电离辐射防护概述(杨)

电离辐射防护概述杨玉山：E-mail:yys168994@126com一原子核与放射性原子核中子质子电子(电子云)+++电磁力

将原子核与电子结合核力

将核中质子与中子结合核力〉〉电磁力核力是短程力一：现代原子结构核与电子处于不同的能量状态(能级结构)原子半径：10-10m原子核半径：10-14m核素：具有确定质子数和中子数的原子核的一种统称核素质子数中子数质量数符号氦-42244He碳-12661212C碳-13671313C碳-14681414C核素及符号表示同位素：质子数相同而中子数不同的核素名称质子数中子数质量数举例同位素相同不同不同1H2H3H同中子素不同相同不同2H3He同量素不同不同相同3H3He放射性核素：能自发地发射各种射线或粒子的核素。二：原子核衰变及衰变规律---放射性原子核衰变：原于核由于自发地放出某种粒子而转变为新核的变化过程。放射性：原子核自发地发射各种射线或粒子的现象。+++++++++从母核中射出的4He原子核粒子得到大局部衰变能238U

4He+234Th放射性母核!!根本衰变——衰变放射性衰变及衰变规律+++++++++发生原因：母核中子或质子过多质子转变成中子，并且带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且带走一个单位的负电荷+反中微子－中微子三种子体分享裂变能——因此电子具有连续能量根本衰变——衰变质子变成中子X射线电子俘获电子俘获——7Be

7Li+++++++++－中微子

光子根本衰变——衰变根本衰变——衰变衰变特点：1、从原子核中发射出光子2、常常在或衰变后核子从激发态退激时发生3、产生的射线能量不连续4、可以通过测量光子能量来鉴定核素种类类别α衰变β-衰变β+衰变

衰变半衰期(T1/2)定义：一定量的某种放射性原子核衰变至原来的一半所需要的时间。时间t(T1/2)012345n放射性原子核数目N0N0/2N0/4N0/16N0/32N0/64N0/2n经过n个半衰期后，未发生衰变的放射性原子核数目是原有的1/2n放射性衰变规律放射性衰变根本规律1.指数衰减规律N=N0e-tN0:〔t=0〕时放射性原子核的数目N:经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目:放射性原子核衰变常数大小只与原子核本身性质有关，与外界条件无关;数值越大衰变越快N=N0e-t1.0086650n中子1.007276+1p质子00

5.486×10-4

±1e±

β

4.00279+24Heα质量(u)电荷（e)符号种类

α

β核辐射的根本性质

天平为何倾斜?重轻原子核结合能和原子核稳定性质量亏损氦原子核〔4He〕由2个质子+2个中子构成2个质子质量+2个中子质量=﹖原子核4He的质量2x1.007276+2x1.008665=4.002603

ΔM(4He)=4.031882-4.002603=-0.029279u

ΔE(4He)=ΔM(4He)C2=27.27MeV亏损的质量转化为能量氦原子核的结合能是27.27MeV亏损的质量哪里去了?质能关系E=MC2定义:质子和中子结合构成原子核时所释放的能量

原子核的结合能越大〔质量亏损越大〕原子核越稳定比结合能(原子核结合能/核子数)表核素比结合能MeV核素比结合能MeV核素比结合能MeV2H1.11212C7.68235U7.593He2.57316O7.98238U7.574He7.0756Fe8.79最大

6Li5.33107Ag8.55

7Li5.61208Pb7.87

原子核结合能释放能量途径:1〕重核裂变2〕轻核聚合成原子核重核裂变轻核聚合原子核平均结合能(比结合能)曲线252Cfα自发裂变中子引起235U

裂变H原子核聚合H的燃烧太阳能释放能量举例比较:裂变能n+235UX+Y+E200MeV化学能C+O2CO2+E4ev汽油与氧的爆炸，一个分子释放40-50eVTNT爆炸自身释放能量，每个分子30eV例：估算裂变释放的能量n+235U

(236U)X+Y+E假设裂变成质量相等的两块质量数各约为118

235U核子平均结合能7.6MeV质量数为118的原子核平均结合能8.6MeV两者平均结合能差

1MeV230多个核子总的E=200MeV!

电离辐射直接或间接使介质发生电离效应的带电或不带电的射线或粒子(能量﹥keV)α、β、γ、x、n、p、裂变碎片

介子等

非电离辐射紫外线、红外线、微波等，这些粒子虽能够同物质发生作用但都不能使物质发生电离效应～eV量级移动800-1800MHz﹤0.01eV(没有电离作用〕三：电离辐射的来源。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。原子。。。αβγn

物质：气体液体固体包括人体等微观粒子间碰撞有动量和能量的传递四：射线与物质的相互作用

1带电粒子〔α、β〕与物质的作用

自由电子正离子α+靶原子→正离子+电子+α

4He+Ar→Ar+

+e-+4He物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成许多离子对：正离子和自由电子

+e-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-库仑作用

电磁辐射谱

小能量高E=h,=c/

大能量低2γ射线与物质的作用电磁辐射产生的来源γ射线→X射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波

高能辐射区γ射线能量最高，来源于核能级跃迁

χ射线来自内层电子能级的跃迁

光学光谱区紫外光来自原子和分子外层电子能级的跃迁可见光红外光来自分子振动和转动能级的跃迁波谱区微波来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁无线电波来自原子核自旋能级的跃迁波长长γ射线是波长很短能量高的电磁辐射〔﹤10-11米，keV，MeV〕，来自原子核γ衰变,不带电，静止质量0。γ射线是什麽？

能够同物质原子发生作用，但不能直接使原子电离；有动量和能量交换,能够产生载能次级带电粒子，可以对物质发生电离作用。能量E=hν〕动量p=hν/cγ射线对物质的电离作用两步过程三种作用效应

光电效应康普顿效应电子对效应

产生次级电子电离效应次级电子使物质原子电离γ射线第1步初级作用第2步次级作用光电效应

自由电子作用机制光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为自由电子，光子本身消失了。γ+AA*+e-〔光电子〕原子A+X射线原子受激原子M＋γ→M+e++e-→γ1+γ21.02MeVmeme0.511MeV0.511MeV根本条件：γ射线能量Eγ1.02MeV为什麽？能量转化成质量M=E/C2能量≥1.02MeV的γ射线与原子核作用可能产生一对正-负电子。

电子对效应康普顿－吴友训效应〔Compton--Wueffect)当光子与物质原子中的一个电子发生弹性相撞时，将局部能量传给电子，电子获得能量后脱离原子而运动，该电子称康普顿－吴有训电子，而使物质电离。光子本身能量减少又改变了运动方向。当光子的能量为时，该效应比较明。正负电子湮灭正电子与负电子相遇发生湮灭，产生两个0.511MeV的γ光子。e++e-→γ+γme++me-=0.511+0.511MeV质量转化为能量转化效率(100%〕

γ

γαβγ对物质电离作用的比较2MeV射程(m)离子对密度/mmα0.016000β2-360

γ10几个1MeV的粒子穿透物质能力

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铅铅室γn4580本地下1-2米深中子源αβγ射线穿透物质能力αβγ射线穿透人体皮肤情况中子不带电不能直接使原子电离但中子容易进入原子核内同原子核发生作用引起核反响1〕与H原子核的弹性碰撞传递能量质子跑出来中子被慢化n