第一章核輻射測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)201003301953

1、1核輻射 (nuclear radiation ) 核的變換 nuclide transformation 來源 粒子加速器 particle acceleration 宇宙射線 cosmic ray from outer space 產(chǎn)生機(jī)理角度產(chǎn)生機(jī)理角度n 地地-空界面上伽瑪射線的來源空界面上伽瑪射線的來源 從空間分布角度從空間分布角度人工放射性人工放射性 7.2%n大氣核試驗(yàn)大氣核試驗(yàn)n核工業(yè)與核技核工業(yè)與核技術(shù)應(yīng)用術(shù)應(yīng)用n核醫(yī)學(xué)診斷核醫(yī)學(xué)診斷陸地放射性陸地放射性 80.0%n鈾系列核素鈾系列核素n釷系列核素釷系列核素n鉀鉀-40-40n其它核素其它核素宇宙射線宇宙射線 12.8%n電

2、離成份電離成份 10.5%n中子中子 2.3%一些核輻射的特征一些核輻射的特征:Type of particlesymbolCharge (relative)Approximate rest massRest massneutronn011.008982Protonp111.007593Deuterond122.014187Tritont133.01645Alpha particlea244.002777positron+ e+11/18400.000549Electrons or beta particle- e-11/18400.000549 meson1210/18400.1151276

3、/18400.152Gamma rayneutrinovFission fragment 20952 核輻射的分類 快電子 帶點(diǎn)粒子輻射 重電子粒子 ray 電磁輻射 x ray 非帶電輻射 中子1 快電子源快電子源 fast electron source 1.1 衰變衰變 beta decaybeta decay 反應(yīng)式 initial final antineutrinos nuclide nuclide反沖核（recoil nuclide ) : E幾乎為0 小于電離閾能中微子： 與粒子分配衰變能Q值。粒子的能量是連續(xù)的缺點(diǎn)：不是單能電子源（monoenergetic electron

4、s) YXAZAZ+11.2 內(nèi)轉(zhuǎn)換電子內(nèi)轉(zhuǎn)換電子 internal conversion 過程：過程： 衰變衰變 母核母核 能量是單能的能量是單能的母核：處于激發(fā)態(tài)母核：處于激發(fā)態(tài)發(fā)射光子內(nèi)轉(zhuǎn)換1.3 俄歇電子 Auger electron 特征x射線原子殼層中的電子空位原子殼層中的電子空位 俄歇電子特點(diǎn)：能量較小入射粒子入射粒子光電子光電子特征特征X射線射線俄歇電子俄歇電子1.4 電子加速器 Accelerator 燈絲加熱是豐富的電子源燈絲加熱是豐富的電子源 電子從表面逸出時(shí)，起能量小于電子從表面逸出時(shí)，起能量小于1ev1ev 電壓差電壓差 電子獲得的能量電子獲得的能量 1 V 1eV1

5、 V 1eV 1000V 10keV 1000V 10keV 2000V 20keV 2000V 20keV 大型電子加速器能加速到幾大型電子加速器能加速到幾 MeVMeV 2 重帶電粒子源重帶電粒子源 2.1 2.1 衰變衰變 Alpha decayAlpha decay 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）能量單一）能量單一 5.358Mev 25.358Mev 2）封裝?。┓庋b薄 0.09% 0.09% 金屬箔金屬箔 0.143 5.456Mev0.143 5.456Mev 28% 28% 0.043 5.49Mev 0.043 5.49Mev 72% 72% HeYXAZAZ4242+Pu23894U

6、234922.2 自發(fā)裂變自發(fā)裂變 spontaneous fission 原則上所有重核都可能自發(fā)地裂變成兩個(gè)輕原則上所有重核都可能自發(fā)地裂變成兩個(gè)輕核碎片。核碎片。 超鈾元素自發(fā)裂變幾率高超鈾元素自發(fā)裂變幾率高 動(dòng)量守恒原理動(dòng)量守恒原理 兩個(gè)碎片相向發(fā)射兩個(gè)碎片相向發(fā)射 能量由兩碎片帶走能量由兩碎片帶走 伴隨產(chǎn)生中子伴隨產(chǎn)生中子 、 射線射線 3電磁輻射源電磁輻射源 3.1 3.1 伴隨伴隨衰變的衰變的輻射輻射 x rays following beta decay 射線的產(chǎn)生：射線的產(chǎn)生： 受激態(tài)原子核向較低能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生受激態(tài)原子核向較低能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生 22Na 1） 發(fā)生的時(shí)間發(fā)生的

