核辐射探测学1-2010课件

1、核辐射探测学硕士课程，学时：30+10任课教师：方方实验指导：2010.9-11（第3-14周，每周四下午）上课地点：9A203Ff办公室：6C1104联系电话：84077497MAIL: ffsjp20042010.091核辐射探测学 硕士研究生课程主要内容第一章 放射性基本知识第二章 射线与物质的相互作用第三章 射线能谱学第四章 放射性测量单位、辐射源及防护知识第五章 核辐射探测器第六章 放射性测量中的统计涨落规律2010.092核辐射探测学 硕士研究生课程教材与参考文献成都地质学院三系, 放射性勘探方法,原子能出版社，1978章晔,华荣洲,石柏慎，放射性方法勘查

2、，原子能出版社，1990贾文懿,方方,唐红,苗放. 核地球物理仪器,原子能出版社,1998成都地质学院三系，放射性勘探仪器，原子能出版社，1979方方,唐红,葛君伟,苗放，放射性勘探简明教程,成都地质学院,1992周蓉生等，核方法原理及应用，地质出版社，1994葛良全,周四春，核辐射测量方法，成都理工大学，2007汤彬葛良全方方等，核辐射测量原理，哈尔滨工程大学出版社，2010G F Knoll. Radiation Detection and Measurement.1989 C E Crouthamel, Appliied Gamma-Ray Spectrometry,1970Nuclea

3、r GeophysicsApplied Radiation IsotopesJournal Applied Radiation and IsotopesRadioactive Methods. Geophysics2010.093核辐射探测学 硕士研究生课程第一章 放射性基本知识原子与原子核核衰变放射性系列天然放射性核素射线谱放射性核素衰变和积累规律2010.095核辐射探测学 硕士研究生课程1.原子与原子核原子的组成及基本性质： 原子核核外轨道电子原子质子中子原子核2010.096核辐射探测学 硕士研究生课程原子及原子核的基础知识原子的结构：原子atom ： 原子核 nucleus、电子 e

4、lectron原子核带正电、电子带负电（电荷是量子化的）原子是电中性的原子的大小： 10-10 米原子的太阳系模型核能，结合能，核能级，基态，激发态，跃迁 2010.097核辐射探测学 硕士研究生课程 原子核由中子和质子组成。它们靠什么力将这些核子约束在原子核内呢？目前公认是：原子核内核子间存在核力，它是中子与中子、中子与质子、以及质子与质子的相互吸引力，使核子紧密地聚集在一起(各核子间具有相同的核力)。 核内的质子与质子之间还存在服从库仑定律的静电斥力，使核倾向于分裂。此外，核内核子间还存在万有引力、以及对衰变一类变化起作用的弱力。原子及原子核的基础知识核力：核力 为 1； 电磁力 10-2

5、 ； 万有引力 10-38 核力的力程(相互作用的距离)很短，在10-13 cm以内，核力 10fm 消失。2010.098核辐射探测学 硕士研究生课程原子核的能级是原子核能量状态的标志，原子核的不同能量状态就是原子核的能级。通常原子核处于最低能量状态，称为基态。当原子核受到某种射线（快速粒子或光子）的轰击或进行核衰变时，产生的核可能处于较高能量态，原子核处于较高能量状态称为激发态。一个原子核可以有许多能级，能级是分立不等间隔的。不同核素具有自己不相同的核能级。原子及原子核的基础知识 核能级变化放出的光子波长很短、能量很大，这种光子被称为光子(即射线)。原子核发射的各种能量的光子集合，称为该原

6、子核的射线谱(即原始射线能谱)。核能级：2010.0910核辐射探测学 硕士研究生课程第一，轨道电子在外部壳层各轨道之间跳跃时所产生的光谱称为光学光谱。例如，若轨道电子原来位于N层，当它在N、O、P、Q、等外部壳层之间跳跃时，就发生光学光谱。这种外部跳跃时的原子能量变化较小，发出的光频率较低，一般在可见光区或其附近。地质工作中用来分析岩矿元素的光谱分析，就是利用这一部分特性。第二，轨道电子在K、L、M、等壳层中间跳跃时，所产生的光谱称为线状伦琴光谱，这时的原子能量变化大，发射的光子频率高。线状伦琴光谱由内壳层电子的跳跃所引起，而内壳层电子离核很近，所以这种光谱与原子核电荷之间有密切关系，称为标

7、识伦琴射线(又称特征X射线)。近年来，分析和鉴定中迅速发展起来的X射线荧光法，便利用了该特性。原子及原子核的基础知识原子的能级：在原子光谱学中，可以将其分为两个类型：2010.0912核辐射探测学 硕士研究生课程常用述语： 质子 proton 、中子 neutron 核内质子数（Z）、核外电子数、核的电荷数 原子序数 atomic number 中子数（N） N=A Z A 原子质量 元素: Z 相同的原子 核素：具有特定质子数Z、中子数N 的原子核。 已知 2000多个核素 放射性核素： 同位素 isotope：相同 Z ,不同A（N不同）的核素。 同量异位素 isoboars：相同A，不同

8、 Z 、N 的核素。 同质异能素 isomers：相同A、Z；不同能级的核素。 2010.0914核辐射探测学 硕士研究生课程化学元素周期表2010.0915核辐射探测学 硕士研究生课程核反应核裂变核聚变原子及原子核的基础知识2010.0916核辐射探测学 硕士研究生课程2. 核衰变放射性现象 衰变 衰变 跃迁2010.0917核辐射探测学 硕士研究生课程放射性现象 定义：原子核自发的发生核结构的变化，由一个元素的原子核转变为另一个元素的原子核，同时伴随放射出粒子或电磁辐射的现象。称为放射性衰变。 放出的粒子： 粒子、粒子、辐射、碎片 不受 物理的、化学的条件的影响 是一个随机过程2010.0

9、918核辐射探测学 硕士研究生课程衰变 放出 粒子 beta particle 高速运动的电子分为 衰变 和 衰变。 -衰变2010.0920核辐射探测学 硕士研究生课程-衰变实例衰变； 30 年 1.17 MeV 0.51 MeV8 % 92 % 0.661 MeV 基态 2010.0921核辐射探测学 硕士研究生课程K俘获 K-capture原子核俘获一个轨道电子，核内一个质子变成中子。2010.0923核辐射探测学 硕士研究生课程 跃迁 - transition 在衰变、衰变过程中，伴随放出辐射 gamma radiation例： 基态 0.059MeV,99.7% 1.54MeV 0.

