核技术应用-考试复习资料

核技术及应用概述1、核技术：核技术是以核物理、核武器物理、辐射物理、放射化学、辐射化学和辐射与物质相互作用为根底，以加速器、反响堆、核武器装置、核辐射探测器和核电子学为支撑而开展起来的综合性现代技术学科。2、广义地说，核技术可分为六大类：核能利用与核武器、核分析技术、放射性示踪技术，辐射照射技术、核检测技术、核成像技术。3、核能利用与核武器主要利用的什么原理，其主要应用有哪些？答：主要是利用核裂变和核聚变反响释放出能量的原理，开发出能源或动力装置和核武器，主要应用有：核电站、核潜艇、原子弹、氢弹和中子弹。4、什么是核分析技术，其特点是什么？答：在痕量元素的含量和分布的分析研究中，利用核探测技术、粒子加速技术和核物理实验方法的一大类分析测试技术，统称为核分析技术。特点：1.灵敏度高。比方，可达百万分之一，即10-6，或记为1ppm；甚至可达十亿分之一，即10-9，或记为1ppb。个别的灵敏度可能更高。2.准确。3.快速。4.不破坏样品。5.样品用量极少。比方，可以少到微克数量级。5、什么示放射性示踪技术，有哪几种示踪方式答：定义：应用放射性同位素对普通原子或分子加以标记，利用高灵敏，无干扰的放射性测量技术研究被标记物所显示的性质和运动规律，揭示用其他方法不能分辨的内在联系，此技术称放射性同位素示踪技术。有三种示踪方式：1)用示踪原子标记待研究的物质，追踪其化学变化或在有机体内的运动规律。2)将示踪原子与待研究物质完全混合。3)将示踪原子参加待研究对象中，然后跟踪。6、研究植物的光合作用过程是利用的核技术的哪个方面？答：放射性示踪7、核检测技术:是以核辐射与物质相互作用原理为根底而产生的辐射测量方法和仪器。特点：1〕非接触式测量；2〕环境因素影响甚无；3〕无破坏性：4〕易于实现多个参数同时检测和自动化测量。8、辐射照射技术：是利用射线与物质的相互作用，将物质置于辐射场中，使物质的性质发生有利改变的技术。辐射交联的聚乙烯有什么优点：热收缩、耐热、机械强度大为提高、耐有机溶剂、不易被溶解、电绝缘性能很好，且不怕潮湿。9、X射线断层扫描(XCT)、核磁共振显像仪(NMR-CT)、正电子发射显像仪(PECT)，同位素单光子发射显像仪(SPECT)和康普顿散射显像仪(CST)；10、核医学是当今产值最大、开展最快的核辐射设备。第一篇核技术根底知识1、具有确定质子数和中子数的原子核称做核素。质子数相同而中子数不同的核素互为同位素。2、结合能是质子和中子结合构成原子核时所释放的能量。3、M(1H)=1.007825u,M(n)=1.008665u,M(14N)=14.003074u，14N的比结合能是多少Mev?答：4、M(1H)=1.007825u,M(n)=1.008665u,M(2H)=2.014102u，求氚核的结合能和比结合能是多少Mev?答：12Mev5、γ衰变特点：〔1〕从原子核中发射出光子〔2〕常常在a或β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6、半衰期：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。7、应用14C进行考古，自然界中为14C/12C×10-12，某生物化石中为14C/12解：t=ln=带入数据推出t=46758年8、高速带电粒子通过原子核附近时，受到原子核库仑电场的作用而急剧减速，一局部能量以光子的形式辐射出来，这种辐射称为韧致辐射。9、康普顿－吴有训效应：当光子γ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，该效应比拟明。10、放射性活度：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×1010Bq11、电离辐射的来源有哪些？答：1)放射性物质(人造天然)2)加速器3)反响堆4)宇宙射线5)地球环境核能利用与核武器1、原子核的比结合能：原子核的比结合能是该原子核中每个核子的平均结合能ε，也就是该原子核的总结合能B(Z,A)被质量数A除，即ε＝B(Z,A)／A2、裂变反响堆又哪几局部组成？答：反响堆由堆芯、冷却系统、慢化系统、反射层、控制与保护系统、屏蔽系统、辐射监测系统等组成。3、试述反响堆的分类？