7、時(shí)間 ns級(jí)以下級(jí)以下 EC10% 2）單能）單能 + + 90% 3 90% 3）衰變的半衰期較長衰變的半衰期較長 1.274 excided nuclide state 41.274 excided nuclide state 4） 核的退激核的退激 1 transformation1 transformation ground state ground state 3.2 湮沒輻射湮沒輻射 Annihilation radiation 與與- -衰變相伴隨衰變相伴隨 正電子失去動(dòng)能之后與負(fù)電子相結(jié)合產(chǎn)生兩個(gè)方向相正電子失去動(dòng)能之后與負(fù)電子相結(jié)合產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的反的0.511MeV0.5

8、11MeV的光子。的光子。 湮沒輻射的時(shí)間極短。湮沒輻射的時(shí)間極短。 0.511MeV0.511MeV的光子與原的光子與原輻射在探測(cè)器中相疊加形成能輻射在探測(cè)器中相疊加形成能量較大的光電源。量較大的光電源。 一般一般+ +源的封裝材料都能阻止正電子。源的封裝材料都能阻止正電子。 3.3 伴隨核反應(yīng)產(chǎn)生的伴隨核反應(yīng)產(chǎn)生的射線射線 follow nuclear reaction 例如：例如： Er =4.44Mev 時(shí)間長 21011s 單能 nCBeHe101269442+MevnOCHem13. 61016813642+3.4 軔致輻射軔致輻射 1） 產(chǎn)生：高速電子受核庫侖場(chǎng)阻止而改變方向產(chǎn)生

9、 2） 連續(xù)譜 continue spectrum 從 0E max （最大電子能量） 3.5 特征特征x 射線射線 產(chǎn)生：產(chǎn)生： 原子殼層電子躍遷原子殼層電子躍遷- 原子退激原子退激 時(shí)間時(shí)間ns級(jí)級(jí) Auger electron 競(jìng)爭(zhēng)過程競(jìng)爭(zhēng)過程 熒光產(chǎn)額熒光產(chǎn)額 fluorescent field 光子能量光子能量 產(chǎn)生方式：產(chǎn)生方式： a) exciting by Radioactive decay 電子俘獲電子俘獲 electron capture 內(nèi)轉(zhuǎn)換內(nèi)轉(zhuǎn)換 internal conversation b) 外部輻射激發(fā)外部輻射激發(fā) excited by external rad

10、iation c) 同步輻射同步輻射 synchrotron radiation u 1898年，施密特發(fā)現(xiàn)釷（年，施密特發(fā)現(xiàn)釷（Th）具有與鈾礦石相同的特征。）具有與鈾礦石相同的特征。 u 1899年，盧瑟福（年，盧瑟福（Rutherford）和歐文斯（）和歐文斯（Owens）發(fā)現(xiàn)）發(fā)現(xiàn) 射氣（射氣（emanation)現(xiàn)象。現(xiàn)象。 u 1901年，年，Pierre 和和Marie Curie發(fā)現(xiàn)鐳（發(fā)現(xiàn)鐳（Ra）之后又發(fā)現(xiàn)了）之后又發(fā)現(xiàn)了 釙（釙（Po）。通過研究鈾釷礦石的放射性，發(fā)現(xiàn)）。通過研究鈾釷礦石的放射性，發(fā)現(xiàn) Ra比鈾釷具比鈾釷具 有更強(qiáng)的放射性，于是從瀝青中提煉出鐳有更強(qiáng)的放射

11、性，于是從瀝青中提煉出鐳u 1903年，年， Becquerel 和和Marie Curie夫婦分別獲得物理諾貝夫婦分別獲得物理諾貝 爾獎(jiǎng)。爾獎(jiǎng)。u 1911年，年， Marie Curie 獲得化學(xué)獲得化學(xué) Nobel Prize for isolatiing radium（ Pierre died in 1906）。）。u Marie Curie died in 1934 at the age of 67 years as a result of prolonged exposure to radioactivity Ra.u 19111911年，盧瑟福（年，盧瑟福（RutherfordR

