核輻射探測(cè)學(xué)1-2010課件

1、核輻射探測(cè)學(xué)碩士課程，學(xué)時(shí)：30+10任課教師：方方實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)：2010.9-11（第3-14周，每周四下午）上課地點(diǎn)：9A203Ff辦公室：6C1104聯(lián)系電話：84077497MAIL: ffsjp20042010.091核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程主要內(nèi)容第一章 放射性基本知識(shí)第二章 射線與物質(zhì)的相互作用第三章 射線能譜學(xué)第四章 放射性測(cè)量單位、輻射源及防護(hù)知識(shí)第五章 核輻射探測(cè)器第六章 放射性測(cè)量中的統(tǒng)計(jì)漲落規(guī)律2010.092核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程教材與參考文獻(xiàn)成都地質(zhì)學(xué)院三系, 放射性勘探方法,原子能出版社，1978章曄,華榮洲,石柏慎，放射性方法勘查

2、，原子能出版社，1990賈文懿,方方,唐紅,苗放. 核地球物理儀器,原子能出版社,1998成都地質(zhì)學(xué)院三系，放射性勘探儀器，原子能出版社，1979方方,唐紅,葛君偉,苗放，放射性勘探簡(jiǎn)明教程,成都地質(zhì)學(xué)院,1992周蓉生等，核方法原理及應(yīng)用，地質(zhì)出版社，1994葛良全,周四春，核輻射測(cè)量方法，成都理工大學(xué)，2007湯彬葛良全方方等，核輻射測(cè)量原理，哈爾濱工程大學(xué)出版社，2010G F Knoll. Radiation Detection and Measurement.1989 C E Crouthamel, Appliied Gamma-Ray Spectrometry,1970Nuclea

3、r GeophysicsApplied Radiation IsotopesJournal Applied Radiation and IsotopesRadioactive Methods. Geophysics2010.093核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程第一章 放射性基本知識(shí)原子與原子核核衰變放射性系列天然放射性核素射線譜放射性核素衰變和積累規(guī)律2010.095核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程1.原子與原子核原子的組成及基本性質(zhì)： 原子核核外軌道電子原子質(zhì)子中子原子核2010.096核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程原子及原子核的基礎(chǔ)知識(shí)原子的結(jié)構(gòu)：原子atom ： 原子核 nucleus、電子 e

4、lectron原子核帶正電、電子帶負(fù)電（電荷是量子化的）原子是電中性的原子的大小： 10-10 米原子的太陽(yáng)系模型核能，結(jié)合能，核能級(jí)，基態(tài)，激發(fā)態(tài)，躍遷 2010.097核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程 原子核由中子和質(zhì)子組成。它們靠什么力將這些核子約束在原子核內(nèi)呢？目前公認(rèn)是：原子核內(nèi)核子間存在核力，它是中子與中子、中子與質(zhì)子、以及質(zhì)子與質(zhì)子的相互吸引力，使核子緊密地聚集在一起(各核子間具有相同的核力)。 核內(nèi)的質(zhì)子與質(zhì)子之間還存在服從庫(kù)侖定律的靜電斥力，使核傾向于分裂。此外，核內(nèi)核子間還存在萬(wàn)有引力、以及對(duì)衰變一類變化起作用的弱力。原子及原子核的基礎(chǔ)知識(shí)核力：核力 為 1； 電磁力 10-2

5、 ； 萬(wàn)有引力 10-38 核力的力程(相互作用的距離)很短，在10-13 cm以內(nèi)，核力 10fm 消失。2010.098核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程原子核的能級(jí)是原子核能量狀態(tài)的標(biāo)志，原子核的不同能量狀態(tài)就是原子核的能級(jí)。通常原子核處于最低能量狀態(tài)，稱為基態(tài)。當(dāng)原子核受到某種射線（快速粒子或光子）的轟擊或進(jìn)行核衰變時(shí)，產(chǎn)生的核可能處于較高能量態(tài)，原子核處于較高能量狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。一個(gè)原子核可以有許多能級(jí)，能級(jí)是分立不等間隔的。不同核素具有自己不相同的核能級(jí)。原子及原子核的基礎(chǔ)知識(shí) 核能級(jí)變化放出的光子波長(zhǎng)很短、能量很大，這種光子被稱為光子(即射線)。原子核發(fā)射的各種能量的光子集合，稱為該原

