辐射量度与工具

1、辐射量度与工具第1页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四1. 放射性活度（activity, A)定义：放射性核素在单位时间(dt)内 发生核衰变的数目(dN) A=dN/dt单位： SI: Becquerel(Bq) 1Bq=1s-1 居里 1Ci=3.71010Bq 第2页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四2. 吸收剂量（absorbed dose, D)定义： 授予单位物质(dm)（或被单位物质吸收） 的任何致电离辐射的平均能量（dE)。单位： J/kg 1 J/kg =1Gy（戈瑞） 1 Gy = 100 rad（拉德）第3页，共41页，202

2、2年，5月20日，11点56分，星期四吸收剂量1 戈瑞（1焦耳/千克）时的能量效应 1）水温升高 （比热 4.2103J/千克度） 1 kg水物质吸收剂量 1 Gy 水温度上升 1/（4.2103）= 2.410-4 C2）转化为物体的动能 m D= (1/2)m v2 运动速度 v = 1.4 m/s3) 转化为物体的势能 m D = m g h 上升高度 h = 0.1 m剂量实际上是单位物质吸收电离辐射能 大小的一种量度第4页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四定义：组织或器官的当量剂量是此组织或器官的平均吸收剂量与辐射权重因子的乘积。3. 当量剂量（equivale

3、nt dose, HT)单位：焦耳/千克 专用名称：Sievert, Sv（希沃特） 1 Sv = 1 J/kg第5页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四辐射权重因子(Radiation weighting factor, WR) 辐射类型能量范围WR光子电子和介子中子质子（反冲质子除外）粒子，裂变碎片，重核所有能量所有能量能量10keV 10-100keV100keV-2MeV2-20MeV20MeV能量2MeV1151020105520第6页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四组织权重因子（tissue weighting factor，WT） 组织

4、或器官组织权重因子WT睾丸红骨髓结肠肺胃膀胱乳腺旰食道甲状腺皮肤骨表面其余组织或器官0.200.120.120.120.120.050.050.050.050.050.010.010.05第7页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四4.有效剂量（effective dose, E)定义： 各组织或器官的当量剂量（HT）与相应的组织权重因子（WT）的乘积的总和。意义：定量评价随机效应的危险度单位：Sv （希沃特）第8页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四例：某人骨表面接受0.3Sv的剂量当量，而另一个人骨表面受0.2Sv的照射，同时肝脏又受到0.1Sv的照射

5、，哪个人危险更大些？第9页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四放射性活度(A) 吸收剂量(D) 剂量当量(H) 有效剂量（E） 吸收剂量(D) 1戈瑞 = 1焦耳/千克1 Gy = 1 J/kg放射源 活度(A) 1贝克=1次核衰变/秒 剂量当量(H) 有效剂量（E） 1希沃特 = 1 焦耳/千克三者意义和区别任何物质有机体第10页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四小结剂量是指辐射与物质作用后，释放或吸收能量的量度。不同种类、能量的核辐射，对生物体造成的辐射损伤不同。辐射所致生物效应中的随机性效应可以通过有效剂量进行估算。第11页，共41页，2022年

6、，5月20日，11点56分，星期四第四部分 核科学的基本工具与测量第一章 原子核与放射性（2）第12页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四1 观测和研究事物的工具 工欲善其事,必先利其具。第13页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四望远镜 1608年荷兰出现伽利略 发现全新宇宙景象：木星有卫星、月球上有山脉、太阳上黑子、金星有转动周期 。 支持哥白尼日心理论显微镜 1650 年代荷兰 列文虎克制造出放大 200 倍显微镜，看见了：细菌、红血球、肌肉的条纹结构、血液在毛细血管中流动等。一滴久置的雨水中发现有250万个微生物在浮游。1673 向英国皇家协会报

7、告会员们不相信，认为是骗子，派人亲自登门观察，在事实面前承认是了不起的发现英国国王和俄国彼得大帝拜访列文虎克并观看了神奇的显微镜。将人们注意力引向微小世界。第14页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四 放射源 2 卢瑟福“看”原子探测器光源：载能粒子束观测物体：出射粒子眼睛：探测器背散射粒子第15页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四 “看” 未知图形12第16页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四卢瑟福用 粒子轰击金原 子，发现了原子核，看到了原子核的大小，建立了原子太阳系。利用粒子束 轰击耙粒子，观测经过相互作用后出射粒子所载有的

8、信息，可以推知耙粒子有关情况。第17页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四 探针粒子的波长应小于观测物体的尺度 即：物体越小，所需粒子的能量越高。被看物体 大 小 探针粒子的 能 量原 子 10-10 米 10 eV （电子） 高倍电子显微镜原子核 10-14 米 107eV （ ） 卢瑟福实验核 子 10-15 米 108eV （电子） 加速器 对撞机夸 克 ？ 10-18 米 109eV （电子） 对撞机 看微观小物体对显微镜的要求第18页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四 4 加速器显微镜 第19页，共41页，2022年，5月20日，11点56分

9、，星期四1.加速器 人工产生高能量 带电粒子束的机 器2.反应堆： 可控裂变反应炉 （ 第 2 章 ） 4.辐射探测器（荧光屏+ 眼睛）感知放射性存在 传感放射性信号5.电子学和计算机 放大 变换 传输 控制 记录 分析核过程信息 核科学中的基本仪器和设备3. 放射源6. 其他第20页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四 加速器在核科学中的地位1.加速器是核科学最重要的工具之一，1932年前人们只是用天然的 粒子进行核反应，例如卢瑟福1919年发现第一个核反应。现在利用天然 粒子进行核反应早已成为历史。2.现在加速器不仅可以提供更高能量的粒子，而且周期表中从 H - U 绝