10、31MeV0.3% 1.17MeV 1.33MeV 基态 2010.0924核辐射探测学 硕士研究生课程放射性系列 铀系 uranium series U - 238 A=4n+2钍系 thorium series Th- 232 A=4n锕铀系 actinium uranium series U- 235 A=4n+3镎系 neptunium series Np- 237 A=4n+1 2010.0926核辐射探测学 硕士研究生课程放射性系列-铀系铀镤钍锕镭钫氡砹钋铋铅 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 2010.0927核辐射探测学 硕士研究生课程放射性系列

11、-铀系铀镤钍锕镭钫氡砹钋铋铅 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 2010.0928核辐射探测学 硕士研究生课程放射性系列钍系 钍锕镭钫氡砹钋铋铅 铊 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 2010.0930核辐射探测学 硕士研究生课程小结（1）主要的辐射体（2）Rn及其衰变子体（3）主要的谱线及与核素间的一一对应关系（4）主要的谱线的相对强度2010.0931核辐射探测学 硕士研究生课程4. 天然放射性核素射线谱 射线谱 射线谱 射线谱2010.0932核辐射探测学 硕士研究生课程例：衰变 射线能谱的精细结构： Bi-212 5.48 Me

12、V 0.016 % 5.603 1.1 5.622 0.15 5.765 1.7 6.047 69.9 6.086 27.2 Po-212 8.78 100.0 9.492 0.004 10.422 0.002 10.543 0.018 2010.0933核辐射探测学 硕士研究生课程天然放射性元素射线谱1.铀系 核素 射线 射线 (MeV) 几率 能量(MeV) U-238 4.185 0.187 0.048Th-234 0.148 0.093Ra-226 4.761 0.012 0.184Rn-222 5.482 0.00064 0.51 Po-218 6.002 - -Pb-214 - 0

13、.377 0.352 0.189 0.295Bi-214 - 0.052 2.204 0.163 1.764 0.166 1.120 0.471 0.609Po-214 7.6872010.0934核辐射探测学 硕士研究生课程天然放射性元素射线谱2.钍系 核素 射线 射线 (MeV) 几率 几率 能量(MeV)Th-232 3.993 0.197 0.06Ra-224 5.677 0.030 0.241Rn-220 6.282 - -Po-216 6.774 - -Pb-212 0.470 0.239Bi-212 6.051 0.337 Po-212 8.785 0.663 Tl-208 0.

14、337 2.620 0.293 0.5832010.0935核辐射探测学 硕士研究生课程天然放射性元素射线谱3.不成系列的天然放射性核素的射线谱 K-40 1.46 MeV T=1.3 X 109a Rb-87 T=5.0 X 1010a Sm-147 T=1.06 X 1011a2010.0936核辐射探测学 硕士研究生课程5. 放射性核素衰变和积累规律放射性核素衰变的基本规律两个放射性核素相继衰变和积累规律多个放射性核素的衰变和积累规律放射性平衡铀镭平衡系数氡及其子体的衰变和积累2010.0937核辐射探测学 硕士研究生课程常用述语：放射性衰变规律衰变常数半衰期放射性核素的寿命放射性平衡2

15、010.0938核辐射探测学 硕士研究生课程1. 放射性衰变的基本规律 在 t 到 t + dt 的时间间隔内，原子的衰变数 dN 与存在的原子总数 N 成正比。2010.0939核辐射探测学 硕士研究生课程 每个原子在单位时间内衰变的几率， 量纲 t-1(秒-1、日-1、年-1）半衰期：衰变常数：2010.0940核辐射探测学 硕士研究生课程放射性核素的寿命：经过十倍半衰期，只剩下1/1024，可以认为衰变完了。2010.0941核辐射探测学 硕士研究生课程放射性核素的平均寿命：某个放射性原子核的平均寿命就是它的全部原子核衰减到原数量的1/e时的所需时间期望值。定义：处于特定能态的一定量的放

16、射性核素的平均生存时间为该放射性核素的平均寿命。2010.0942核辐射探测学 硕士研究生课程二、两个放射性核素相继衰变和积累规律2010.0943核辐射探测学 硕士研究生课程两个放射性核素相继衰变和积累规律称为达到放射性平衡，10 TB1) A B2010.0944核辐射探测学 硕士研究生课程1) A B两个放射性核素相继衰变和积累规律2010.0946核辐射探测学 硕士研究生课程活度放射性核素在单位时间内衰变的原子核数目，即放射性核素的衰变率d /d N t，称其为放射性活度(曾经称为放射性强度或衰变强度，可表征放射性物质的质量大小)，采用符号A 表示。放射性活度A 的定义：在给定时刻，处于特定能态一定量的放射性核素在dt 时间内发生自发核跃迁次数dN 的期望值。式中， A 0= N0 ，是t 0 = 时刻的放射性活度。三、多个放射性核素相继衰变和积累规律2010.0947核辐射探测学 硕士研究生课程铀系：寿命最长的子体核素为 U-234, 半衰期为2.44 X 105a，整个系列达