6、子核的射線譜(即原始射線能譜)。核能級(jí)：2010.0910核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程第一，軌道電子在外部殼層各軌道之間跳躍時(shí)所產(chǎn)生的光譜稱為光學(xué)光譜。例如，若軌道電子原來(lái)位于N層，當(dāng)它在N、O、P、Q、等外部殼層之間跳躍時(shí)，就發(fā)生光學(xué)光譜。這種外部跳躍時(shí)的原子能量變化較小，發(fā)出的光頻率較低，一般在可見(jiàn)光區(qū)或其附近。地質(zhì)工作中用來(lái)分析巖礦元素的光譜分析，就是利用這一部分特性。第二，軌道電子在K、L、M、等殼層中間跳躍時(shí)，所產(chǎn)生的光譜稱為線狀倫琴光譜，這時(shí)的原子能量變化大，發(fā)射的光子頻率高。線狀倫琴光譜由內(nèi)殼層電子的跳躍所引起，而內(nèi)殼層電子離核很近，所以這種光譜與原子核電荷之間有密切關(guān)系，稱為標(biāo)

7、識(shí)倫琴射線(又稱特征X射線)。近年來(lái)，分析和鑒定中迅速發(fā)展起來(lái)的X射線熒光法，便利用了該特性。原子及原子核的基礎(chǔ)知識(shí)原子的能級(jí)：在原子光譜學(xué)中，可以將其分為兩個(gè)類型：2010.0912核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程常用述語(yǔ)： 質(zhì)子 proton 、中子 neutron 核內(nèi)質(zhì)子數(shù)（Z）、核外電子數(shù)、核的電荷數(shù) 原子序數(shù) atomic number 中子數(shù)（N） N=A Z A 原子質(zhì)量 元素: Z 相同的原子 核素：具有特定質(zhì)子數(shù)Z、中子數(shù)N 的原子核。 已知 2000多個(gè)核素 放射性核素： 同位素 isotope：相同 Z ,不同A（N不同）的核素。 同量異位素 isoboars：相同A，不同

8、 Z 、N 的核素。 同質(zhì)異能素 isomers：相同A、Z；不同能級(jí)的核素。 2010.0914核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程化學(xué)元素周期表2010.0915核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程核反應(yīng)核裂變核聚變?cè)蛹霸雍说幕A(chǔ)知識(shí)2010.0916核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程2. 核衰變放射性現(xiàn)象 衰變 衰變 躍遷2010.0917核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程放射性現(xiàn)象 定義：原子核自發(fā)的發(fā)生核結(jié)構(gòu)的變化，由一個(gè)元素的原子核轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)元素的原子核，同時(shí)伴隨放射出粒子或電磁輻射的現(xiàn)象。稱為放射性衰變。 放出的粒子： 粒子、粒子、輻射、碎片 不受 物理的、化學(xué)的條件的影響 是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程2010.0

9、918核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程衰變 放出 粒子 beta particle 高速運(yùn)動(dòng)的電子分為 衰變 和 衰變。 -衰變2010.0920核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程-衰變實(shí)例衰變； 30 年 1.17 MeV 0.51 MeV8 % 92 % 0.661 MeV 基態(tài) 2010.0921核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程K俘獲 K-capture原子核俘獲一個(gè)軌道電子，核內(nèi)一個(gè)質(zhì)子變成中子。2010.0923核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程 躍遷 - transition 在衰變、衰變過(guò)程中，伴隨放出輻射 gamma radiation例： 基態(tài) 0.059MeV,99.7% 1.54MeV 0.

10、31MeV0.3% 1.17MeV 1.33MeV 基態(tài) 2010.0924核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程放射性系列 鈾系 uranium series U - 238 A=4n+2釷系 thorium series Th- 232 A=4n錒鈾系 actinium uranium series U- 235 A=4n+3镎系 neptunium series Np- 237 A=4n+1 2010.0926核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程放射性系列-鈾系鈾鏷釷錒鐳鈁氡砹釙鉍鉛 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 2010.0927核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程放射性系列

