核辐射测量基础知识

核辐射测量基础知识核辐射(nuclearradiation)

核的变换nuclidetransformation

来源粒子加速器particleacceleration

宇宙射线cosmicrayfromouterspace

产生机理角度

地-空界面上伽玛射线的来源从空间分布角度人工放射性7.2%大气核试验核工业与核技术应用核医学诊断陆地放射性80.0%铀系列核素钍系列核素钾-40其它核素宇宙射线12.8%电离成份10.5%中子2.3%一些核辐射的特征:TypeofparticlesymbolCharge(relative)ApproximaterestmassRestmassneutronn011.008982Protonp111.007593Deuterond122.014187Tritont133.01645Alphaparticlea244.002777positronβ+e+11/18400.000549Electronsorbetaparticleβ-e--11/18400.000549µmesonµ±1210/18400.115∏∏±1276/18400.152GammarayγneutrinovFissionfragment20952核辐射的分类

快电子

带点粒子辐射重电子粒子

γray

电磁辐射

xray

非带电辐射中子辐射源1快电子源fastelectronsource1.1β衰变betadecay

反应式

initialfinalantineutrinosnuclidenuclide反冲核（recoilnuclide):E几乎为0小于电离阈能中微子：与β粒子分配衰变能Q值。β粒子的能量是连续的缺点：不是单能电子源（monoenergeticelectrons)

1.2内转换电子internalconversion

过程：β衰变

母核

能量是单能的母核：处于激发态发射光子内转换1.3俄歇电子Augerelectron

特征x射线原子壳层中的电子空位

俄歇电子特点：能量较小入射粒子光电子特征X射线俄歇电子1.4电子加速器Accelerator

灯丝加热是丰富的电子源电子从表面逸出时，起能量小于1ev

电压差电子获得的能量

1V1eV1000V10keV2000V20keV

大型电子加速器能加速到几MeV

2重带电粒子源

2.1α衰变Alphadecay

特点：1）能量单一

5.358Mev2）封装薄

0.09%金属箔

0.1435.456Mev28%0.0435.49Mev72%

2.2自发裂变spontaneousfission

原则上所有重核都可能自发地裂变成两个轻核碎片。超铀元素自发裂变几率高动量守恒原理两个碎片相向发射能量由两碎片带走伴随产生中子、γ射线电磁辐射源

3.1伴随β衰变的γ辐射xraysfollowingbetadecayγ射线的产生：受激态原子核向较低能级跃迁时产生

22Na1）发生的时间ns级以下

EC10%2）单能

β+90%3）β衰变的半衰期较长

1.274excidednuclidestate4）核的退激

γ1transformationgroundstate

3.2湮没辐射Annihilationradiation

与β-衰变相伴随正电子失去动能之后与负电子相结合产生两个方向相反的0.511MeV的光子。湮没辐射的时间极短。

0.511MeV的光子与原γ辐射在探测器中相叠加形成能量较大的光电源。一般β+源的封装材料都能阻止正电子。

3.3伴随核反应产生的γ射线follownuclearreaction

例如：

Er=4.44Mev

时间长2×1011s单能

3.4轫致辐射

1）产生：高速电子受核库仑场阻止而改变方向产生

2）连续谱continuespectrum

从0～Emax（最大电子能量）

3.5特征x射线

产生：原子壳层电子跃迁--原子退激时间ns级

Augerelectron竞争过程荧光产额fluorescentfield

光子能量

产生方式：

a)excitingbyRadioactivedecay①电子俘获electroncapture②内转换internalconversationb)外部辐射激发excitedbyexternalradiationc)同步辐射synchrotronradiation放射性的历史放射性(radioactivity)这一名词首次首次被利用是MarieCurie。在1898,她首先用来描述能发出电离辐射(ionizingradiation)的物质的外部特征,进一步证明了电离辐射与电磁辐射的差别。放射性的最早研究者：伦琴（Roentgen);1895年，伦琴用阴极射线（电子束）在放电管壁上的作用产生x射线（x–ray)。首先发现放射性：1896年，贝可勒尔(Becquerel)发现铀矿石使胶卷暴光，称之为radiationactives。

1898年，施密特发现钍（Th）具有与铀矿石相同的特征。

1899年，卢瑟福（Rutherford）和欧文斯（Owens）发现射气（emanation)现象。

1901年，Pierre和MarieCurie发现镭（Ra）之后又发现了钋（Po）。通过研究铀钍矿石的放射性，发现Ra比铀钍具有更强的放射性，于是从沥青中提炼出镭

1903年，Becquerel和MarieCurie夫妇分别获得物理诺贝尔奖。

1911年，MarieCurie获得化学NobelPrizeforisolatiing

radium（Pierrediedin1906）。

MarieCuriediedin1934attheageof67yearsasaresultofprolongedexposuretoradioactivityRa.

1911年，卢瑟福（Rutherford）用α射线轰击各种原子，观测到α射线发生偏折，从而确定了核结构，并提出了原子结构的行星模型，从而奠定了原子结构和原子核结构的研究基础。此后不久，玻尔提出了原子的壳结构和电子在原子中的运动规律，同时建立了描述微观世界的量子力学。

1919年，在卡文迪许实验室，实现了人工核蜕变核反应，它是用α粒子轰击氦核能放出质子，反应式如下：

1932年，发现中子（neutron)。

1934年，人工放射性核素合成成功。

单位和定义(unitanddefinition)

1.放射性活度

放射性核素的衰变率单位:/sBecquerel(国际单位)Curie(Ci):1g纯Ra的活度

1Bq=3.7×1010Ci

放射性比活度specificactivity

描述单位质量的放射性同位素样品的放射性活度

specificactivity=

能量energy

传统:

电子伏(eV)KeV

MeV

一个电子经过1伏电压差加速所达到的动能

国际单位SI:

焦耳Jjoule1eV=1.602×10-19J

光子能量与辐射频率的关系:

辐射照射量

在辐射防护中的物理量γ射线照射量

def:γ射线在质量为dm的空气体积元内形成的次级电子

(负,正电子)完全被阻止在空气中时所产生的电离电荷dQ X=dQ/dmSI单位库仑/kgC/kg

历史单位伦琴R1R=2.58×10-4C/Kg

辐射量描述的是空间某一点(无源)γ射线强度,是通过一定通量的γ射线对空气体积元的作用来定义的.

基本问题

①按x的定义,累计次级电子的电离电荷量一直到次级电子路径终止.②距单位放射活度的源在已知点的照射量(点源).a)源足够小,能保持球形条件,光子通量不随1/d2而减小.b)x,γ射线在源和测量点之间的空气或其他物质没有吸收

c)只有从源到测量点的光子才有贡献,忽略周围介质物质中的散射光子表示所有从辐射源发出的能量大于的光子都对剂量有贡献.而能量小于的光子由于吸收等而无实际意义。

典型同位素源的值

Cesium3.3Cobalt-570.9Cobalt-6013.2Radium-2268.25Sadi