10、大多数元素粒子都可加速;1980年代后加速放射性粒子，6He 17N 等3.对探索原子核起了关键作用，可以说，没有加速器不可能有今天的核物理，不可能有今天的核科学,不可能有核技术的广泛应用。第21页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四入射粒子与靶物质作用后产生的粒子或射线探测和分析这些出射粒子可获得核过程信息。1 离子源2 加速 聚焦3 偏转4 靶物质加速器人工方法产生高能量带电粒子束的机器5 加速器基本结构和工作原理 基本要求和功能1 提高带电粒子的能量2 增加带电粒子束的强度 3 使粒子束同靶物质作用4 带电粒子在真空管道中行进产物第22页，共41页，2022年，5月2

11、0日，11点56分，星期四两种类型加速器直线型圆环型第23页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四高压直线加速器离子源电 场靶物质抽真空探测器做实验能量 E = q V+世界上第一台高压倍压加速器 1932年第24页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四静电加速器球形电极 能 量 E = q V + E0直流电源靶物质离子源出射粒子 北大4.5 MV 单级静电加速器 V第25页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四北大4.5 MV 单级静电加速器 第26页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四串列静电加速器+V -q1 加

12、速负离子 + q2 加速正离子 出射粒子能量 E = V qi + E0 若q1=1 e , q2 = n e 则 E = V ( n + 1 )e + E0例如： V = 1.5 MV , n = 2, E0= 28 keV 则 E = ( 2 + 1 ) x 1.5 + 0.28 = 3.28 MeV - q1 负离子 开关磁铁靶室偏转磁铁负离子源E0高电位E1 = q1 V E1 = q2 V 低低第27页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四北大21.7 MV 串列静电加速器 北大26 M V串列静电加速器 第28页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星

13、期四6 为什麽需要对撞？ EF （E入射）1/2 EF = 2 E入射 固定靶 对撞束有效能量 ( EF ):假若入射粒子能量 E入射 增大100 倍 固定靶 10 倍（消耗于靶粒子反冲） 对撞束 200 倍 ！对撞可以更多地提高粒子有效能量E入射E入射E入射第29页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四E = M C2更高能量的粒子用于探索粒子内部和产生新粒子 质量和能量是等价的，粒子载有的能量可以转化成质量，产生许多粒子。高能电子 e+e- +- （20.51 MeV) （2105 MeV）第30页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四北京e+e- 对撞

14、机 2 GeV + 2 GeV第31页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四 世界上最大的对撞机（LHC 大强子对撞机) LHC: 周长 27 km , 地下 100 m 深隧道投资：30-35 亿 U参加人数 10000 时间 1995 -（2005）2007 12年第32页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四 7 放射性测量 放大与变换记录与存储放射性是人眼睛看不见、身体也感觉不到的，但用仪器可以直接测量 。 测量系统基本组成如下： 射线同物质作用使原子电离，产生正离子和负电子。在电场作用下，电子和正离子分别向正极和负极方向运动，引起电流，产生信号。

15、辐射探测器：把电离产生的信息转化成可观测的、可输出 的信号： 电、光、热、径迹 等。 探测器- - - - + + + +放射源第33页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四放射源的生产和制造例如 : 放射源1） 60Co T 1/2 =5.27年2） 137Cs T 1/2 =30.17年第34页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四阳极 +阴极 -射线探测器 : G-M 计数管第35页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四 闪烁探测器第36页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四放射性测量仪器第37页，共41页，202

16、2年，5月20日，11点56分，星期四1. 原子核可以提供： 1）巨大的能量 2）强有力的射线2. 人们可以掌握它，但是对于物质中蕴藏着的无限能量，有人做玫瑰色的梦，梦想利用它融化极地的冰川，消除沙漠，建成地球上的天堂；有人做黑色的梦，梦想用大量的放射性炸弹毁灭城市和文明。有时梦梦相随，幸福大同世界与世界的废墟交映出现。小 结第38页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四 1903年 索迪第一次提出：人们一旦驾驭原子核内存在的神秘力量就会带来 或造福世界或毁灭世界的后果。3 . 不 能 忘 记 的 告 戒 ！1913年 一本轰动一时的科幻小说解放了的世界,书中令人惊奇地指出：

17、1933年发现了人工放射性，描写了原子能工业军事上的应用。地球上一些大城市在1956年发生的世界大战中，毁灭于大火与核辐射。小说结局令人高兴：在意大利马若湖畔举行了和平会议，劫后余生的人们建成了一个新世界，被解放的人们充分利用原子能带来的好处。第39页，共41页，2022年，5月20日，11点56分，星期四4. 利 弊1903年 皮埃尔 居里在领取诺贝尔奖时说：“人们可以设想，镭在罪恶的手里会变得十分危险。 这里，我们要问：人类认识自然界的秘密究竟有什麽好处？即使这种认识对人类无害，那麽人类是否已经成熟到能够利用它的地步？” 他在列举了诺贝尔发明炸药的用途之后，乐观地指出：“我属于与诺贝尔有相同观点的人之一，人类从新的发现中获得的好处将比坏处多得多。第40页，共41页，20