緒論及基礎(chǔ)知識(shí)1(2011) COPY

核地球物理教師信息：地球物理與信息技術(shù)學(xué)院王南萍Tel:82321833E-mail:npwang@核???核地球物理目的

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解核輻射探測(cè)及核地球物理的基礎(chǔ)理論，掌握放射性測(cè)量的基本方法及常用儀器的使用，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用核地球物理方法技術(shù)解決礦產(chǎn)資源勘查、電離輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)、以及地學(xué)相關(guān)實(shí)際問(wèn)題的能力。學(xué)時(shí)安排

講授：32

實(shí)驗(yàn)：16（每個(gè)班分成兩組）時(shí)間11-17周周五及周日考試方式閉卷教材《核輻射場(chǎng)與放射性勘查》

程業(yè)勛等編

地質(zhì)出版社，2005（有不少印刷錯(cuò)誤，請(qǐng)諒）參考教材

1.《核技術(shù)勘查》吳慧山主編19982.《放射性方法勘查》章曄等編19903.《氡及其子體測(cè)量》吳慧山等19954.《核方法原理及應(yīng)用》周蓉生1994期刊雜志5.AppliedRadiationandIsotopes6.JournalofEnvironmentalRadiation7.J.G.RJournalofGeophysicsReview8.EnvironmentalInternational9.JournalofNuclearScienceandTechnology(JNST)期刊雜志10.《核技術(shù)》11.《輻射防護(hù)》12.《物探與化探》13.《成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)》14.15.www.E(出版社）為何要開(kāi)設(shè)《核地球物理》？應(yīng)用尋找鈾資源放射性污染監(jiān)測(cè)教學(xué)方法

原理儀器野外方法

室內(nèi)資料處理成圖何為地球物理？地球物理是應(yīng)用物理的原理研究地球的科學(xué)。緒論方法簡(jiǎn)介介質(zhì)物性差異地球物理方法密度重力勘探磁性磁法勘探電性電法與電磁法彈性波速地震勘探放射性放射性勘探

地球物理測(cè)井異同點(diǎn)？經(jīng)典近代課堂討論題核地球物理方法與其他地球物理方法有什么不同？方法特點(diǎn)是一種地球物理場(chǎng)可在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定元素的含量，與其他地球物理方法明顯不同如何能測(cè)定元素含量？基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)核物理與地球化學(xué)理論核輻射探測(cè)技術(shù)核地球物理方法，簡(jiǎn)稱核物探，是應(yīng)用原子核物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)理論，通過(guò)核輻射探測(cè)的方法技術(shù)來(lái)研究地球介質(zhì)中天然和人工的核輻射場(chǎng)及放射性核素活度的分布和變化規(guī)律，從而達(dá)到礦產(chǎn)資源勘查及解決地學(xué)、環(huán)境相關(guān)問(wèn)題的一組方法。緒論方法發(fā)展簡(jiǎn)史方法分類方法的應(yīng)用發(fā)展簡(jiǎn)史（儀器）

20年代：電離室

30年代：GM計(jì)數(shù)管

40年代：

50年代：閃爍探測(cè)器

70年代：半導(dǎo)體Ge(Li)80年代

90年代以來(lái)：半導(dǎo)體Ge，Si發(fā)展簡(jiǎn)史（應(yīng)用）30年代：尋找油氣40年代：尋找放射性礦產(chǎn)50年代：中國(guó)開(kāi)始尋找鈾礦70年代：累積方法出現(xiàn)80年代：尋找油氣資源90年代：環(huán)境輻射評(píng)價(jià)21世紀(jì)初：大力發(fā)展鈾資源勘查方法分類按空間位置分類

1.航空放射性測(cè)量

2.地面放射性測(cè)量伽馬能譜測(cè)量氡及其子體測(cè)量

3.井中（核測(cè)井）

4.海洋（水下）放射性測(cè)量方法分類按方法分類1.天然放射性方法伽馬測(cè)量氡及其子體測(cè)量2.人工放射性方法

X熒光方法

中子方法應(yīng)用領(lǐng)域1.

基礎(chǔ)地質(zhì)研究及地球化學(xué)研究（地質(zhì)填圖）2.尋找礦產(chǎn)資源鈾、釷、油氣、煤、金、稀土、鉀鹽3.在水文地質(zhì)中的應(yīng)用尋找冷熱水資源應(yīng)用領(lǐng)域4.