答：按能谱分有：由热能中子和快速中子引起裂变的热堆和快堆；按冷却剂分有：轻水堆，即普通水堆〔又分为压水堆和沸水堆〕、重水堆、气冷堆和钠冷堆。按用途分有：〔1〕研究试验堆：是用来研究中子特性，利用中子对物理学、生物学、辐照防护学以及材料学等方面进行研究；〔2〕生产堆，主要是生产新的易裂变的材料铀-233、钚-239；〔3〕动力堆，利用核裂变所产生的热能广泛用于舰船的推进动力和核能发电。4、说明核电站工作原理？答：核电厂用的燃料是铀。用铀制成的核燃料在“反响堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。5、什么是有效增值系数或再生系数，什么是临界状态？答：是此代裂变产生的中子总数与前一代裂变产生的中子总数的比值。用K表示，K＝1时为临界状态。第二篇核医学成像技术和仪器核子医学仪器包括哪些？答：诊断型仪器：X射线透视，X射线摄影，X-CT,SRECT,PET，γ相机，NMRI。治疗型仪器：X射线治疗机，快中子治疗仪，X-刀和γ-刀2、国际规定，作为表达组织密度的统一单位CT值的计算公式是什么？如果水的吸收系数为1，空气的吸收系数为0.0013，空气的CT值为多少？答：计算公式：空气的CT值为：-10003、放射治疗的方法有三种：贴敷法、腔内照射法和体外照射法。4、列举三个γ射线诊断型仪器？答：γ心脏功能仪PETSPECT第三篇核辐射应用仪表1、γ密度计和γ厚度计都用什么放射源发射的γ射线？答：137Cs和60Co2、放射性同位素避雷针的避雷原理与富兰克林避雷针的原理有什么不同？答：不同的是前者依靠放射性同位素发射的射线使避雷针附近的空气大量的电离，主动地翻开一条与云中电荷相通的电的通路；而富兰克林避雷针的尖端只能产生少量的离子。3、核辐射应用仪表的先进性表现在哪些方面？答：〔1〕非接触式测量〔2〕环境因素对核辐射的来源无影响〔3〕实现在线测量〔4〕静电消除器〔5〕能实现同时多个参量测量4、说出3个а辐射电离式仪表的应用形式？答：静电消除器烟雾报警器避雷针5、辐射探伤常用γ源有哪些？答：137Cs、60Co、192Ir、241Am6、氢是快中子的最正确减速剂。7、中子水分计根据中子源，被测物，和探测器的几何为之分不可分为：插入式，透射式和散射式三类。8、火灾报警器的原理？答：原理：放射性同位素的原子核在无外界作用下能自发地发生衰变，变成另一种原子核，同时放出α射线、β射线或γ射线等。前两种射线都带电，并且具有较高的能量，所以能将空气电离成正负离子而逐渐消耗自身的能。由于烟雾进入电离空间时，吸附了某些离子，使离子迁移速度明显变慢。据此，就可以做成离子感烟探头。离子感烟探头与控制电器装置相配合，构成了火灾自动报警仪器。第四篇核辐照技术及应用常用辐照源：钴-60，铯-137,电子加速器，同步辐射辐照剂量〔kGy〕5-10辐照效应抑制发芽杀虫抑止成熟及霉烂延长货架寿命巴斯德灭菌〔加热菌〕去污染3、FAO/WHO/IAEA对辐照食品制定了一个标准：任何食品的辐照，在平均吸收剂量上限为什么情况下，没有毒理学危害，也不会引起特殊的营养学或微生物学问题？答：10kGy4、辐射保藏技术的优越性是什么？答：优越性为：〔1〕射穿透能力强〔2〕适用性广〔3〕辐射处理是一种冷加工技术〔4〕节省能量〔5〕无化学残毒〔6〕大大延长产品的保质期？5、医疗用品消毒灭菌的特点是什么？答：特点:〔1〕射穿透能力强〔2〕适用性广〔3〕辐射处理是一种冷加工技术〔4〕节省能量〔5〕无化学残毒〔6〕大大延长产品的保质期第五篇放射性示踪技术及应用1、放射性核素的来源主要有哪些？答：(1)反响堆生产〔2〕加速器产生〔3〕母牛法2、放射性示踪剂的选择要考虑哪些因素？答：〔1〕放射性半衰期〔2〕放射性比活度〔3〕辐射类型和能量〔4〕放射性核素的纯度〔5〕放射性核素的毒性〔6〕示踪剂的生物半衰期3、许多标记化合物都是以什么为根底制取的？答：14C和3H4、迄今,作为商品出售的放射性标记化合物已达约多少种,其中,14C标记化合物约多少多种,3H约多少答：1000；600；3005、放射性示踪技术的特点？答：〔1〕灵敏度高〔2〕放射性比活度〔3〕测量简便、易分辨〔4〕符合生理条件〔5〕能定位6、以什么标记的核药物几乎占临床所用的放射性药物的80%以上？