核材料導論概述

第一章概述本章內容基本概念核反應原理核應用核輻射核輻射防護基本概念核是什么？基本概念1912年英國科學家盧瑟福根據(jù)α粒子轟擊金箔的實驗中，絕大多數(shù)α粒子仍沿原方向前進，少數(shù)α粒子由于撞擊到了電子發(fā)生較大偏轉，個別α粒子偏轉超過了90°，有的α粒子由于撞上原子核所以偏轉方向甚至接近180°。該試驗事實確認：原子內含有一個體積小而質量大的帶正電的中心，這就是原子核。基本概念原子核（atomicnucleus)簡稱“核”。位于原子的核心部分，由質子和中子兩種微粒構成。原子核的密度極大，核密度約為1014g/cm3，即1cm3的體積如裝滿原子核，其質量將達到一億噸?；靖拍钇駷橹?，已發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)定原子核265種，60種天然放射性核，人工合成有2400種核，然而在核素圖上，由中子滴落線、質子滴落線及自裂變半衰期大于1μs的限制邊界內所包圍的核素應有8000余種，這表明有一大半核尚未被人們認識。根據(jù)目前的情況，考慮到可能的生成與鑒別方法，估計還可能被生成或鑒別600種左右的新核素，它們是世界各地有關實驗室不惜耗費重金搜索的目標?？淇四Ｐ?964年，美國科學家蓋爾曼提出了關于強子結構的夸克模型?？淇艘彩且环N費米子，即有自旋1/2。因為質子、中子的自旋為1/2，那么三個夸克，如果兩個自旋向上，一個自旋向下，就可以組成自旋為1/2的質子、中子。J/ψ粒子由丁肇中等人于1974年發(fā)現(xiàn)，它實際上是由粲夸克和反粲夸克組成的夸克對。凡是由三個夸克組成的粒子稱為重子，重子和介子統(tǒng)稱強子，因為它們都參與強相互作用?；玖Ｗ颖碣M米子夸克上夸克反上夸克下夸克反下夸克粲夸克反粲夸克奇夸克反奇夸克頂夸克反頂夸克底夸克反底夸克輕子電子正電子μ子反μ子τ子反τ子電子中微子反電子中微子μ子中微子反μ子中微子τ子中微子反τ子中微子玻色子規(guī)范玻色子光子膠子W玻色子Z玻色子核反應原理核反應是指入射粒子（或原子核）與原子核（稱靶核）碰撞導致原子核狀態(tài)發(fā)生變化或形成新核的過程。反應前后的能量、動量、角動量、質量、電荷與宇稱都必須守恒。核反應是宇宙中早已普遍存在的極為重要的自然現(xiàn)象?，F(xiàn)今存在的化學元素除氫以外都是通過