12、utherford）用）用射線轟擊各種原子，射線轟擊各種原子， 觀測(cè)到觀測(cè)到射線發(fā)生偏折，從而確定了核結(jié)構(gòu)，并提出了原射線發(fā)生偏折，從而確定了核結(jié)構(gòu)，并提出了原 子結(jié)構(gòu)的行星模型，從而奠定了原子結(jié)構(gòu)和原子核結(jié)構(gòu)的子結(jié)構(gòu)的行星模型，從而奠定了原子結(jié)構(gòu)和原子核結(jié)構(gòu)的 研究基礎(chǔ)。研究基礎(chǔ)。u 此后不久，玻爾提出了原子的殼結(jié)構(gòu)和電子在原子中的運(yùn)此后不久，玻爾提出了原子的殼結(jié)構(gòu)和電子在原子中的運(yùn) 動(dòng)規(guī)律，同時(shí)建立了描述微觀世界的量子力學(xué)。動(dòng)規(guī)律，同時(shí)建立了描述微觀世界的量子力學(xué)。u 19191919年，在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)了人工核蛻變核反應(yīng)，年，在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)了人工核蛻變核反應(yīng)， 它是用它是用

13、粒子轟擊氦核能放出質(zhì)子，反應(yīng)式如下：粒子轟擊氦核能放出質(zhì)子，反應(yīng)式如下： u 19321932年，發(fā)現(xiàn)中子（年，發(fā)現(xiàn)中子（neutron)neutron)。u 19341934年，人工放射性核素合成成功。年，人工放射性核素合成成功。HOHeN1118842147+ 單位和定義單位和定義 (unit and definition ) 1. 放射性活度 放射性核素的衰變率放射性核素的衰變率 單位單位: /s Becquerel(: /s Becquerel(國際單位國際單位) ) Curie (Ci Curie (Ci): 1g ): 1g 純純RaRa的活度的活度 1Bq=3.71Bq=3.71

14、01010 10 CiCi 放射性比活度放射性比活度 specific activityspecific activity 描述單位質(zhì)量的放射性同位素樣品的放射性活度描述單位質(zhì)量的放射性同位素樣品的放射性活度 specific activity=specific activity= NdtdNNdtdN=MLLMMA=2能量 energy 傳統(tǒng)傳統(tǒng): : 電子伏電子伏(eV ) KeV MeV(eV ) KeV MeV 一個(gè)電子經(jīng)過一個(gè)電子經(jīng)過1 1伏電壓差加速所達(dá)到的動(dòng)能伏電壓差加速所達(dá)到的動(dòng)能 國際單位國際單位SI:SI: 焦耳焦耳 J jouleJ joule 1 eV 1 eV =1.

15、602 =1.6021010-19 -19 J J 光子能量與輻射頻率的關(guān)系光子能量與輻射頻率的關(guān)系: : E=3輻射照射量 在輻射防護(hù)中的物理量射線照射量 def: 射線在質(zhì)量為dm的空氣體積元內(nèi)形成的次級(jí)電子 (負(fù),正電子)完全被阻止在空氣中時(shí)所產(chǎn)生的電離電荷dQ X=dQ/dm SI 單位 庫侖/kg C/kg 歷史單位 倫琴 R 1R=2.5810-4 C/Kg 輻射量描述的是空間某一點(diǎn)(無源) 射線強(qiáng)度,是通過一定通 量的射線對(duì)空氣體積元的作用來定義的. 基本問題 按x的定義,累計(jì)次級(jí)電子的電離電荷量一直到次級(jí)電子路徑終止. 距單位放射活度的源在已知點(diǎn)的照射量(點(diǎn)源). a) 源足夠

16、小,能保持球形條件,光子通量不隨1/d2而減小. b) x , 射線在源和測(cè)量點(diǎn)之間的空氣或其他物質(zhì)沒有 吸收 c) 只有從源到測(cè)量點(diǎn)的光子才有貢獻(xiàn),忽略周圍介質(zhì)物 質(zhì)中的散射光子 表示所有從輻射源發(fā)出的能量大于 的光子都對(duì)劑量有貢獻(xiàn).而能量小于 的光子由于吸收等而無實(shí)際意義。 2dAX =典型同位素源的 值 Cesium 3.3 Cobalt -57 0.9 Cobalt -60 13.2 Radium-226 8.25 Sadium-24 18.4 4 吸收劑量 Absorbed Dose def: D= dE/dm SI單位： J/Kg Gray (G y)=1 J/Kg 廢除單位： Rad(拉德)=100爾格/克 1 Gy= 100 Rad 討論問題討論問題1.1.兩種不同的物質(zhì)受到相同的兩種不同的物質(zhì)受到相同的射線照射量，則吸收劑量不一定相同。 原因：物理性質(zhì)的變化誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)2.D是一定的輻射照射量在吸收物質(zhì)中產(chǎn)生的化學(xué)和物理效應(yīng)