站示意压水堆核电站示意全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院核聚变核聚变轻原子核结合生成较重原子核的反应，称为核聚轻原子核结合生成较重原子核的反应，称为核聚变。变。最重要的聚变反应：最重要的聚变反应：MeVnHeTd58.1742MeVpTddMeVnHe

60、dd04. 427. 332全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院聚变能聚变能1 1克氘完全聚变放出的能量：克氘完全聚变放出的能量：受控热核反应：人类解决能源问题的希望受控热核反应：人类解决能源问题的希望JMeVE11231027. 321002. 6全国放射卫生监督员培训全国放射卫生监督员培训 苏州大学放射医学与防护学院苏州大学放射医学与防护学院中国环流器中国环流器二号二号A A装置建装置建成投运，物理成投运，物理实验取得重大实验取得重大进展，中国成进展，中国成为国际聚变技为国际聚变技术研究的一员术研究的一员。核聚变实验装置全国放射