在工程中的應(yīng)用測(cè)定濕度和密度5.核測(cè)井伽馬、密度、中子6.在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用天然輻射評(píng)價(jià)、核應(yīng)急、核事故監(jiān)測(cè)第一章核地球物理理論基礎(chǔ)1.核衰變及放射性核素2.天然放射性系列3.放射性核素的衰變與積累規(guī)律4.放射性平衡5.放射性測(cè)量單位與標(biāo)準(zhǔn)源1.核衰變及放射性核素放射性同位素核衰變（4種）原子與原子核

(電、質(zhì)量、尺寸)原子：原子核與電子等組成，顯中性原子核：由中子與質(zhì)子組成，質(zhì)量幾乎都集中在原子核，密度大約是

1014克／cm3原子核的半徑：不到原子本身半徑的

1／10000原子質(zhì)量：若以克為單位，則等于它的原子量除以阿伏伽德羅常數(shù)（6.02

×1023

)質(zhì)子數(shù):P中子數(shù):N原子序數(shù):ZZ=P原子質(zhì)量數(shù):A=Z+N核素具有一定數(shù)目的中子及質(zhì)子以及特定能態(tài)的一種原子或原子核稱為核素核素泛指各種元素的各種原子,包括Z相同A不同的原子,Z不同A相同的原子,Z、A皆不同的原子，以及Z、A相同核能態(tài)不同的原子。同位素表示方法A－質(zhì)量數(shù)，等于中子和質(zhì)子的總和；Z－原子序數(shù)。同質(zhì)異能素表示方法處于較長(zhǎng)壽命激發(fā)態(tài)的核素稱為同質(zhì)異能素。113mIn和

113In同位素和同位素豐度某元素中同位素天然含量的原子百分比稱為同位素豐度234U、235U、238U分別為

0.0055%,0.7200%和99.2745%穩(wěn)定同位素和放射性同位素天然放射性核素人工放射性核素是指非天然和自然界的因素生成的放射性核素，而是在反應(yīng)堆、加速器或用粒子轟擊靶物質(zhì)生成，如

131I，137Cs,60Co有哪些衰變類型α衰變?chǔ)滤プ儲(chǔ)盟プ?/p>

K電子俘獲放射性衰變的一般表達(dá)式母核子核發(fā)射射線能量差放射性衰變的基本類型主要有三種基本類型：衰變

衰變

衰變

母核子核發(fā)射射線衰變能量

226Ra→222Rn+4He+4.78MeV

(Z,A)(Z-2,A-4)(2,4)

(88,226)(86,222)(2,4)衰變能在反沖核與α

粒子間按動(dòng)量能量守恒分配原子核變化發(fā)射的載能的亞原子粒子——

放射性粒子。

1）α衰變2）-衰變母核子核-射線衰變能量

14C→14N+0e+

(Z,A)(6,14)(7,14)(-1,0)(0,0)

負(fù)電子

反中微子

3）衰變

137Cs137Ba*（激發(fā)態(tài)）母核-衰變衰變

137Ba+射線（661.7keV）子核（基態(tài)）

（0.0）光子是什麼？

射線就是高能量的光子：幾百keV-MeV量級(jí)衰變發(fā)生由于原子核能量態(tài)高，從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷，在這個(gè)過(guò)程中發(fā)射射線，原子核能態(tài)降低。射線是高能量的電磁輻射——

光子α衰變?chǔ)亮Ｗ訉?shí)際上就是氦核，帶二個(gè)質(zhì)子，二個(gè)中子，二個(gè)單位正電荷.