答：99Tcm7、如下图,0点为钍射气220Rn释放点,,小闪烁室a和b的容积为均为Vc，探测效率均为ε，计数率分别为CPMa和CPMb,2点至3点之间(包含可调容器)的容积为Vk，220Rn的衰变常数为λ，设气体的流动是稳定层流状态，请推导管道流量Q测量的表达式？〔10分〕解：各点浓度为：220Rn在小闪烁室a和b中的衰变率为：ThA(216Po)的半衰期秒)很短，可以认为220Rn连续发射2个α粒子，那么小闪烁室a和小闪烁室b测到的α计数率为：小闪烁室a和小闪烁室b测到的α计数率比值为：所以气体流量8、工业中流率测量常用方法是什么？其优点是什么？答：常用方法：放射性示踪技术；优点：测量准确度与速度分布无关9、考古学家某动物化石，设同地质层中之长石内，钾于氩之比例为90:10，钾衰变成氩的半衰期为×109年，请由此推算该动物距今多少年？解：由于λ=ln2/T1/2所以×109÷ln2)×ln(1+10/90)=1.9411×108(年)由此可知该动物距今1.9411×108年。10、放射分析化学方法有哪些？答：〔1〕同位素稀释法〔2〕放射分析法第六篇〔1〕活化分析技术1、核分析：利用核辐射粒子与物质的原子或原子核相互作用，采用核物理实验技术获得可观测信息，分析研究物质材料成分和结构的方法。分类：1〕活化分析中子活化分析带电粒子活化分析2〕离子束分析卢瑟福背散射分析沟道技术分析核反响分析粒子诱发x荧光分析3〕核效应分析穆斯堡尔效应分析正电子淹灭技术扰动角关联核磁共振4〕超灵敏质谱分析2、中子探测的主要方法有哪些？答：反响法：产生带电粒子，对物质产生电离；核反冲法：中子与核弹性碰撞，反冲核能量耗于电离；核裂变法：裂变碎片能量耗于电离，产生脉冲；激活探测法:中子照射物质,使其局部变为放射性元素。3、什么是〔n,γ〕中子活化分析，分哪几步？答：定义：用中子照射稳定核素，稳定核素吸收中子变成放射性核素，发射γ射线，测量γ射线的能量和强度可以得知原来稳定核素的元素名称和含量。步骤：1〕样品2〕辐照3〕放射性测量4〕结果评价4、中子活化的中子源主要有哪几类？答:主要有：•同位素中子源•加速器中子源•反响堆中子源5、有一样品,用14MeV快中子做活化分析,通过16O(n,p)16N(=0.09b)反响,分析其中的16O,但样品中含有19F,亦可通过19F(n,)16N(=0.057b)生成16N,同时知道19F还可以通过19F(n,p)19O(=0.02b)生成19O。实验中照射样品300s,冷却10s，测16N〔T1/2〕1754KeV的射线〔分支比为，内转换系数为〕60s，得16N峰面积记数为1985，再测量19O〔T1/2=30s〕1356KeV的射线〔分支比为，内转换系数为〕60s，得峰面积记数为1054。现中子通量密度为5109中子/cm2*s,探测器效率为，19F丰度100%，16O丰度99.7%解：16O→16N和19F→16N的1619F→19O的19由19O计数求得19F含量，从而求出19F对16N计数的奉献，从16N计数1985中减去19F对16N计数的奉献，那么是由16O生成的16N的计数，从而可以求出16O的含量，由公式带入相关的数据可求出WF×10-4克×10-4克19F生成的16O计数N=带入数据得N=9821985-982=1003那么16O含量WO带入相关数据得出为：WO×10-46、中子活化分析中的初级干扰反响如何排除？答：样品的元素别离用纯热中子，增大〔n,γ〕反响由反响阈能改变中子能量通过另外的核反响，测定干扰元素含量(2)带电粒子活化分析1、具有一定能量的带电粒子于物质中的原子核发生核反响时，如果反响的剩余核是放射性核素，那么测量这放射性核素的半衰期和活度，就可以确定样品中被分析元素的种类和含量。这种元素分析方法称为带电粒子活化分析〔记为CPAA〕。2、怎么解决不同元素经照射后生成相同放射性核素，发射的γ射线能量相同〔β＋衰变核素〕的干扰？答：根据半衰期，增加辐照后的冷照时间t.3、带电粒子活化分析中，用反响分析11B(p,n)11C元素时，存在着干扰反响14N(p,n)11答：需根据阈能，改变入射粒子的能量来消除。离子束分析〔1〕离子束分析方法的优缺点？答：优点：灵敏度高、分析时间短、不破坏样品、分析范围广和取样量少等优点，因此特别适用于痕量元素的分析缺点：设备复杂、本钱较高2、RBS分析中有三个根本点，分别是什么？答：〔1〕运动学因子—质量分析〔2〕背散射微分截面—含量分析〔3〕能损因子—深度分析3、常选用2-3Mev的He做RBS的原因？