天然核反應合成的，在恒星

上發(fā)生的核反應是恒星輻射

出巨大能量的源泉。核反應原理在核反應中，用于轟擊原子核的粒子稱為入射粒子或轟擊粒子，被轟擊的原子核稱為靶核，核反應發(fā)射的粒子稱為出射粒子，反應生成的原子核稱為剩余核或產(chǎn)物核。核反應原理核反應按其本質來說是質的變化，但它和一般化學反應有所不同，化學反應只是原子或離子的重新排列組合，而原子核不變。核反應能常以兆電子伏計量，而化學反應能一般只有幾個電子伏。核反應原理核反應通常分為四類：衰變、粒子轟擊、裂變和聚變。前者為自發(fā)發(fā)生的核轉變，而后三種為人工核反應（即用人工方法進行的非自發(fā)核反應）。核反應原理衰變核反應原理核裂變(Nuclearfission)又稱核分裂，是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。鈾裂變在核電廠最常見，加熱后鈾原子放出2到4個中子，中子再去撞擊其它原子，從而形成鏈式反應而自發(fā)裂變。常用裂變元素有鈾-235、钚-239、钚-241等。裂變核反應原理連鎖反應核反應原理聚變核反應原理聚變核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核，并釋放出能量的過程。自然界中最容易實現(xiàn)的聚變反應是氫的同位素——氘與氚的聚變，這種反應在太陽上已經(jīng)持續(xù)了50億年。人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的，科學家們希望發(fā)明一種裝置，可以有效控制“氫彈爆炸”的過程，讓能量持續(xù)穩(wěn)定的輸出，即受控核聚變研究。核反應原理中國合肥EAST核應用（1）核分析技術（2）輻射加工（3）醫(yī)學領域中的應用（4）農(nóng)業(yè)領域中的應用（5）核能的和平利用核應用碳14測年同位素示蹤技術中子衍射中子照相X射線熒光分析核分析技術……核應用輻射聚合輻射交聯(lián)輻射接枝及新材料制備輻射降解輻射固化輻射加工……核應用輻射育種技術輻射保藏輻射殺蟲農(nóng)業(yè)領域中的應用核應用原子能電池核應用大亞灣核電站核應用秦山核電站核輻射核輻射，或通常稱之為放射性，存在于所有的物質之中。核輻射是原子核從一種結構或一種能量狀態(tài)轉變?yōu)榱硪环N結構或另一種能量狀態(tài)過程中所釋放出來的微觀粒子流。核輻射可以使物質引起電離或激發(fā)，故又稱為電離輻射。核輻射常用輻射單位活度居里(Ci)貝克[勒爾](Bq)1Ci=3.7×1010Bq照射量倫琴(R)庫倫/千克(C/kg)1R=2.58×10-4/kg吸收劑量拉德(rad)戈[瑞](Gy)1Gy=100rad劑量當量雷姆(rem)希[弗](Sv)1Sv=100rem核輻射常用輻射單位用于衡量輻射對生物體組織傷害的是吸收劑量，其單位為Sv（希弗），一個Sv相當于每千克物體吸收1焦耳的輻射能量，Sv是個很大的單位，實際通用單位一般采用mSv（千分之一Sv，毫希弗）。1Sv=1000mSv=1000000uSv核輻射放射性物質以微?；虿ǖ男问桨l(fā)射出的一種能量就叫核輻射，核爆炸和核事故都有核輻射。主要是α、β、γ三種射線。核輻射標志核輻射α射線是氦核,只要用一張紙就能擋住，但吸入體內危害大（內照射）β射線是電子流，照射皮膚后燒傷明顯；（內照射、外照射）γ射線的穿透力很強，是一種波長很短的電磁波。（外照射）核輻射特點1.持續(xù)長期作用2.完全的化學物理穩(wěn)定性3.公眾無法直接感知4.危害作用效果的累積特性核輻射核輻射來源天然輻射人工輻射宇宙射線輻射天然放射性元素發(fā)出的射線輻射（如U、Ra）放射性治療，核武器爆炸，核反應堆等。核輻射核輻射少量的輻射照射并不會危及人類的健康。每人每年平均所接受的天然輻射劑量約為2.4mSv核輻射類型刻量水平看電視每天2小時<0.01mSv/a夜光表0.02mSv/a乘飛機2000km0.005mSv/h眼睛(局部)0.01~0.04mSv/a家用天然氣(局部)0.06~0.09mSv/a假牙(局部)1μmSv/a吸煙每天20支("釙彈")0.5~1mSv/a診斷X射線人均年有效劑量0.3mSv/aCT人均單次有效劑量8.6mSv/a使用大力發(fā)電廠帶來的照射0.005mSv/a核電站附近人均年有效劑量0.001~0.002mSv/a核設施附近人均年有效劑量0.001~0.2mSv/a核輻射與防護核輻射會引起哪些傷害?核輻射與防護損傷軀體細胞，導致人體器官組織發(fā)生疾病，最終可能導致人體死亡。