放射性核素的原子核中有一個(gè)中子轉(zhuǎn)變成一個(gè)質(zhì)子，并放出β粒子的過(guò)程。Β-衰變粒子實(shí)際上就是電子流。

電子俘獲40K40Ar40Ca1.46MeV(11%)1.32MeV(89%)第一章核地球物理理論基礎(chǔ)核衰變及放射性核素天然放射性系列放射性核素的衰變與積累規(guī)律放射性平衡放射性測(cè)量單位與標(biāo)準(zhǔn)源自然界已發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)定同位素：100多個(gè)已發(fā)現(xiàn)的放射性同位素：2300多個(gè)天然放射性系列三個(gè)天然放射性系列天然放射性系列特征射線能量譜要求總結(jié)特征：衰變類型、半衰期、射線能量、穩(wěn)定同位素、質(zhì)量數(shù)放射性衰變系列238Ｕ－鈾系(4n+2)（掌握）232Th－釷系(4n)（掌握）235Ｕ－錒鈾系(4n+3)（了解）237Np－镎系(4n+1)（p.3)（了解）天然放射性系列的特征起始母元素壽命很長(zhǎng)，大于地球形成的年齡；最后一個(gè)穩(wěn)定同位素都是鉛的同位素；都有一個(gè)氣態(tài)元素－氡的同位素；質(zhì)量數(shù)變化有一定規(guī)律；有若干個(gè)衰變子體,氡的子體是強(qiáng)α,β,γ輻射體238Ｕ與235Ｕ共生豐度235Ｕ僅占鈾的0.7%238Ｕ：234Ｕ：235Ｕ＝１：1/1700：1/140鈾－235是重要的核燃料圈定重要核素：U系238U,UX1(Th-234),226Ra222Rn218Po214Pb214BiTh系重要核素232Th228Ac220Rn212Pb208Tl天然放射性系列的

射線譜特征譜線理論譜和儀器譜閱讀3張表α譜，β譜和γ譜講解表頭：強(qiáng)度，份額，多能量粒子RaC，重要的γ輻射體α譜半衰期短的放射性核素放出的α射線能量大。β譜β粒子的能量形成連續(xù)譜，用最大能量表示。γ譜課堂練習(xí)依據(jù)表1-1-4---表1-1-5做出理論譜圖總結(jié)特征不成系列的天然核素40K半衰期：a衰變類型：K電子俘獲射線：β-1.31MeV

γ-1.46MeV不成系列的天然核素核素豐度（%）T1/2(a)衰變類型能量γ40K0.0121.27×109β(89)K(11)1.311.468737Rb27.854.6×1010Β-0.28138La0.0891.2×1011Β-,K0.211.44147Sm14.971.07×1011α2.23176Lu2.63×1010Β-0.420.31人工放射性核素137Cs60Co241Am152Eu人工放射性核素核素T1/2(a)衰變類型能量β/MeVγ/Mev137Cs30.2β0.66260Co5.25γ1.1721.33255Fe2.6E(X)152Eu0.1211.408……241Am458α(X)0.059中子源Am-Be252Cf第一章核地球物理理論基礎(chǔ)核衰變及放射性核素天然放射性系列放射性核素的衰變與積累規(guī)律放射性平衡放射性測(cè)量單位與標(biāo)準(zhǔn)源

放射性核素的衰變和積累規(guī)律放射性衰變放射性核素自發(fā)地發(fā)生核躍遷，轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核素的過(guò)程。衰變規(guī)律服從指數(shù)衰變規(guī)律。

放射性原子核個(gè)數(shù)隨時(shí)間減少λ-衰變常數(shù)，s-1表示單位時(shí)間內(nèi)某種放射性原子核發(fā)生衰變的幾率衰變常數(shù)和半衰期衰變常數(shù)λ

放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生核躍遷的幾率，s-1。半衰期T1/2

給定的同位素衰半到它的初始值的一半所需要的時(shí)間衰變曲線時(shí)間（半衰期）時(shí)間（半衰期）

放射性衰變曲線N=N0e-λt

N/N0(%)N/N0(%)放射性核素經(jīng)過(guò)10個(gè)半衰期，就認(rèn)為衰變完了。放射性活度及其單位活度

在給定的時(shí)刻，某一特定能態(tài)的一定量的放射性核素的活度A是dN除以dt所得的商，其中dN是在時(shí)間間隔dt內(nèi)由該能態(tài)上發(fā)生自發(fā)核躍遷數(shù)的期望值?；疃葐挝幻Q為貝可(勒爾)，表示為Bq，表示每秒核轉(zhuǎn)變數(shù)(或衰變數(shù))，稱)(Bq)。1Bq表示放射性核素的核每秒衰變一次。放射性活度及其單位

放射性活度(Becquerel貝可勒爾)：（專用單位SI）放射性核素的核每秒衰變一次。符號(hào)Bq,量綱：s-1活度單位-居里Ｃi1Ci=3.7×1010Bq比活度單位質(zhì)量物質(zhì)中放射性核素的活度Bq/gBq/kg多個(gè)核素的遞次衰變規(guī)律掌握：2個(gè)相繼核素的衰變Ra---Rn等了解：多個(gè)核素課堂討論Rn的衰變與積累例：Rn從液體鐳源的積累P.15Rn引入密閉容器中Rn及Rn子體的衰變與積累第一章核地球物理理論基礎(chǔ)核衰變及放射性核素天然放射性系列放射