核科学基础知识

第一章核科学基本知识electronneutronproton5认识原子结构与放射性之间的关系•核素：原子核内具有特定数目的质子和中子并处于同一能态的一类原子•某种元素有几种同位素就有几种核素•核素有的稳定有的不稳定•不稳定的核素发出射线释放能量使原子核 更稳定，核素的这种性质称为放射性，这

种现象称为放射性衰变19原子结构与放射性•从几种最常见的放射性核素放射性：列举氚、钴60、氮16、碘131等核素，说明放射性质子、中子电子10认识几种放射性核素—氚•氢有三种同位素:

氕（1H或P)、氘（2H或D)、氚(3H或T)；•其中氕、氘没有放射性，氚有放射性；•氢的原子序数是Z=1,中性原子的原子核外有1个电子(e=1);•氚原子核有1个质子（Z=1)，2个中子(N=2);•氚的质量数为A=3；11•

认识几种放射性核素—氮16•氮同位素有:14N、16N等；•16N和14N都是第7号元素，原子序数是Z=7， 原子核内都有7个质子，原子核外7个电子; 不同的是其中的中子数，14N为7个中子，16N 为9个中子；•14N没有放射性，16N有放射性---原子核内结构不同（中子数）；16N质量数为A=16；

13认识几种放射性核素—氮16•氮16放出β射线，最大能量10.4Mev,同时放出γ射线，7.1MeV；•半衰期T1/2=7.13秒；•产生方式：16O(n,p)16N一般被称为活化产物；•氮16的的存在方式：反应堆主冷却剂中•防护重点:外照射（一回路主冷却剂取样、带功率进01#厂房）(无内照射问题)14•

认识几种放射性核素—钴60•钴常见同位素有:58Co、59Co、60Co；•钴是27号元素,原子序数是Z=27，中性 原子的核外有27个电子；59Co没有放射性，而58Co、60Co有放射

性；•钴60中子数为N=33，质量数为A=60；

15认识几种放射性核素—钴60•钴60放出β射线，最大能量1.5Mev,还放出2个γ射线，1.17MeV和1.33MeV；•钴60半衰期T1/2=5.27年；•产生方式：59Co(n,γ)60Co一般被称为腐蚀产物•钴60的存在方式---结构材料、腐蚀产物.•防护重点:外照射、内照射都可能存在16•

认识几种放射性核素—碘131•碘常见同位素有:127I、131I、132I；•碘是53号元素,原子序数是Z=53,中性原 子的核外有53个电子；127I没有放射性，而131I、132I有放射

性；•碘131中子数N=78,质量数A=131；

17认识几种放射性核素—碘131•碘131放出β射线，最大能量0.8Mev,γ射线能量0.7MeV；•半衰期T1/2=8.05天；•产生方式：裂变产物•碘131的存在及转移方式：---燃料芯块内、冷却剂中（包壳缺陷、燃料制造时包壳外微量铀）、升华•防护重点:外照射、内照射，重点在内照射(甲状腺)18辐射的种类•α辐射：由氦-4原子核（）组成。•β辐射：原子核内发射出的高速运动的