導致遺傳基因發(fā)生突變。短時間內大劑量電離輻射引起的放射性損傷，稱急性放射病較長時間超過允許劑量的輻射損傷，稱慢性放射病。核輻射與防護放射性物質可通過呼吸吸入，皮膚傷口及消化道吸收進入體內，引起內照射。γ輻射可穿透一定距離被機體吸收，使人員受到外照射傷害。核輻射與防護輕度損傷，可能發(fā)生輕度急性放射病，如乏力，不適，食欲減退。中度損傷，能引起中度急性放射病，如頭昏，乏力，惡心，有嘔吐，白細胞數(shù)下降。重度損傷，能引起重度急性放射病，雖經(jīng)治療但受照者有50%可能在30天內死亡，其余50%能恢復。表現(xiàn)為多次嘔吐，可有腹瀉，白細胞數(shù)明顯下降。極重度損傷，引起極重度放射性病，死亡率很高。多次吐、瀉，休克，白細胞數(shù)急劇下降。核事故和原子彈爆炸的核輻射都會造成人員的立即死亡或重度損傷。還會引發(fā)癌癥、不育、怪胎等。核輻射對人的傷害核輻射與防護在核泄漏中，有四種放射性同位素是對人體比較有危險的：（1）碘-131在這四種反射性同位素中，碘-131是最為危險的。因為它可以在最短的時間內讓人體細胞癌化，尤其是針對甲狀腺細胞。但放射性碘（I-131）的半衰期是8.3天。這就意味著，大約三個月后，幾乎所有的放射性碘將衰變完而消失了。

（2）鍶和銫鍶和銫的危險性僅次于碘。這兩個同位素會潛入身體內部，隱藏在人們的骨頭中很多年。白血病就是鍶造成的。鍶礦銫白血病銫會造成肝癌和腎癌等。銫137的半衰期約為30年。根據(jù)沉降灰中放射性物質的總量，可能需要采取一些去污和必要的減少輻射措施（如農(nóng)業(yè)，林業(yè)等）。（3）钚-239最令人頭痛的便是钚-239。钚是燃料棒主要的構成物質。這個放射性元素毒性十分的強烈。它能通過呼吸傳播，因而引發(fā)肺癌。防輻射的原則:當需要對輻射進行防護的時候，有三個重要的原則，就是時間、距離和屏蔽。接受輻射的時間越短，離輻射的距離越遠，接受的劑量就越少。七、核輻射的防護核輻射與防護七、核輻射的防護內照射防護原則：1．防止或減少放射性物質進入體內；2．對于放射性元素可能進入體內的途徑要予以防范；3．通過藥物或其他手段使已經(jīng)進入人體的放射性物質排出體外。外照射防護原則：1．受照射時間的控制；2．增大與輻射源間的距離；3．采用屏蔽物屏蔽。核輻射與防護如何避免核輻射？

防核輻射最管用的是鉛板。

核輻射與防護不要淋雨穿戴帽靴徹底洗澡更換衣服關閉窗戶和通風口進入地下別用電話帶收音機封好食品用鉛板墻壁等遮擋降低照射強度嚴防死守五官核輻射與防護服用碘片的防輻射原理碘片可防核輻射核電運行中，產(chǎn)生一種放射性物質碘-131﹐它是碘的放射性同位素，甲狀腺吸收后造成損傷。預先服用含有穩(wěn)定碘同位素的藥片，可以阻斷人體甲狀腺對放射性碘-131的吸收。在吸入放射性碘數(shù)小時內服用穩(wěn)定性碘，仍可使甲狀腺吸收放射性碘的量降低一半左右。由于碘不易在甲狀腺中積聚，短時間內就能排出體外，從而減少碘-131對人體的放射性危害。核輻射與防護服用碘的確可封閉甲狀腺，讓放射性碘無法“入侵”，但是過量的碘會導致碘中毒。在短期內可能會出現(xiàn)腸部不適和過敏現(xiàn)象及甲狀腺疾病，嚴重甚至會致命。甲狀腺服用量是按成人在最初24小時服用一片（相當于100毫克碘當量