绪论及基础知识1(2011) COPY

核地球物理教师信息：地球物理与信息技术学院王南萍Tel:82321833E-mail:npwang@核???核地球物理目的

通过本课程的学习，使学生了解核辐射探测及核地球物理的基础理论，掌握放射性测量的基本方法及常用仪器的使用，培养学生应用核地球物理方法技术解决矿产资源勘查、电离辐射环境监测与评价、以及地学相关实际问题的能力。学时安排

讲授：32

实验：16（每个班分成两组）时间11-17周周五及周日考试方式闭卷教材《核辐射场与放射性勘查》

程业勋等编

地质出版社，2005（有不少印刷错误，请谅）参考教材

1.《核技术勘查》吴慧山主编19982.《放射性方法勘查》章晔等编19903.《氡及其子体测量》吴慧山等19954.《核方法原理及应用》周蓉生1994期刊杂志5.AppliedRadiationandIsotopes6.JournalofEnvironmentalRadiation7.J.G.RJournalofGeophysicsReview8.EnvironmentalInternational9.JournalofNuclearScienceandTechnology(JNST)期刊杂志10.《核技术》11.《辐射防护》12.《物探与化探》13.《成都理工大学学报》14.15.www.E(出版社）为何要开设《核地球物理》？应用寻找铀资源放射性污染监测教学方法

原理仪器野外方法

室内资料处理成图何为地球物理？地球物理是应用物理的原理研究地球的科学。绪论方法简介介质物性差异地球物理方法密度重力勘探磁性磁法勘探电性电法与电磁法弹性波速地震勘探放射性放射性勘探

地球物理测井异同点？经典近代课堂讨论题核地球物理方法与其他地球物理方法有什么不同？方法特点是一种地球物理场可在现场直接测定元素的含量，与其他地球物理方法明显不同如何能测定元素含量？基础理论和关键技术核物理与地球化学理论核辐射探测技术核地球物理方法，简称核物探，是应用原子核物理学、地质学、地球化学等学科的基础理论，通过核辐射探测的方法技术来研究地球介质中天然和人工的核辐射场及放射性核素活度的分布和变化规律，从而达到矿产资源勘查及解决地学、环境相关问题的一组方法。绪论方法发展简史方法分类方法的应用发展简史（仪器）

20年代：电离室

30年代：GM计数管

40年代：

50年代：闪烁探测器

70年代：半导体Ge(Li)80年代

90年代以来：半导体Ge，Si发展简史（应用）30年代：寻找油气40年代：寻找放射性矿产50年代：中国开始寻找铀矿70年代：累积方法出现80年代：寻找油气资源90年代：环境辐射评价21世纪初：大力发展铀资源勘查方法分类按空间位置分类

1.航空放射性测量

2.地面放射性测量伽马能谱测量氡及其子体测量

3.井中（核测井）

4.海洋（水下）放射性测量方法分类按方法分类1.天然放射性方法伽马测量氡及其子体测量2.人工放射性方法

X荧光方法

中子方法应用领域1.

基础地质研究及地球化学研究（地质填图）2.寻找矿产资源铀、钍、油气、煤、金、稀土、钾盐3.在水文地质中的应用寻找冷热水资源应用领域4.

在工程中的应用测定湿度和密度5.核测井伽马、密度、中子6.在环境科学中的应用天然辐射评价、核应急、核事故监测第一章核地球物理理论基础1.核衰变及放射性核素2.天然放射性系列3.放射性核素的衰变与积累规律4.放射性平衡5.放射性测量单位与标准源1.核衰变及放射性核素放射性同位素核衰变（4种）原子与原子核

(电、质量、尺寸)原子：原子核与电子等组成，显中性原子核：由中子与质子组成，质量几乎都集中在原子核，密度大约是

1014克／cm3原子核的半径：不到原子本身半径的

1／10000原子质量：若以克为单位，则等于它的原子量除以阿伏伽德罗常数（6.02

×1023

)质子数:P中子数:N原子序数:ZZ=P原子质量数:A=Z+N核素具有一定数目的中子及质子以及特定能态的一种原子或原子核称为核素核素泛指各种元素的各种原子,包括Z相同A不同的原子,Z不同A相同的原子,Z、A皆不同的原子，以及Z、A相同核能态不同的原子。同位素表示方法A－质量数，等于中子和质子的总和；Z－原子序数。同质异能素表示方法处于较长寿命激发态的核素称为同质异能素。113mIn和

113In同位素和同位素丰度某元素中同位素天然含量的原子百分比称为同位素丰度234U、235U、238U分别为

0.0055%,0.7200%和99.2745%稳定同位素和放射性同位素天然放射性核素人工放射性核素是指非天然和自然界的因素生成的放射性核素，而是在反应堆、加速器或用粒子轰击靶物质生成，如

131I，137Cs,60Co有哪些衰变类型α衰变β衰变γ衰变

K电子俘获放射性衰变的一般表达式母核子核发射射线能量差放射性衰变的基本类型主要有三种基本类型：衰变

衰变

衰变

母核子核发射射线衰变能量

226Ra→222Rn+4He+4.78MeV

(Z,A)(Z-2,A-4)(2,4)