11、-鈾系鈾鏷釷錒鐳鈁氡砹釙鉍鉛 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 2010.0928核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程放射性系列釷系 釷錒鐳鈁氡砹釙鉍鉛 鉈 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 2010.0930核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程小結(jié)（1）主要的輻射體（2）Rn及其衰變子體（3）主要的譜線及與核素間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系（4）主要的譜線的相對(duì)強(qiáng)度2010.0931核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程4. 天然放射性核素射線譜 射線譜 射線譜 射線譜2010.0932核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程例：衰變 射線能譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)： Bi-212 5.48 Me

12、V 0.016 % 5.603 1.1 5.622 0.15 5.765 1.7 6.047 69.9 6.086 27.2 Po-212 8.78 100.0 9.492 0.004 10.422 0.002 10.543 0.018 2010.0933核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程天然放射性元素射線譜1.鈾系 核素 射線 射線 (MeV) 幾率 能量(MeV) U-238 4.185 0.187 0.048Th-234 0.148 0.093Ra-226 4.761 0.012 0.184Rn-222 5.482 0.00064 0.51 Po-218 6.002 - -Pb-214 - 0

13、.377 0.352 0.189 0.295Bi-214 - 0.052 2.204 0.163 1.764 0.166 1.120 0.471 0.609Po-214 7.6872010.0934核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程天然放射性元素射線譜2.釷系 核素 射線 射線 (MeV) 幾率 幾率 能量(MeV)Th-232 3.993 0.197 0.06Ra-224 5.677 0.030 0.241Rn-220 6.282 - -Po-216 6.774 - -Pb-212 0.470 0.239Bi-212 6.051 0.337 Po-212 8.785 0.663 Tl-208 0.

14、337 2.620 0.293 0.5832010.0935核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程天然放射性元素射線譜3.不成系列的天然放射性核素的射線譜 K-40 1.46 MeV T=1.3 X 109a Rb-87 T=5.0 X 1010a Sm-147 T=1.06 X 1011a2010.0936核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程5. 放射性核素衰變和積累規(guī)律放射性核素衰變的基本規(guī)律兩個(gè)放射性核素相繼衰變和積累規(guī)律多個(gè)放射性核素的衰變和積累規(guī)律放射性平衡鈾鐳平衡系數(shù)氡及其子體的衰變和積累2010.0937核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程常用述語(yǔ)：放射性衰變規(guī)律衰變常數(shù)半衰期放射性核素的壽命放射性平衡2

15、010.0938核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程1. 放射性衰變的基本規(guī)律 在 t 到 t + dt 的時(shí)間間隔內(nèi)，原子的衰變數(shù) dN 與存在的原子總數(shù) N 成正比。2010.0939核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程 每個(gè)原子在單位時(shí)間內(nèi)衰變的幾率， 量綱 t-1(秒-1、日-1、年-1）半衰期：衰變常數(shù)：2010.0940核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程放射性核素的壽命：經(jīng)過(guò)十倍半衰期，只剩下1/1024，可以認(rèn)為衰變完了。2010.0941核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程放射性核素的平均壽命：某個(gè)放射性原子核的平均壽命就是它的全部原子核衰減到原數(shù)量的1/e時(shí)的所需時(shí)間期望值。定義：處于特定能態(tài)的一定量的放

16、射性核素的平均生存時(shí)間為該放射性核素的平均壽命。2010.0942核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程二、兩個(gè)放射性核素相繼衰變和積累規(guī)律2010.0943核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程兩個(gè)放射性核素相繼衰變和積累規(guī)律稱為達(dá)到放射性平衡，10 TB1) A B2010.0944核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程1) A B兩個(gè)放射性核素相繼衰變和積累規(guī)律2010.0946核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程活度放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)衰變的原子核數(shù)目，即放射性核素的衰變率d /d N t，稱其為放射性活度(曾經(jīng)稱為放射性強(qiáng)度或衰變強(qiáng)度，可表征放射性物質(zhì)的質(zhì)量大小)，采用符號(hào)A 表示。放射性活度A 的定義：在給定時(shí)刻，處于特定能態(tài)一定量的放射性核素在dt 時(shí)間內(nèi)發(fā)生自發(fā)核躍遷次數(shù)dN 的期望值。式中， A 0= N0 ，是t 0 = 時(shí)刻的放射性活度。三、多個(gè)放射性核素相繼衰變和積累規(guī)律2010.0947核輻射探測(cè)學(xué) 碩士研究生課程鈾系：壽命最長(zhǎng)的子體核素為 U-234, 半衰期為2.44 X 105a，整個(gè)系列達(dá)