答：1)此E范围内，不会有核共振2)散射截面遵循卢瑟福公式3)探测器对4He+的能量分辨好4)4He+离子的数据比拟齐全，便于数据分析5)计算化合物样品中能损的布拉格法那么，在这能区也适用6)对大多数小型加速器，很容易提供4He离子束，且能量多数在2Mev左右4、背散射分析对轻〔轻，重〕元素基体样品中的重〔轻，重〕元素杂质有较高的分析灵敏度。5、在玻璃碳基体上，用真空喷镀法镀上一层10nm厚的Au〔M=197〕元素，以4MeV的粒子入射，假设在入射和出射路径上的能损均为10KeV，在散射角为170度方向放置一探测器，那么在道宽为1.6KeV的多道谱仪中背散射谱中Au峰的宽度是多少?解E1=E0×k=4×E2=(4-0.01)×=3.6708Mev△E=E1-E2=3.69Mev-3.6708Mev≈12道离子束分析(2)1、离子束分析方法的优缺点？答：〔1〕同步辐射激发〔2〕放射性同位素激发〔3〕光子激发〔4〕电子激发〔5〕离子激发2、何谓X射线荧光分析？答：确定物质中微量元素的种类和含量的一种方法。它用外界辐射激发待分析样品中的原子，使原子发出标识X射线〔荧光〕，通过测量这些标识X射线的能量和强度来确定物质中微量元素的种类和含量。3、X射线荧光分析根据激发源的不同，可分成哪几类？答：〔1〕带电粒子激发X荧光分析〔2〕电磁辐射激发X荧光分析〔3〕电子激发X荧光分析4、粒子诱发X射线荧光分析〔PIXE〕有哪些干扰问题？答:〔1〕入射粒子的韧致辐射的干扰〔2〕γ射线的康普顿散射的干扰〔3〕二次电子韧致辐射的干扰5、PIXE定量分析的制靶方法有哪些？答：灰化法；硝化法；蒸发枯燥法；化学提取法等6、γ射线来自于什么跃迁，X射线来自什么跃迁，由此可见光射线来自于什么跃迁?答：核内；内层电子；外层电子离子束分析(3)1、核反响分析：利用核反响测定样品表层的含量及深度分布的一种分析方法。用带电粒子、中子和γ射线都可以引起核反响，在核反响分析中通常利用加速器产生的具有一定能量的离子束轰击样品，离子同样品中待分析的核发生核反响，测量反响过程中瞬发放出的反响产物(出射粒子)，就可以实现元素定量分析。核反响分析分类：(i)带电粒子活化分析(ii)瞬发辐射分析(PRA)(iii)共振反响分析2、入射粒子和靶和发生核反响的条件是两者的相对动能必须满足：3、定义：入射粒子在靶中引起的核反响数与入射粒子数之比。即一个入射粒子在靶中引起核反响的几率称为核反响的产额产额与截面的关系：截面大产额高。他们的不同之处在于，截面仅仅与反响本身有关，而与靶的状态无关，即靶核的多少，截面都相同。产额除了与截面有关外，还与靶核的多少及物理状态有关。在核反响分析方法中，为了能定量的测量，产额是一个很重要的量。4、一种煤灰分仪所用的2种放射源是241Am和60Co，假设皮带空载时探测器输出的241Am的信号是I0ˊ，输出的60Co的信号是I0"，Iˊ是有煤时探测器输出的241Am的信号，I"是有煤时探测器输出的60Co的信号，μm是碳的质量吸收系数，μw是所要测的元素或化合物〔灰分〕的质量吸收系数，并且假设在中能区质量吸收系数与材料原子序数无关，请推导煤灰分含量的表达式。解：重质量吸收系数ut=uw×cw+um×cm其中cw为灰分含量，cm为碳的含量cw+cm=1所以ut=uw×cw+um×〔1-cw〕(1)对对令由〔1〕式可得：；推出：整理可得：考虑到中能区质量吸收系数与原子序数无关有：所以－/(－)核效应分析〔1〕―穆斯鲍尔效应分析1、穆斯鲍尔效应常见的应用方面有哪些？答：核物理；固体物理；化学领域；生物领域；考古，环境2、穆斯鲍尔实验设备一般应包括哪几局部？答:〔1〕穆斯堡尔源〔2〕驱动系统〔3〕吸收体〔4〕探测器和其他附属设备3、在透射式穆斯堡尔实验中，对于57Fe的的射线，四极分裂造成的E=810-8eV，求其对应的穆斯堡尔源运动速度？解：由△E=Eγ×v/c所以v=△E×c/Eγ=810-8×3×108×103)×10-34、光子能量与原子能级跃迁所发出光子能量的有什么区别？答：前者在keV到几十MeV之间,而后者在eV到keV范围内。核效应分析〔2〕―正电子湮没技术1、正电子的来源：放射性核素的正β+衰变；宇宙射线中的正电子2、正电子进入物质在短时间内迅速慢化到热能区,同周围媒质中的电子相遇而湮没。正电子与电子相遇，两者同时消失而产生γ射线的