(88,226)(86,222)(2,4)衰变能在反冲核与α

粒子间按动量能量守恒分配原子核变化发射的载能的亚原子粒子——

放射性粒子。

1）α衰变2）-衰变母核子核-射线衰变能量

14C→14N+0e+

(Z,A)(6,14)(7,14)(-1,0)(0,0)

负电子

反中微子

不稳定8/6=1.3314C稳定6/6=112C稳定性N/Z比值原子核发生β-衰变的原因：原子核中中子数太多

14C原子核中的中子发生β-衰变，产生一个质子，一个负电子和一个反中微子中子β-衰变：n→p+

e-+pn

3）衰变

137Cs137Ba*（激发态）母核-衰变衰变

137Ba+射线（661.7keV）子核（基态）

（0.0）光子是什麽？

射线就是高能量的光子：几百keV-MeV量级

衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在这个过程中发射

射线，原子核能态降低。

射线是高能量的电磁辐射——

光子α衰变α粒子实际上就是氦核，带二个质子，二个中子，二个单位正电荷.

放射性核素的原子核中有一个中子转变成一个质子，并放出β粒子的过程。Β-衰变粒子实际上就是电子流。

电子俘获40K40Ar40Ca1.46MeV(11%)1.32MeV(89%)第一章核地球物理理论基础核衰变及放射性核素天然放射性系列放射性核素的衰变与积累规律放射性平衡放射性测量单位与标准源自然界已发现的稳定同位素：100多个已发现的放射性同位素：2300多个天然放射性系列三个天然放射性系列天然放射性系列特征射线能量谱要求总结特征：衰变类型、半衰期、射线能量、稳定同位素、质量数放射性衰变系列238Ｕ－铀系(4n+2)（掌握）232Th－钍系(4n)（掌握）235Ｕ－锕铀系(4n+3)（了解）237Np－镎系(4n+1)（p.3)（了解）天然放射性系列的特征起始母元素寿命很长，大于地球形成的年龄；最后一个稳定同位素都是铅的同位素；都有一个气态元素－氡的同位素；质量数变化有一定规律；有若干个衰变子体,氡的子体是强α,β,γ辐射体238Ｕ与235Ｕ共生丰度235Ｕ仅占铀的0.7%238Ｕ：234Ｕ：235Ｕ＝１：1/1700：1/140铀－235是重要的核燃料圈定重要核素：U系238U,UX1(Th-234),226Ra222Rn218Po214Pb214BiTh系重要核素232Th228Ac220Rn212Pb208Tl天然放射性系列的

射线谱特征谱线理论谱和仪器谱阅读3张表α谱，β谱和γ谱讲解表头：强度，份额，多能量粒子RaC，重要的γ辐射体α谱半衰期短的放射性核素放出的α射线能量大。β谱β粒子的能量形成连续谱，用最大能量表示。γ谱课堂练习依据表1-1-4---表1-1-5做出理论谱图总结特征不成系列的天然核素40K半衰期：a衰变类型：K电子俘获射线：β-1.31MeV

γ-1.46MeV不成系列的天然核素核素丰度（%）T1/2(a)衰变类型能量γ40K0.0121.27×109β(89)K(11)1.311.468737Rb27.854.6×1010Β-0.28138La0.0891.2×1011Β-,K0.211.44147Sm14.971.07×1011α2.23176Lu2.63×1010Β-0.420.31人工放射性核素137Cs60Co241Am152Eu人工放射性核素核素T1/2(a)衰变类型能量β/MeVγ/Mev137Cs30.2β0.66260Co5.25γ1.1721.33255Fe2.6E(X)152Eu0.1211.408……241Am458α(X)0.059中子源Am-Be252Cf第一章核地球物理理论基础核衰变及放射性核素天然放射性系列放射性核素的衰变与积累规律放射性平衡放射性测量单位与标准源

放射性核素的衰变和积累规律放射性衰变放射性核素自发地发生核跃迁，转变为另一种核素的过程。衰变规律服从指数衰变规律。

放射性原子核个数随时间减少λ-衰变常数，s-1表示单位时间内某种放射性原子核发生衰变的几率衰变常数和半衰期衰变常数λ

放射性核素在单位时间内发生核跃迁的几率，s-1。半衰期T1/2

给定的同位素衰半到它的初始值的一半所需要的时间衰变曲线时间（半衰期）时间（半衰期）

放射性衰变曲线N=N0e-λt

N/N0(%)N/N0(%)放射性核素经过10个半衰期，就认为衰变完了。放射性活度及其单位活度

在给定的时刻，某一特定能态的一定量的放射性核素的活度A是dN除以dt所得的商，其中dN是在时间间隔dt内由该能态上发生自发核跃迁数的期望值。活度单位名称为贝可(勒尔)，表示为Bq，表示每秒核转变数(或衰变数)，称)(Bq)。1Bq表示放射性核素的核每秒衰变一次。放射性活度及其单位

放射性活度(Becquerel贝可勒尔)：（专用单位SI