电子组成。有两种：β+和β-辐射，通 常是指β-辐射。•γ辐射：是一种电磁辐射。•中子辐射：不是由衰变产生，主要是由

核反应产生。自由中子不稳定，能发生 β衰变。

26辐射线的穿透能力比较28电离辐射的相对危害性•α粒子的相对危害性–几乎不存在外照射危害的问题–α粒子一旦进入人体，α辐射源被人体活组 织所包围，损伤几乎都集中在α粒子源点的 附近。若α粒子沉积在人体内的某个器官， α粒子的能量旧会被该器官全部吸收，而不 会分布到较大体积的组织中去。这样，该器 官旧会受到严重的伤害。因此，α粒子的内 照射危害是很值得重视的。29电离辐射的相对危害性•β粒子的相对危害性–能量教高的β粒子才能穿透人体皮肤进入浅 表组织几毫米。因此，β粒子具有外照射的 危害，不过，它只能造成人体皮肤和浅表组 织的受照，是一个危害较小的外照射源。–β粒子同样也有内照射的危害，但与α粒子 相比，其危害性要小些。因为β粒子在组织 中射程较远，在组织的某个小体积内放出的 能量较α粒子小，因此，这个小体积组织的 损伤也较小。30电离辐射的相对危害性•γ射线（包括χ射线）的相对危害性–χ射线和γ射线射程很远，穿透力强，即 使离辐射源很远，也可以对人体造成外照射 的危害。当人体处于χ射线或γ射线辐射场 中时，可能会使所有的器官和组织均受到照 射。因此，就外照射而言，χ、γ射线与 α、β粒子相比具有更大的危害性。–由于χ、γ射线在人体组织中的射程很远， 甚至贯穿人体，因而交给组织中某一小体积 内的能量较少，损伤也较少。可见，就内照 射而言，χ、γ射线对人体的危害要比α、 β小得多。31电离辐射的相对危害性•中子的相对危害性–中子不带电，无论在空气中还是在其他物质 中，它均有很远的射程。因此，中子对人体 的影响主要是潜在的外照射危害。中子对人 体的危害情况与χ射线和γ射线的差不多， 只是中子产生损伤的有效性要比χ射线和γ 射线的大得多（近似值取20倍）。中子对人 体的危害要比χ射线或γ射线为大。–中子不存在内照射危害的问题，因为不存在 任何天然中子源，而人工中子源进入人体的 机会是极为罕有的。322.

衰变一、核衰变类型a衰变：或记为：如b衰变：又分为b-，b+及电子俘获三种：b-：如：b+：如：电子俘获(EC)：如：b-衰变b+衰变g衰变：表示的“激发态”如：天然放射性•宇宙射线：人均剂量而言，宇宙射线的贡献约为300μSv/年。•地壳中的放射性物质：存在于土壤、岩

石、大气层、地面水、地下水等环境中的 放射性核素，主要有铀系、钍系核素及

3H、14C、40K等。地区间存在差异。•体内的放射性物质：40K，体重60Kg的人 体内约有3600Bq，造成大约200μSv/年

的剂量。23人工放射性•医疗照射：人类受到的人工辐射源的照射

中，医疗照射位居首位。典型成年患者CT 检查所致剂量水平为几十个mGy,如腹25mGy，腰椎35mGy，头50mGy•电视和夜光表：电视显象管内的低能韧致

辐射、涂掺有放射性物质发光粉的表盘都 会给人们造成一定的剂量。据美国统计， 此项大约为26μSv/年•核爆炸：60-70年代由核爆炸沉降物造成的剂量大约为40μSv/年左右24人工放射性•核动力生产：核动力生产对人类造成的剂量平均为1μSv/年左右职业照射：•职业照射：是指工作人员因研究工作和

生产活动所接受的照射，这些照射应是

合理的，且在工作单位职责范围内的照

射。比如，医生给病人做X光透视，两者

都会受到照射，病人受到的照射是医疗照 射，而医生受到的却是职业照射。25钍系10次连续衰变次数母核A

满足的关系式末代子核放射系人工天然天然天然铀系14次锕系11次镎系13次§17.3放射性衰变和核反应一.放射性衰变1.放射系镎系中，镎的半衰期最长，为2.14×l0

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年，由于其比地球年龄短得多，因此天然不存在镎系。放射性衰变基本规律核衰变原子核是一个量子体系，核衰变是一个量子跃迁过程。对一个特定的放射性核素，其衰变的精确时间是无法预测的；但对足够多的放射性核素的集合，其衰变规律是确定的，并服从量子力学的统计规律。8/19/2023半衰期的差别很大，232Th的T½为1.41X1010年，½放射性的衰变•放射性的衰变遵循指数规律。•半衰期（T½）是指放射性核素的原子核数目因衰变而减少到它原来的一半所需要的时